[發明專利]一種鎳基單晶材料統一的拉壓不對稱微觀模型的建立方法

有效

• 申請號: 201610818979.2
• 申請日: 2016-09-12
• 公開（公告）號: CN106649918B
• 公開（公告）日: 2020-01-14
• 發明（設計）人: 張宏建;肖健峰;溫衛東;崔海濤
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 32249 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 楊曉玲

本發明公開了一種鎳基單晶材料拉壓不對稱微觀模型的建立方法，包括如下步驟：1)鎳基單晶材料中溫區沿不同加載方向的單調拉伸和單調壓縮試驗；2)一種鎳基單晶材料統一拉壓不對稱微觀模型的建立，基于LCP模型的拉壓不對稱理論，建立統一的拉壓不對稱微觀模型；3)模型參數識別，通過軟件計算得到模型參數；4)模型驗證，用單晶材料在不同溫度不同加載方向初始屈服強度的試驗數據對本發明建立的模型進行驗證。本方法可以準確地預測鎳基單晶材料在不同加載方向不同溫度下的初始屈服強度，真實反映鎳基單晶材料的拉壓不對稱性。同時，豐富了鎳基單晶材料的材料數據庫，對進一步分析鎳基單晶材料的強度和疲勞提供了基礎。

技術領域

本發明涉及航空材料技術領域，具體涉及一種確定航空發動機熱端部件材料初始屈服強度的細觀模型的建立方法。

背景技術

鎳基單晶高溫合金由于其優異的高溫力學性能，已廣泛應用于航空發動機的高溫熱端部件。鎳基單晶高溫合金的微觀結構由兩部分構成：固溶強化的基體相γ相和LI2型晶體結構的強化相γ'相，由于γ'相的存在，這類合金都具有反常的力學特性：(1)屈服反常，在峰值溫度點以前，屈服強度隨溫度的升高而升高；(2)拉壓非對稱性，拉伸和壓縮條件下的屈服強度不一樣；(3)力學性能的方向性，單向拉伸/壓縮的力學性能、疲勞力學性能和蠕變力學性能等都和材料的加載方向密切相關。

鎳基單晶高溫合金的屈服行為作為其最重要的力學行為之一，綜合反映了上述的力學反常特性。目前針對鎳基單晶高溫合金的初始屈服行為研究，主要有兩大類模型：宏觀唯像模型和基于滑移機理的晶體學模型。目前，以上兩種模型都不能實現單晶材料所有加載方向初始屈服強度的預測。事實上，鎳基單晶高溫合金的力學性能與其變形過程中激活的滑移系類型密切相關。資料研究表明，鎳基單晶高溫合金發生變形時內部滑移系的競爭關系與溫度和加載方向密切相關，低溫時，八面體滑移系占主導地位，高溫時，立方體滑移系占主導地位，中等溫度區時，八面體滑移系和立方體滑移同時存在；在中溫區內，加載方向接近[001]時，八面體滑移占主導地位，而當加載方向接近[-111]時，立方體滑移系占主導地位，當加載方向在[011]附近時，兩種滑移系同時作用。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種鎳基單晶材料統一的拉壓不對稱微觀模型的建立方法，能夠預測中溫區鎳基單晶材料在所有加載方向下的初始屈服強度。

技術方案：一種鎳基單晶材料統一的拉壓不對稱微觀模型的建立方法，包括如下步驟：

1)，獲取鎳基單晶材料中溫區沿[001]、[012]和[-111]方向單調拉伸的初始屈服強度，鎳基單晶材料沿[001]方向單調壓縮的初始屈服強度，以及鎳基單晶材料的其它四組任意不同方向單調拉伸或者單調壓縮的初始屈服強度；

2)，基于LCP模型的拉壓不對稱理論，考慮不同加載方向下不同滑移系之間的競爭關系，建立統一的拉壓不對稱微觀模型，包括如下步驟：

21)，建立不同滑移系占主導地位時的細觀拉壓不對稱模型：

當八面體滑移系占主導地位時，八面體滑移系上分切應力表示為：

S₁σ_oct＝T_n+A₀exp[(-H₀+A₂S₂σ_oct+δA₃S₃σ_oct)/RT]