GH4169合金高温变形行为的析出相强化本构模型及晶体塑性有限元模拟
宋润华 熊凌轩 仲政 李东风 · 2018
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会议名称:
2018年全国固体力学学术会议
会议时间:
2018-11-23 00:00:01
会议地点:
中国黑龙江哈尔滨
摘要:
GH4169高温合金因其在高温下优良的力学性能,广泛应用于航空发动机涡轮盘等热端部件中。在合金的制备过程中通常需对固溶态GH4169合金进行时效热处理,使得在基体相中析出γ'(Ni_3(Al、Ti))和γ'(Ni_3Nb)等强化相,从而提高合金强度。本文通过不同时间时效处理控制析出相演化阶段,并进行高温拉伸实验获得应力-应变关系,进一步建立了考虑析出相演化的宏观本构模型及晶体塑性本构模型,从而对析出相强化效应及高温变形机理进行研究。本文首先对固溶态GH4169合金进行了不同时长(2、15、30、60、120、240分钟)的720℃时效处理,将时效处理后的试样进行720℃下10-2/s速率的高温单轴拉伸实验。实验结果如图1(a)所示,材料的屈服强度随试样时效时间的增加呈现升高趋势,但其中保温120、240min的两组实验结果无较大差别,这是析出相体积分数在时效处理120分钟后逐渐趋于饱和所导致。对此,本文进一步建立了考虑析出相强化效应的宏观本构模型。其中,析出相体积分数的演化规律由JMA方程描述,强化机理以共格应变强化、位错切割有序颗粒、Orowan绕过机制共同作用。该模型模拟结果与实验曲线对比如图1(b)所示,表现出较好的一致性。本文进一步开展了细观力学有限元模拟研究,首先进行了三维电子背散射衍射(3D-EBSD)实验,通过机械研磨及聚焦离子束切割的方式对试样逐层减薄并逐层EBSD扫描,将获得的二维EBSD结果进行组合,获得三维组织结构信息。其次根据三维重构实验建立相应的三维代表性体元并将之有限元离散,本文采用晶体塑性本构来表征多晶材料的塑性滑移,引入受析出相强化效应影响的滑移阻力因子。通过将实验结果和模拟结果对比标定晶体塑性本构参数,从而进一步应用细观力学有限元模型预测合金的高温变形行为。
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