镍基超合金电—热—力耦合变形低ΣCSL晶界密度有限元分析建模及应用

发布时间：2020-04-18 09:32

【摘要】：低CSLΣ3~n(n=1,2,3)晶界(简称低ΣCSL晶界)能有效提高镍基超合金的抗氧化、抗腐蚀以及高温力学性能。高密度的低CSLΣ3~n晶界对解决镍基超合金气阀坯因晶界网络裂解度低而引发的原动机功率下降乃至骤然破坏问题具有重要意义。本文主要以镍基超合金Nimonic 80A气阀坯为研究对象,在Marc.MSC有限元软件中利用二次开发的子程序,建立镍基超合金电-热-力耦合变形低CSLΣ3~n晶界密度的有限元模型,通过有限元模拟以实现电镦工艺中低CSLΣ3~n晶界密度(BLD~n_(Σ3))动态响应过程的可视化,实时动态掌握其变化规律,并将模拟结果与实际电镦件对比验证,为实际电镦加工过程晶界调控提供理论指导。本文主要内容与结论如下:(1)在Gleeble3500热物理模拟试验机上进行Nimonic 80A镍基超合金的等温压缩,借助EBSD显微技术对试样进行表征,通过理论与统计分析建立了低CSLΣ3~n晶界密度与晶粒尺寸间的唯象关系模型BLD~n_((50)3)(28)c(10)b/d_(AV)。(2)将动态再结晶模型、晶粒长大模型、BLD~n_(Σ3)与动态再结晶晶粒尺寸伴生模型,通过子程序二次开发植入MSC.Marc数值分析软件,建立了电-热-力多场多尺度耦合等温压缩有限元模型,并设计出了非线性自适应加载电流以及非线性加载速度。(3)模拟分析了压缩过程BLD~n_(Σ3)、动态再结晶分数以及晶粒尺寸的变化规律及其影响因素,表明CSLΣ3~n晶界密度随变形量的增加先增加而后减少,并对模型的有效性与泛化能力加以实验验证。(4)将低CSLΣ3~n晶界可视化技术运用于电镦工艺,定性研究电镦件宏观温度场、等效塑性应变场以及介观组织分布等的变化,并进一步阐述在电镦工艺中低CSLΣ3~n晶界密度与晶粒尺寸以及再结晶的关系。(5)设计并完成电镦件试制实验,将实验数据与模拟结果进行对比分析,揭示低CSLΣ3~n晶界在轴向、径向以及45°方向的不均分布与温度分布以及变形的不均性密切相关,并指出可以通过宏观调节工艺参数来调控低CSLΣ3~n晶界比例以及分布。同时验证了本文研究的唯象关系模型以及建立的含有低CSLΣ3~n晶界的电-热-力多场多尺度耦合电镦有限元模型的有效性与可靠性。
【图文】：

孪晶界面,晶界

料性能的关系，，从而通过晶界控制和设计来一个重要领域。在研究中人们发现一种特殊，这种界面就是低 CSL 晶界。CSL 晶界是基阵(CSL)模型而来。其定义为若将两个具有相个绕某一低指数的晶轴旋转某特定的角度后规则的重合起来。这些重合位置的阵点在空，并用 CSL单胞体积与晶体点阵单胞体积的比表示重合的点阵位置数与总共的点阵位置数越多。通常所说的特殊晶界，它必须至少满晶界；Σ 越大，CSL 密度越小。②重合位置点 Δθ 应满足 Brandon 标准，即 Δθ≤15Σ-1/2，或。而 Σ>29 的 CSL 晶界和非 CSL 晶界则称为3n晶界（n=1, 2, 3）基本占据了全部，而其中晶界，即孪晶界。

形态与分布,形变热处理,退火孪晶,晶界

1 绪论性变形的过程中，一般为后两种孪晶：形变 Σ3 晶界（曲折），在相对低温时占主导，退火 Σ3 晶界（平直）反之[7]。在优化的试样中 90%以上的低 ΣCSL 晶界为 Σ3晶界及其关联界面（Σ9 和 Σ27）[61]。在面心立方结构金属或合金中，其孪晶一般为直线型的孪晶界。而少数情况下也会出现如“团簇”状孪晶界，如图 1.2 所示。
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG111;TG146.15

【参考文献】