本文關(guān)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(yīng)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(jié)構(gòu)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(xué)性能的關(guān)鍵因素。借助計算機進行材料微觀組織的力學(xué)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(guān)晶體塑性有限元本構(gòu)關(guān)系模型,并通過Abaqus/UMAT平臺進行數(shù)值實現(xiàn)并編寫用戶材料子程序。結(jié)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(jié)果表明:取向各異的γ-TiAl單晶體變形時應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)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(guān),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(xiàn),雙晶變形主要發(fā)生在較軟的晶粒內(nèi)且晶界處呈竹節(jié)狀;雙晶體晶界附近往往存在應(yīng)力集中,晶粒取向差改變時,相鄰晶粒內(nèi)啟動的滑移系與孿生系數(shù)目與先后順序?qū)⒏淖�。�?TiAl三晶體的變形主要集中在晶粒中間部位,三叉晶界處應(yīng)變較小,且三叉晶界附近不一定會出現(xiàn)應(yīng)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(guān),還需進一步研究。多晶體變形復(fù)雜,本研究采用Voronoi算法建立γ-TiAl多晶體模型,構(gòu)建耦合孿生的晶體塑性本構(gòu)關(guān)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?qū)\生啟動機制,以及不同滑移系或?qū)\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(jié)果表明:γ-TiAl多晶體中,不同取向的γ-TiAl晶粒內(nèi)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(nèi)啟動的滑移系數(shù)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(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23

【參考文獻】

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本文編號：1260039