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摘要
镍基单晶高温合金是制造航空发动机和重型燃气轮机涡轮叶片的关键材料,叶片在服役过程中遭受严重的低周疲劳(LCF).以往的实验研究表明铼(Re)的添加有效提高了高温合金的疲劳力学性能,但对其原因尚没有明确的解释.文章采用分子动力学模拟研究了Re对镍基单晶高温合金低周疲劳力学性能和微观结构演化的影响,从原子尺度解释了Re对提高镍基单晶高温合金低周疲劳力学性能和寿命的主要原因.结果表明Re的加入有效提高了镍基单晶高温合金的循环应力幅值和抗塑性变形能力,降低了高温合金的塑性应变和塑性应变能密度.在微观结构方面, Re的添加可以降低高温合金的位错密度,导致γ’沉淀相发生更少的塑性变形,降低了高温合金的塑性应变能密度.这主要是因为高温合金循环变形过程中Re原子对位错运动产生的钉扎与拖拽效应,导致位错运动受到更强的阻碍,从而导致含Re高温合金具有更高的循环应力幅值和更少的塑性变形.此外,由于Re对位错运动的钉扎与拖拽效应,提高了含Re高温合金微观结构的稳定性,从而产生更强的抗疲劳性能,提高了合金的疲劳寿命.研究成果有助于从原子尺度进一步理解镍基单晶高温合金中的低周疲劳性能及其Re效应,并为新一代镍基单晶高温合金的开发设计提供理论支撑.
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单位武汉大学; 建筑工程学院
