發(fā)布時間：2017-12-06 21:30

  本文關鍵詞：取向與晶界影響γ-TiAl合金位錯與孿生啟動的FEM模擬

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【摘要】：實際應用的金屬材料中,總是不可避免地存在著各種晶體缺陷。在材料發(fā)生變形時,晶體中絕大部分完整的晶格結構往往充當背景,而位錯、晶界、孔洞等晶體缺陷卻成為決定材料力學性能的關鍵因素。借助計算機進行材料微觀組織的力學行為模擬有助于更加深入的理解金屬變形機理。晶粒取向和界面在材料塑性變形過程中發(fā)揮著重要的作用。本文采用晶體塑性有限元模擬研究晶粒取向與晶界對γ-TiAl合金位錯與孿生啟動的影響。γ-TiAl存在多種塑性變形機制,本文建立綜合考慮普通位錯、超位錯和孿生的率相關晶體塑性有限元本構關系模型,并通過Abaqus/UMAT平臺進行數值實現并編寫用戶材料子程序。結果表明,該模型能夠較好的描述γ-TiAl合金塑性變形中位錯滑移以及孿生的啟動情況。本文對不同取向的γ-TiAl單晶體、垂直晶界雙晶體和三晶體進行單向拉伸模擬。模擬結果表明:取向各異的γ-TiAl單晶體變形時應力應變響應存在各向異性,晶粒取向與單晶體中滑移系與孿生系是否啟動密切相關,普通位錯與孿生的啟動相對較為容易,超滑移系基本不會被激活。對垂直晶界γ-TiAl雙晶體拉伸模擬發(fā)現,雙晶變形主要發(fā)生在較軟的晶粒內且晶界處呈竹節(jié)狀;雙晶體晶界附近往往存在應力集中,晶粒取向差改變時,相鄰晶粒內啟動的滑移系與孿生系數目與先后順序將改變。γ-TiAl三晶體的變形主要集中在晶粒中間部位,三叉晶界處應變較小,且三叉晶界附近不一定會出現應力集中,這可能與晶粒之間的取向差以及晶粒與界面的相互作用有關,還需進一步研究。多晶體變形復雜,本研究采用Voronoi算法建立γ-TiAl多晶體模型,構建耦合孿生的晶體塑性本構關系,采用對γ-TiAl多晶體進行單向拉伸有限元模擬。通過考察多晶體中不同取向晶粒的滑移系和孿生系的啟動情況,分析在塑性變形過程中γ-TiAl多晶體的位錯滑移或孿生啟動機制,以及不同滑移系或孿生系對變形的影響,并對單晶體與多晶體中的滑移與孿生啟動情況進行對比。模擬結果表明:γ-TiAl多晶體中,不同取向的γ-TiAl晶粒內滑移系與孿生系的啟動存在顯著差異。Schmid因子大的普通滑移系啟動最快,超位錯與孿生啟動較為滯后。同時,晶粒內啟動的滑移系數目隨載荷的增大而增多。普通位錯對γ-TiAl合金變形的影響最大,超滑移和孿生形變對其塑性變形的影響相對較小。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23

【參考文獻】

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本文編號：1260039