温度对TiAl涂层微裂纹扩展影响的分子动力学研究

运用分子动力学方法对不同温度下TiAl合金的微裂纹扩展过程进行了研究,建立了TiAl合金分子动力学模型,通过共同近邻分析和位错分析得到了其在微观尺度下裂纹扩展的变形机制,并采用扫描电镜原位拉伸TiAl涂层试验对模拟结果进行了验证.结果表明,在分子动力学模拟和扫描电镜原位拉伸试验中均可见裂纹向前方[100]晶向扩展,在临近孔洞时,裂纹扩展路径向[110]晶向扩展.在应力加载过程中,体系会发生裂纹尖端钝化、 孔洞引导裂纹扩展改变初始扩展方向以及边界塞积等现象.随着温度的升高,原子的活性增强,热运动加剧,裂纹钝化速度增加,裂纹扩展速度变慢.体系的能量随着温度的升高而增加,当温度为500 K时,应力达到最大.温度为300～500 K时,TiAl合金的抗塑性较好,晶体结构较稳定,温度为500～1100 K时,体系易发生塑性变形,引发位错增殖,原因是1/2<110>(Perfect)位错与1/6<112>(Shockly)位错在裂尖前方塞积抑制了裂纹的扩展.