[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

摘要

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。

主权项

1.一种Ni₃Al基合金考虑位错演化的物理本构模型建立方法，其特征在于，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：式中，是以初始构形为基础的柯西应力张量的Jaumann导数，D为变形率张量，N为变形过程中开启滑移系的总数目，此处默认只有八面体滑移系开启，N＝12，EMT表示瞬时弹性模量，P^α和B^α分别定义如下：B^α＝W^ασ+σW^α式中，σ是柯西应力张量，和分别表示变形后晶体滑移系的滑移方向和滑移法向；(4‑2)本构模型中流动法则的建立：任一滑移系上的剪切变形率由下式表示：式中，b是Burgers矢量，ρ_me和ρ_ms分别表示变形过程中晶体内部刃型位错密度和螺型位错密度；和分别表示刃型位错和螺型位错的运动速度，α表示当前滑移系统；λ^α是位错的跳跃宽度，与晶体内部的林位错密度相关，c₁为材料常数；Q_slip是热激活能，V^α是激活体积，V^α＝c₂b²λ^α，c₂是材料常数；K_B是波尔兹曼常数，θ是温度，v₀是尝试频率；τ^α、和分别表示滑移系α上的分切应力、刃型可动位错的切割力和螺型可动位错的切割力；其中，τ^α和的具体表达式见硬化法则部分；(4‑3)本构模型中硬化法则的建立τ^α＝σ^α:P^(α)式中，c₃‑c₇为材料常数；μ是材料的剪切刚度；是材料变形过程内部的平行位错密度；f_p,s是平行位错密度中刃型特点位错的占比；ρ^α、和分别表示材料变形过程中总的位错密度、刃型位错密度和螺型位错密度；f_e^α是总位错密度中刃型位错密度的占比，和是f_e^α的初始值和渐进值，θ_f是表征f_e^α变化的系数；d₁是Ni₃Al基合金强化项的尺寸；k_lock和k_unlock是材料变形过程中KW锁的解锁系数和加锁系数，H_l和H_u是分别与之对应的热力学过程的焓值，L₀是位错发生加锁过程的激活长度，L_s两段位错发生解锁过程的临界距离。