[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

本發明公開了一種Ni₃Al基合金考慮位錯演化的物理本構模型的建立方法，包括如下步驟：1)Ni₃Al基合金IC10在300K和973K下沿晶粒生長方向的單調拉伸試驗，控制應變率為10^?3/s：2)IC10合金300K和973K下應變率跳躍試驗：3)IC10合金的掃描電子顯微鏡和透射電子顯微鏡觀測：4)物理本構模型的建立及模型參數的獲取：根據位錯運動理論建立模型；基于IC10合金的力學性能試驗和微觀試驗，確定模型參數：5)模型驗證：模型建立后，對IC10合金300K和973K下的拉伸性能進行模擬驗證。本發明的有益效果：本專利可以準確地預測IC10合金不同溫度下的單向拉伸力學性能，為材料進一步的強度和疲勞研究提供準確的材料參數，對材料的工程設計具有重要意義。

技術領域

本發明涉及航空材料領域，具體涉及Ni₃Al基合金考慮位錯演化的物理本構模型的建立方法。

背景技術

Ni₃Al基合金由于其出色的高溫力學性能被廣泛的用于航空發動機上的高溫結構件。與傳統材料相比，Ni₃Al基高溫合金具有熔點高、高溫強度高、密度低、比剛度高以及抗氧化性能好等特性。大量資料研究表明，Ni₃Al基合金具有很多反常的宏觀力學特性：應變率敏感特性、屈服應力和應變硬化率在一定溫度范圍內隨著溫度的升高而增加、不滿足Schmid法則等。為了解釋這些宏觀力學特性，不少學者針對這種的材料微觀變形機理開展了相應研究，針對本文研究的中溫區(300K-923K)，機理研究成果總結如下：(1)變形過程中，刃型位錯和螺型位錯都會對材料的塑性流動產生影響(2)變形過程中，只有12個八面體滑移系被激活，并且不同滑移系之間的位錯會相互影響(3) Ni₃Al基合金變形過程中，存在特殊的位錯結構:KW鎖和幾何位錯(GNDs)，同時還存在特殊的位錯運動形式：位錯的攀爬和交滑移。

目前，為了能夠預測Ni₃Al基合金的力學性能，不同的學者提出了很多的模型，但是這些模型中，大多數都是宏觀模型。在少數的微觀模型中，也沒有學者去具體考慮了不同位錯形式的影響以及不同滑移系之間的相互影響，大多數微觀模型都是采取平均化處理手段，這樣的方法無法直接反映材料的微觀變形機理。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術，提出一種Ni₃Al基合金考慮位錯演化的物理本構模型建立方法，能夠準確預測Ni₃Al基合金在中溫區的單向拉伸力學性能。

技術方案：一種Ni₃Al基合金考慮位錯演化的物理本構模型建立方法，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：