多晶體材料的力學性質(zhì)與材料晶粒取向分布的關(guān)系及其測量.pdf

1、化工機械設(shè)備，如壓力容器、管道、泵等大多為金屬材料所制造，金屬材料的力學性能對這些設(shè)備的生產(chǎn)制造及安全運行有重要的影響。金屬材料是多晶體材料，由微小晶粒集合而成，晶粒的化學成分、尺寸大小、取向分布等決定了多晶體材料的宏觀力學性能。金屬的鑄造、塑性成形、熱處理等過程會使晶粒的尺寸大小、取向分布、形狀等發(fā)生一定的變化，產(chǎn)生不同的微結(jié)構(gòu)。本文主要研究金屬微結(jié)構(gòu)對金屬材料力學性能的影響及其材料微結(jié)構(gòu)的測量方法，并取得了以下具有創(chuàng)新意義的成果：(

2、1)針對準D5晶粒任意集合的多晶體材料，考慮晶粒的對稱性，通過微結(jié)構(gòu)理論和群論，推導出了準D5晶粒的本構(gòu)形式，該本構(gòu)由5個單晶常數(shù)組成；本文用晶粒取向分布函數(shù)(ODF)w(R)描述多晶體中的晶粒取向為R的可能性密度，并基于Voigt模型和Reuss模型，推導出了考慮織構(gòu)系數(shù)影響的準D5晶粒任意集合的多晶體材料的平均彈性剛度張量(C)和平均彈性柔度張量(S)；算例表明(C)≥(S)-1，與Hill理論相吻合； (2)金屬材料塑性性

3、能的一個重要指標是r-值或稱Lankford系數(shù)；通過多晶體材料的屈服函數(shù)與取向分布函數(shù)(ODF)的關(guān)系，Man推導出了立方晶粒正交集合板材的r-值；本文在Man研究的基礎(chǔ)上，推導出了考慮織構(gòu)系數(shù)影響的立方晶粒任意集合板材的r-值表達式； (3)ODF的測量方法有很多；Huang(2004)由自洽法推導出了立方晶粒正交集合的有效彈性剛度張量，本文基于他的結(jié)果，研究了立方晶粒正交集合板材的彈性模量與織構(gòu)系數(shù)c4m0(m=0，2，4

4、)的關(guān)系，通過測量板材的彈性模量確定板材的織構(gòu)系數(shù)； (4)本文根據(jù)Christoffel方程，采用Huang和Man(2002，2003)推導出的立方晶粒各向異性集合金屬材料的有效彈性剛度張量，通過客觀性原理，建立了超聲波波速與九個織構(gòu)系數(shù)c4m0(m=0，1，2，3，4)之間的近似關(guān)系式，其結(jié)果可以用于超聲波測量立方晶粒各向異性金屬的織構(gòu)系數(shù)；數(shù)值計算表明：如果超聲波儀器能夠準確地測量縱波速度，本文的近似關(guān)系式能夠給出很好的