基于CPFEM的TA15鈦合金高溫塑性變形研究.pdf

1、晶體塑性理論將晶體塑性變形的物理機制及變形幾何學與單晶或多晶的彈塑性本構(gòu)方程相結(jié)合,從介觀尺度(即晶粒尺度)上解釋材料的各種塑性變形行為。將晶體塑性理論與有限元方法相結(jié)合的方法稱為晶體塑性有限元方法(CrystalPlasticFiniteElementMethod,CPFEM),該方法從材料變形的物理機制出發(fā),可以較為準確的反映材料的微觀特性。目前晶體塑性有限元模擬已成為力學界和材料界的研究熱點。
　　鈦與鈦合金是一種重要的結(jié)構(gòu)

2、材料,以其優(yōu)異的性能廣泛應用在航空航天等領(lǐng)域。鈦有兩種同素異構(gòu)晶型:密排六方(HCP)點陣的α-Ti相和體心立方(BCC)點陣的β-Ti相,由于晶格類型不同,其變形機制差別較大。
　　文中綜合采用了有限元方法、晶體塑性理論、元胞自動機等現(xiàn)代科學技術(shù)方法。從介觀尺度出發(fā),根據(jù)合金微觀晶格結(jié)構(gòu)的不同,研究新型近α型鈦合金—TA15鈦合金的高溫塑性變形,研究在相變點溫度以上及以下的TA15鈦合金高溫的高溫塑性變形行為。
　　文中采

3、用元胞自動機方法得到了相變點上的TA15鈦合金的初始晶粒形貌。建立了適用于變形溫度在相變點以上的TA15合金的高溫塑性變形的晶體塑性有限元模型。模擬結(jié)果表明多晶體在塑性變形的過程中,晶粒與晶粒之間以及晶粒內(nèi)部的應力分布存在著明顯的差異,晶粒內(nèi)部與晶粒外部的塑性變形非常不均勻。通過對滑移系上的剪應變進行分析表明由于各晶粒的取向不同和晶粒間的取向差的差異,不同晶粒的滑移系開動情況差別很大;在同一晶粒內(nèi)部,由于需要協(xié)調(diào)相鄰晶粒的應變情況,因此

4、滑移系開動的程度也不完全相同。
　　建立了適用于變形溫度在相變點以下的TA15合金的高溫塑性變形多晶晶體塑性有限元模型,研究HCP型多晶體在塑性變形后的應力應變狀態(tài)及變形過程中晶粒的取向分布情況。結(jié)果表明,基于HCP晶體的變形機制所建立的孿生為主滑移為輔的塑性本構(gòu)關(guān)系可以相對較好的描述材料的應力應變狀態(tài)。對變形過程中模型代表單元中晶粒的取向分布情況的研究表明,隨著變形的增加,同一面上的晶粒取向分布的改變有一定規(guī)律,不會發(fā)生突變;不