取向与晶界影响γ-TiAl合金位错与孪生启动的FEM模拟

发布时间：2017-12-06 21:30

  本文关键词：取向与晶界影响γ-TiAl合金位错与孪生启动的FEM模拟

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【摘要】：实际应用的金属材料中,总是不可避免地存在着各种晶体缺陷。在材料发生变形时,晶体中绝大部分完整的晶格结构往往充当背景,而位错、晶界、孔洞等晶体缺陷却成为决定材料力学性能的关键因素。借助计算机进行材料微观组织的力学行为模拟有助于更加深入的理解金属变形机理。晶粒取向和界面在材料塑性变形过程中发挥着重要的作用。本文采用晶体塑性有限元模拟研究晶粒取向与晶界对γ-TiAl合金位错与孪生启动的影响。γ-TiAl存在多种塑性变形机制,本文建立综合考虑普通位错、超位错和孪生的率相关晶体塑性有限元本构关系模型,并通过Abaqus/UMAT平台进行数值实现并编写用户材料子程序。结果表明,该模型能够较好的描述γ-TiAl合金塑性变形中位错滑移以及孪生的启动情况。本文对不同取向的γ-TiAl单晶体、垂直晶界双晶体和三晶体进行单向拉伸模拟。模拟结果表明:取向各异的γ-TiAl单晶体变形时应力应变响应存在各向异性,晶粒取向与单晶体中滑移系与孪生系是否启动密切相关,普通位错与孪生的启动相对较为容易,超滑移系基本不会被激活。对垂直晶界γ-TiAl双晶体拉伸模拟发现,双晶变形主要发生在较软的晶粒内且晶界处呈竹节状;双晶体晶界附近往往存在应力集中,晶粒取向差改变时,相邻晶粒内启动的滑移系与孪生系数目与先后顺序将改变。γ-TiAl三晶体的变形主要集中在晶粒中间部位,三叉晶界处应变较小,且三叉晶界附近不一定会出现应力集中,这可能与晶粒之间的取向差以及晶粒与界面的相互作用有关,还需进一步研究。多晶体变形复杂,本研究采用Voronoi算法建立γ-TiAl多晶体模型,构建耦合孪生的晶体塑性本构关系,采用对γ-TiAl多晶体进行单向拉伸有限元模拟。通过考察多晶体中不同取向晶粒的滑移系和孪生系的启动情况,分析在塑性变形过程中γ-TiAl多晶体的位错滑移或孪生启动机制,以及不同滑移系或孪生系对变形的影响,并对单晶体与多晶体中的滑移与孪生启动情况进行对比。模拟结果表明:γ-TiAl多晶体中,不同取向的γ-TiAl晶粒内滑移系与孪生系的启动存在显著差异。Schmid因子大的普通滑移系启动最快,超位错与孪生启动较为滞后。同时,晶粒内启动的滑移系数目随载荷的增大而增多。普通位错对γ-TiAl合金变形的影响最大,超滑移和孪生形变对其塑性变形的影响相对较小。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23

【参考文献】

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1 孙朝阳;郭祥如;黄杰;郭宁;王善伟;杨竞;;耦合孪生的TWIP钢单晶体塑性变形行为模拟研究[J];金属学报;2015年03期

2 杨锐;;钛铝金属间化合物的进展与挑战[J];金属学报;2015年02期

3 闫五柱;张嘉振;周振功;岳珠峰;;基于晶体塑性理论的晶界压痕行为研究[J];金属学报;2015年01期

4 蓝永庭;陆大敏;刘贵龙;苏莹;张克实;;AZ31镁合金晶体塑性行为与细观非均匀变形的数值模拟[J];中国有色金属学报;2014年12期

5 黄旭;李臻熙;高帆;黄浩;;航空发动机用新型高温钛合金研究进展[J];航空制造技术;2014年07期

6 徐东生;王v，

本文编号：1260039