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航空航天领域要求材料具备高强度、低密度、耐高温、抗氧化等综合性能。TiAl合金具备优良的高温性能,广泛应用于航空工业领域,其发展呈现多样化,提高Nb含量,较低Al含量,形成Ti-Al-Nb三元体系是TiAl合金的主要发展趋势。提高TiAl基合金比强度、热变形能力、室温塑性和抗氧化性的有效手段是加入Nb元素,因此向合金中添加铌元素成为目前材料工程领域关注和研究的热点。本文在微观尺度下通过分子动力学理论研究了Nb在TiAl合金中对裂纹扩展的影响。得出的研究结果如下:(1)研究了单晶γ-TiAl合金与含铌γ-TiAl合金对裂纹扩展的影响。Nb对γ-TiAl性能的影响较大,含有3%Nb和不含Nb的γ-TiAl合金中裂纹扩展形式差异很大,加入铌元素后,在相同的应变率条件下,试件的断裂时间延长,能量变化曲线有两个波峰并且出现明显上下波动的现象;随着应变增加,应力先增大后逐渐减小;裂纹扩展缓慢,形成的断面不平滑,而且裂纹扩展的形态发生变化。(2)分析了铌含量对γ-TiAl合金裂纹扩展的影响。研究了铌含量分别在2%,4%,6%,8%的γ-TiAl合金裂纹扩展规律,发现铌元素的加入提高了合金的强度、韧塑性;随着铌元素含量的增加,单晶γ-TiAl合金原子之间的内聚力增加,合金强度增加,说明Nb含量的增加使γ-TiAl合金的延展性增强,合金稳定性变好。(3)研究了温度对含铌γ-TiAl合金裂纹的扩展规律。分析了四种不同温度下裂纹扩展规律及相互影响,研究结果表明:随着温度的升高,裂尖发射位错的频率越高,裂尖的钝化程度也越严重,试件的断裂时间延长;温度的升高导致体系的屈服应力减小,材料越容易发生塑性变形;由于塑性变形的发生阻碍了裂纹向前的扩展,裂纹的扩展越缓慢。(4)分析了裂纹位置对含铌γ-TiAl合金裂纹的扩展规律。研究微观尺度下裂纹相对位置对3%铌含量的单晶γ-TiAl合金裂纹扩展过程的影响,研究结果表明:中心裂纹的γ-TiAl合金在其拉伸初始阶段,受力并不集中,随后由于原子键的断裂形成了孔洞,孔洞部位抑制裂纹的扩展,因此裂纹要继续扩展需要克服更大的阻力。裂纹在中心位置和边界位置对γ-TiAl合金产生的力学影响不同,边界裂纹对材料产生断裂的危害性更大。