芮执元等：单晶-TiAI合金微观滑移机制的研究文章编号：1001-9731(2015)01-01103-05
单晶Y-iA！合金微观滑移机制的研究芮执元1.2，张国涛1.2，冯瑞成1.2，张亚玲3，刻昌锋1,2
（1.兰州理工大学机电学院，兰州730050
2.兰州理工大学数字制造技术与应用省部共建教育部重点实验室，兰州730050：
3.兰州理工大学电信学院，兰州730050）
摘要：针对单晶-TiA1合金微观滑移机制方面研完的不足，建立了单晶-TiA1合金单轴拉伸时晶体滑移几何模型，根据几何模型中各夹角之间的几何关系和由Weiss晶带法则给出的滑移方向，计算出了单滑移系中各个滑移方向上的Schmid因子；通过对比计算结果发现在设定条件下晶体更易产生滑移的方向为(001)[011]和(111)[110]；在由主滑移系和交滑移系组成的双滑移系同时开动时，计算出了临界外加拉伸应变为0.633；通过数值模拟验证了所给出的单晶 T1A1合金单轴拉伸时的微观滑移机制的正确性。
关键词：-TiA1合金；单晶：微观滑移机制：单轴拉
伸；数值仿真
中图分类号：TG132；TG146
文献标识码：A
DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2015.01.021 1引言
-TiAI合金是一类新型金属间化合物，也是一类有着巨大发展潜力和应用前景的高温结构材料1-。与Ni基合金和钛合金相比，y-TiA1合金呈现出了许多优异的特性5-8]：低密度、高比刚度、高温强度、良好的阻燃能力和抗氧化性等。-TiA1合金因其优异的性能在航空航天和汽车等行业中得到了广泛应用，如家用汽车发动机的涡轮增压器[9-11]、航空航天发动机的涡轮叶片[1.5.12]等。
过去几十年，针对-TiA1合金及其单晶的特性已开展了很多研究。K.S.Chan131通过实验分析和研究了20～800℃范围内-TiA1合金的拉伸变形和断裂行为；曹睿等4结合实验和有限元分析研究了近全层片组织-TiA合金的室温拉伸性能；R.Munoz Moreno等[15]通过原位拉伸实验研究了-TiA1合金中应力对其变形、裂纹形核及扩展的影响。针对 TiA1合金拉伸性能的研究仅停留在温度等因素对合金宏观性能的影响，而未对产生相关宏观性能的具体机理与本质进行研究。
吴东海等[1-19]研究了-TiA1单晶中（011]超点阵位错的分解及其核心结构，分析了-TiA1合金单晶中
01103
发生滑移时的临界分解切应力与晶体取向的关系，探讨了-196～1000℃时-TiA1合金单晶中（1/2）(110]位错的行为及不同温度下的形变特性：曲洪磊等[20]用分子动力学的方法模拟了300K时-TiA1单晶纳米杆的拉伸，分析了室温下塑性形变的机制；陈小群等[21]利用透射电子显微术分析研究了-TiA1单晶位错滑移的特性；T.Ikeda等[22]和Y.Nosé等[23]运用不同方法分析研究了-TiA1单晶中原子的扩散现象： MarcZupan等[24分析研究了拉压过程中富含A1的单晶-TiA1在不同方向上的届服行为；Tang等25用分子动力学模拟分析了-TiAI单晶中空洞的生长过程。已有的针对-TiA1单晶的研究均限于其宏观特性，而对-TiA1单晶微观滑移的研究却尚未开展。
截止目前，已有的关于-TiA1合金单晶的研究从实验上分析研究了-TiA1合金的宏观热变形和断裂行为，从理论上分析研究了单晶-TiAI合金的位错行为和塑性变形。然而这些研究却鲜有涉及-TiA1合金产生疲劳失效本质的，均忽略了单晶Y-TiA1合金的微观滑移现象。针对单晶-TiA1合金微观滑移机理方面研究的不足，本文分析了单轴拉伸过程中-TiAI 合金晶体的微观滑移现象，计算了晶体微观滑移开动的条件，继而阐释了-TiA1合金单轴拉伸时晶体微观滑移的本质，并用数值模拟的方法对上述分析进行了验证。
定量分析-TiA1合金微观滑移的本质 2
实际应用中，-TiA1合金主要有相和α2相组
成，此外也会含有少量的3相和B2相等。由于相是 y-TiAl合金中最主要的相，对-TiA1合金的特性起主导作用，因此本文假设-TiA1合金为只含有相的单晶合金，即面心立方（FCC)晶体单晶：由于三维空间中柱坐标系的适用性和简便性，故取晶体初始形状为柱体，设其横截面积为S，并假设-TiAI合金试件单轴
拉伸时所受载荷的方向为[121]。 2.1首先滑动滑移系的确定
滑移是晶体沿滑移面在滑移方向上的剪切过程，
*基金项目：教育部长江学者和创新团队发展计划资助项目（IRT1140；甘肃省高等学校科研资助项目（2014A-033)
通讯作者：张国涛，E-mail：zgtly0723@163.com
收到初稿日期：2014-05-19
收到修改稿日期：2014-09-10
作者简介：芮执元（1962一），男，甘肃景泰人，博士生导师，从事成套装备制造和裂纹技术的研究。