[发明专利]一种Ni3Al基合金考虑位错演化的物理本构模型的建立方法

说明书

本发明公开了一种Ni₃Al基合金考虑位错演化的物理本构模型的建立方法，包括如下步骤：1)Ni₃Al基合金IC10在300K和973K下沿晶粒生长方向的单调拉伸试验，控制应变率为10^‑3/s：2)IC10合金300K和973K下应变率跳跃试验：3)IC10合金的扫描电子显微镜和透射电子显微镜观测：4)物理本构模型的建立及模型参数的获取：根据位错运动理论建立模型；基于IC10合金的力学性能试验和微观试验，确定模型参数：5)模型验证：模型建立后，对IC10合金300K和973K下的拉伸性能进行模拟验证。本发明的有益效果：本专利可以准确地预测IC10合金不同温度下的单向拉伸力学性能，为材料进一步的强度和疲劳研究提供准确的材料参数，对材料的工程设计具有重要意义。

技术领域

本发明涉及航空材料领域，具体涉及Ni₃Al基合金考虑位错演化的物理本构模型的建立方法。

背景技术

Ni₃Al基合金由于其出色的高温力学性能被广泛的用于航空发动机上的高温结构件。与传统材料相比，Ni₃Al基高温合金具有熔点高、高温强度高、密度低、比刚度高以及抗氧化性能好等特性。大量资料研究表明，Ni₃Al基合金具有很多反常的宏观力学特性：应变率敏感特性、屈服应力和应变硬化率在一定温度范围内随着温度的升高而增加、不满足Schmid法则等。为了解释这些宏观力学特性，不少学者针对这种的材料微观变形机理开展了相应研究，针对本文研究的中温区(300K-923K)，机理研究成果总结如下：(1)变形过程中，刃型位错和螺型位错都会对材料的塑性流动产生影响(2)变形过程中，只有12个八面体滑移系被激活，并且不同滑移系之间的位错会相互影响(3) Ni₃Al基合金变形过程中，存在特殊的位错结构:KW锁和几何位错(GNDs)，同时还存在特殊的位错运动形式：位错的攀爬和交滑移。

目前，为了能够预测Ni₃Al基合金的力学性能，不同的学者提出了很多的模型，但是这些模型中，大多数都是宏观模型。在少数的微观模型中，也没有学者去具体考虑了不同位错形式的影响以及不同滑移系之间的相互影响，大多数微观模型都是采取平均化处理手段，这样的方法无法直接反映材料的微观变形机理。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术，提出一种Ni₃Al基合金考虑位错演化的物理本构模型建立方法，能够准确预测Ni₃Al基合金在中温区的单向拉伸力学性能。

技术方案：一种Ni₃Al基合金考虑位错演化的物理本构模型建立方法，包括如下步骤：

步骤一、对Ni₃Al基合金IC10在300K和973K下沿晶粒生长方向开展单调拉伸试验，分别获取其在300K和973K两个温度下的单调拉伸力学性能，根据初始屈服强度确定材料参数c₃和c₄；

步骤二、对IC10合金在300K和973K下开展应变率跳跃试验，获取其热激活体积，确定模型中的材料参数c₁和c₂；

步骤三、运用扫描电子显微镜和透射电子显微镜获取IC10合金的微观结构观测图，运用图形测量工具测得973K下变形过程中晶体内部不同应变下的位错密度，确定模型中的参数θ_f、和这三个参数共同决定了IC10变形过程中的位错密度演变规律；

步骤四、基于晶体位错运动理论，结合IC10合金的微观观测结果，建立其考虑位错演化的物理本构模型，包括如下步骤：

(4-1)根据晶体塑型理论，应力率由如下公式表示：