本文關(guān)鍵詞：取向與晶界影響γ-TiAl合金位錯(cuò)與孿生啟動(dòng)的FEM模擬

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【摘要】：實(shí)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(shí),晶體中絕大部分完整的晶格結(jié)構(gòu)往往充當(dāng)背景,而位錯(cuò)、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(jì)算機(jī)進(jìn)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(jī)理。晶粒取向和界面在材料塑性變形過(guò)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(duì)γ-TiAl合金位錯(cuò)與孿生啟動(dòng)的影響。γ-TiAl存在多種塑性變形機(jī)制,本文建立綜合考慮普通位錯(cuò)、超位錯(cuò)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(guò)Abaqus/UMAT平臺(tái)進(jìn)行數(shù)值實(shí)現(xiàn)并編寫(xiě)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(cuò)滑移以及孿生的啟動(dòng)情況。本文對(duì)不同取向的γ-TiAl單晶體、垂直晶界雙晶體和三晶體進(jìn)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(shí)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(dòng)密切相關(guān),普通位錯(cuò)與孿生的啟動(dòng)相對(duì)較為容易,超滑移系基本不會(huì)被激活。對(duì)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(shí),相鄰晶粒內(nèi)啟動(dòng)的滑移系與孿生系數(shù)目與先后順序?qū)⒏淖儭＆?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(huì)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(jìn)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(duì)γ-TiAl多晶體進(jìn)行單向拉伸有限元模擬。通過(guò)考察多晶體中不同取向晶粒的滑移系和孿生系的啟動(dòng)情況,分析在塑性變形過(guò)程中γ-TiAl多晶體的位錯(cuò)滑移或?qū)\生啟動(dòng)機(jī)制,以及不同滑移系或?qū)\生系對(duì)變形的影響,并對(duì)單晶體與多晶體中的滑移與孿生啟動(dòng)情況進(jìn)行對(duì)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(dòng)存在顯著差異。Schmid因子大的普通滑移系啟動(dòng)最快,超位錯(cuò)與孿生啟動(dòng)較為滯后。同時(shí),晶粒內(nèi)啟動(dòng)的滑移系數(shù)目隨載荷的增大而增多。普通位錯(cuò)對(duì)γ-TiAl合金變形的影響最大,超滑移和孿生形變對(duì)其塑性變形的影響相對(duì)較小。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.23

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1260039