γ-TiAl合金以其优良的高温性能成为航空航天等领域非常有前景的高温轻质结构材料,但其具有室温脆性,在加工时易引入残余应力,制约了其在航空航天等领域中的应用。因残余应力不易全面检测且直观性差等因素,残余应力的存在往往被人们所忽视。不同的残余应力分布状态严重影响了构件的加工精度、几何尺寸稳定性、静强度与疲劳强度等。构件在服役过程中,当外载荷与残余应力耦合作用时,其内部产生的微空洞、微裂纹等缺陷不断演化形成裂纹,而裂纹的失稳扩展是材料失效的主要原因之一。为避免不良残余应力带来的危害,需要对构件中的残余应力分布进行有效调控,这就有必要从原子尺度上明晰不同工艺参数下残余应力的调控机制和重分布规律以及残余应力对材料的力学性能的影响。而通过实验难以观测到退火消除残余应力和加载失效时γ-TiAl合金内部微观缺陷的动态演化全过程,有必要借助于计算机模拟在微观尺度下展开研究。为此,本文采用分子动力学方法(Molecular dynamics,MD),研究了去应力退火对多晶γ-TiAl合金中残余应力分布的调控机制,分析了含Σ3(111)孪晶界的γ-TiAl合金中残余应力对其断裂行为的影响。主要研究结果如下:1.模拟了不同去应力退火参数对γ-TiAl合金中残余应力分布的调控机制。不同参数退火后沿X方向的平均残余应力小幅度增加,波动很小;在Y方向,随退火温度的升高退火后平均残余应力变小,同一温度下冷却速度越慢退火后平均残余应力越小;去应力退火后主要是晶界处残余应力的分布发生了变化,在冷却过程中晶界体积收缩,发生剧烈塑性变形,应力释放,导致退火后晶界处的残余拉应力集中程度得以减缓,从而实现了对残余应力的调控。选取1100K为退火温度,采用随炉慢速冷却的方式退火,可有效消除残余应力。2.经Z方向预压变形后的多晶γ-TiAl合金在晶界处存在应力集中现象,晶界处含有大量位错分布,晶粒内部存在少量点缺陷和位错;经700K、900K和1100K去应力退火后平均晶粒尺寸略有增大,退火过程中无相变发生,但随温度变化原子发生畸变;升温过程中晶界体积增大,析出的原子进入晶粒内部形成点缺陷,晶粒内部聚集的原子团簇对晶界析出的原子有吸引作用;点缺陷浓度随温度的升高而增大,反之亦然,退火温度越高,退火后点缺陷越少。3.含Σ3(111)孪晶界的γ-TiAl合金在X方向的残余应力分布是对称的,沿X方向分别预压1%和2%后其对称性不变;预压变形使得晶界处残余拉应力增大,晶粒内部残余应力分布更为均匀,变形1%和2%时X方向的应力分布几乎一致;刚度不受残余应力分布的影响。通过观测位错形核、发射以及晶界的迁移等微观缺陷演化,发现是晶界处存在远高于晶粒内部应力水平的残余拉应力,其促使了裂纹在晶界处萌生;而残余压应力降低了局部应力水平,对裂纹萌生起到了屏蔽作用。含Σ3(111)孪晶界双晶γ-TiAl合金的断裂模式是裂纹在晶界处萌生-沿晶界界面扩展-在晶界处发生断裂。4.Σ3(111)孪晶界有良好的热稳定性,分别将其从1K升温至300K和1050K后,应力分布在X方向仍然保持一定的对称性。升温时残余压应力开始逐步释放,至1050K时残余压应力被完全释放,材料内部残余拉应力幅值增大;高温下晶界析出原子形成的点缺陷降低了其屈服强度,同时表现出良好的延展性。