取向與晶界影響γ-TiAl合金位錯與孿生啟動的FEM模擬.pdf

1、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，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、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(jī)制，本文建

2、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(jìn)行數(shù)值實(shí)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(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

3、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(jìn)一步研究。
　　多晶體變形復(fù)雜

4、，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(jìn)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(jī)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(jìn)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