摘要
γ-TiAl合金具有低密度、高弹性模量、高温强度以及良好的阻燃性能等优点使其在航空航天、涡轮机的叶片、汽车行业等领域有较大的发展潜力。但γ-TiAl合金具有室温脆性和难变形加工性，为了改善其加工性能，需要从本质上研究其加工机理，这就必须从原子尺度进行分析。纳米加工技术是通过纳米级材料的去除揭示金属材料加工机理的有效手段。而纳米切削试验不能对整个切削过程和微观组织的演化进行动态观察。分子动力学方法不仅能够捕捉单个原子的轨迹、能量和位置等信息还能对整个切削过程中微观组织的演化进行全方位的观察。因此，本文以单晶γ-TiAl合金为研究对象，利用分子动力学模拟方法，研究不同切削参数下材料的变形机理、微观缺陷演化及其对力学性能的影响等。具体研究工作包括如下几个方面： (1)利用分子动力学方法建立了单晶γ-TiAl纳米切削模型，详细的阐述了切削过程中材料去除和变形，采用CNA缺陷识别技术精确的研究了亚表面缺陷和晶体结构转变规律，综合讨论了切削力和微观缺陷之间的关系，另外，又对工件中温度变化和位错演化做了较系统的解释。 (2)对比研究了不同切削参数(切削深度、切削速度和切削晶向)下的晶体结构转变数量规律，分析了不同切削参数下切削力、摩擦系数、亚表面缺陷、已加工表面质量变化规律，得到了当切削深度较小时亚表面缺陷遗留较少，已加工表面质量较好；当切削速度为200m/s时亚表面缺陷长度和深度较大，位错之间的反应较多；当切削晶向沿着[(1)01]时工件内部产生了“V”-位错环，而切削晶向沿着[(1)00]时工件内部产生了层错四面体。此外，解释了不同切削参数对牛顿层平均温度和位错演化分布等影响。 (3)在不同切削深度加工完成后又建立了拉伸力学模型，分析了切削前后的晶体结构转变规律，探讨了不同切削深度对单晶γ-TiAl合金拉伸阶段的弹性模量、应力-应变、位错的形核位置和工件的断口形貌等规律，得到了切削前后的晶体结构转变规律相反，在一定切削深度下工件的弹性模量和极限应力会相应的提高。
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