[發明專利]一種Ni3Al基合金考慮位錯演化的物理本構模型的建立方法

有效

• 申請號: 201611195224.8
• 申請日: 2016-12-22
• 公開（公告）號: CN106769465B
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 張宏建;肖健峰;崔海濤;溫衛東
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01N3/08
• 分類號: G01N3/08;G01N23/04;G01N23/2251;G01N33/204
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 張耀文

1.一種Ni₃Al基合金考慮位錯演化的物理本構模型建立方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一、對Ni₃Al基合金IC10在300K和973K下沿晶粒生長方向開展單調拉伸試驗，分別獲取其在300K和973K兩個溫度下的單調拉伸力學性能，根據初始屈服強度確定材料參數c₃和c₄；

步驟二、對IC10合金在300K和973K下開展應變率跳躍試驗，獲取其熱激活體積，確定模型中的材料參數c₁和c₂；

步驟三、運用掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡獲取IC10合金的微觀結構觀測圖，運用圖形測量工具測得973K下變形過程中晶體內部不同應變下的位錯密度，確定模型中的參數θ_f、和這三個參數共同決定了IC10變形過程中的位錯密度演變規律；

步驟四、基于晶體位錯運動理論，結合IC10合金的微觀觀測結果，建立其考慮位錯演化的物理本構模型，包括如下步驟：

(4-1)根據晶體塑型理論，應力率由如下公式表示：

式中，是以初始構形為基礎的柯西應力張量的Jaumann導數，D為變形率張量，N為變形過程中開啟滑移系的總數目，此處默認只有八面體滑移系開啟，N＝12，EMT表示瞬時彈性模量，P^α和B^α分別定義如下：

B^α＝W^ασ+σW^α

式中，σ是柯西應力張量，和分別表示變形后晶體滑移系的滑移方向和滑移法向；

(4-2)本構模型中流動法則的建立：

任一滑移系上的剪切變形率由下式表示：

式中，b是Burgers矢量，ρ_me和ρ_ms分別表示變形過程中晶體內部刃型位錯密度和螺型位錯密度；和分別表示刃型位錯和螺型位錯的運動速度，α表示當前滑移系統；λ^α是位錯的跳躍寬度，與晶體內部的林位錯密度相關，c₁為材料常數；Q_slip是熱激活能，V^α是激活體積，V^α＝c₂b²λ^α，c₂是材料常數；K_B是波爾茲曼常數，θ是溫度，v₀是嘗試頻率；τ^α、和分別表示滑移系α上的分切應力、刃型可動位錯的切割力和螺型可動位錯的切割力；其中，τ^α和的具體表達式見硬化法則部分；

(4-3)本構模型中硬化法則的建立

τ^α＝σ^α:P^(α)

式中，c₃-c₇為材料常數；μ是材料的剪切剛度；是材料變形過程內部的平行位錯密度；f_p,s是平行位錯密度中刃型特點位錯的占比；ρ^α、和分別表示材料變形過程中總的位錯密度、刃型位錯密度和螺型位錯密度；f_e^α是總位錯密度中刃型位錯密度的占比，和是f_e^α的初始值和漸進值，θ_f是表征f_e^α變化的系數；d₁是Ni₃Al基合金強化項的尺寸；k_lock和k_unlock是材料變形過程中KW鎖的解鎖系數和加鎖系數，H_l和H_u是分別與之對應的熱力學過程的焓值，L₀是位錯發生加鎖過程的激活長度，L_s兩段位錯發生解鎖過程的臨界距離。