發(fā)布時間：2017-11-13 00:22

  本文關鍵詞：基于滑移與孿生的鎂合金晶體本構關系及其細觀塑性行為研究

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【摘要】：具有密排六方(HCP)晶體結構的鎂合金在室溫條件下主要的塑性變形機制包含滑移變形和孿生變形。將滑移與孿生機制結合到晶體塑性本構關系中對研究鎂合金復雜的塑性變形機理是有必要的,也有助于擴展晶體塑性本構理論的應用范圍。目前,結合孿生與滑移變形機制把晶體塑性理論擴展到研究HCP多晶塑性行為的問題仍未得到很好地解決。本文針對變形鎂合金各向異性塑性變形行為的特征以及獨特的“s”形循環(huán)硬化行為,采用試驗、理論建模及數(shù)值分析相結合,從細觀的角度研究鎂合金晶體塑性本構關系及其微結構演化規(guī)律。本文研究工作主要包含：1、選用不同熱處理的擠壓鎂合金AZ31開展金相試驗、單調加載試驗,循環(huán)試驗及斷口形貌分析試驗,試驗結果表明材料微結構(如晶粒尺寸、析出相、夾雜數(shù)量及分布等)存在差異,但鎂合金材料的主要變形機制仍然表現(xiàn)為滑移與孿生變形。2、基于晶體塑性本構理論,建立了包含滑移與孿生變形機制的晶體塑性本構關系,發(fā)展了以應力作為自變量的本構方程Newton-Raphson迭代求解方法。在此基礎上,改進了滑移與孿生的硬化函數(shù)并通過試驗及公開文獻試驗數(shù)據(jù)驗證了本構模型的有效性。進一步利用此模型對AZ31單晶體在四種加載路徑下(即沿2-1-10,01-10,0001,01-11方向)開展拉伸與壓縮變形的單晶塑性變形行為的數(shù)值研究及計算其初始屈服面。數(shù)值分析表明,單晶體的塑性硬化以及滑移與孿生的活動情況依賴于加載路徑；該模型可預測在不同加載路徑下滑移與孿生的活動情況以及主要孿生變體的活動數(shù)量和孿生交叉類型。同時單晶初始屈服面表現(xiàn)出明顯的運動硬化特征。3、采用上述晶體本構模型,結合Voronoi多晶集合體代表性體積單元(RVE),對AZ31鎂合金材料在典型加載情形下開展數(shù)值模擬試驗及細觀分析。模擬結果表明,鎂合金宏觀應力應變曲線及多晶織構演化與試驗數(shù)據(jù)吻合得較好。細觀分析表明,(1)鎂合金宏觀塑性行為取決于各滑移系與孿生系競爭啟動的結果；(2)拉伸孿生變形是引起多晶體形成強基面織構的主要原因；(3)給出了孿生變形導致晶粒取向轉動與孿晶體積分數(shù)在多晶體內非均勻分布的結果。4、考慮到孿生-去孿生變形機制,發(fā)展了包含去孿生變形機制的鎂合金循環(huán)塑性本構模型。引入滑移、孿生、去孿生變形機制的背應力函數(shù),結合多晶集合體代表性單元對兩種應變幅的循環(huán)加載進行數(shù)值模擬。模擬結果表明,宏觀應力應變滯回曲線與循環(huán)試驗數(shù)據(jù)比較吻合,反映了低應變幅循環(huán)塑性行為的獨特特征。細觀分析表明,滑移、孿生、去孿生變形在循環(huán)過程中交替扮演主導變形機制的角色,尤其是孿生-去孿生變形機制的交替進行,導致循環(huán)曲線出現(xiàn)獨特的“s”形硬化曲線。同時給出了循環(huán)過程中多晶體內的應力應變、各晶粒的孿晶體積分數(shù)以及應力三軸度的非均勻分布及演化過程。5、通過幾何必需位錯將基體中的球形微粒對滑移變形的影響機理以一種附加阻力的形式加以描述,得到了包含晶內微粒粒徑與體積分數(shù)的新的晶體滑移硬化函數(shù)。結合采用Voronoi方法建立的反映金屬基復合材料(MMCp)微結構的多晶集合體代表性單元(RVE),針對四種具有不同粒徑和體積分數(shù)組合的鋁基SiC顆粒增強復合材料在宏觀均勻變形條件下的應力應變響應進行了數(shù)值模擬。模擬結果表明,復合材料的宏觀應力應變模擬曲線與試驗曲線吻合得較好,說明所建議的滑移硬化函數(shù)能夠合理地描述晶內微粒對滑移變形的影響,可為研究析出相或彌散相對其他變形機制的影響機理提供新的分析思路。
【學位授予單位】：廣西大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.22

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本文編號：1178284