文档介绍：分类号学号 M200971324
学校代码 10487 密级
硕士学位论文
Ti 与 Ti-Al 合金快速凝固和晶体生长
的分子动力学模拟
学位申请人: 付玮
学科专业: 固体力学
指导教师: 杨新华教授
答辩日期: 2012 年 1 月 14 日
A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements
for the Degree of Master of Engineering
Molecule Dynamics Simulations on Rapid
Solidification and crystal growth of Ti and Ti-Al alloy
Candidate : Fu Wei
Major : Solid Mechanics
Supervisor : Prof. Yang Xinhua
Huazhong University of Science and Technology
Wuhan 430074,
January, 2012
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研
究成果。尽我所知,除文中已经标明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或
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日期: 年月日
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本论文属于
不保密□。
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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月
华中科技大学硕士学位论文
摘要
Ti-Al 合金作为一类重要合金,具有一系列独特的物理化学特性,被应用到先进
设计之中。而非晶态合金具有比晶态合金更好的强度、韧性、耐磨和抗腐蚀能力,
对 Ti-Al 合金进行热处理得到非晶态合金,可以大大改善其性能,因此有必要研究
Ti-Al 非晶态合金的形成过程和影响条件。本文采用分子动力学方法研究了 Ti 与 Ti-Al
合金熔体在快速凝固过程中微观结构的演化,主要研究内容包括降温速率对微观结
构的影响,Al 原子含量对 Ti-Al 非晶态合金力学性能的影响,以及压力对 Ti-Al 合金
凝固过程的影响,并且用固液两层建模的方法观察了 Ti 晶体生长的过程。
研究表明,Ti 与 Ti-Al 合金熔体在高降温速率下凝固生成非晶,低降温速率下凝
固生成晶体,并且 Ti-Al 合金比纯 Ti 更容易凝固生成非晶,同时在生成非晶的降温
速率范围内,原子的微观结构和凝固产物的弹性性能对降温速率并不敏感。Ti-Al 合
金熔体凝固生成非晶的过程受 Al 原子含量影响较大,同时 Ti-Al 非晶态合金弹性模
量随 Al 原子含量变化规律与 Ti-Al 晶态合金相似。
在研究不同压力对凝固过程的影响时发现,压力对凝固生成晶体和非晶过程都
有明显影响,压力越大,晶化温度以及玻璃转化温度会越高。加压会减小原子间的
间隙和原子体积,并且合适的压力有助于形核过程,但过大的压力反而会抑制形核。
固液两层建模法结合可视化的研究方法研究晶体生长过程是非常有效的,因为
可以观察到晶体生长的结构变化细节。研究表明,晶体的生长是从固液交界面开始
的,说明晶体生长更容易从已经形核的原子开始。同时发现,Ti 原子结晶生成密排
六方结构比生成面心立方结构过程更长,结构更稳定。
关键词:分子动力学,非晶态合金,Ti-Al 合金,快速凝固,微观结构
I
华中科技大学硕士学位论文
Abstract
As an important alloy, Ti-Al alloy which has a range of unique physical and chemical
pr