TA15钛合金形变过程的微观机理研究及其介观晶体塑性有限元模拟

发布时间：2017-07-31 07:44

  本文关键词：TA15钛合金形变过程的微观机理研究及其介观晶体塑性有限元模拟

  更多相关文章： TA15钛合金 高温变形 织构演化 位错密度 晶体塑性有限元

【摘要】：本文采用Gleeble—3500型热模拟机及EBSD等分析方法,根据等温恒定应变速率压缩实验研究,探究TA15钛合金热压缩变形过程中变形温度、应变速率和变形量对流变应力及位错密度的影响规律。在变形过程中,流变应力随应变速率的增加而增加,且随变形温度的升高而降低。同时研究TA15钛合金在热压缩变形过程中的织构演化,结果表明,在热压缩塑性变形过程中,随着应变速率的增加,合金中初生a相的晶粒形态和取向均发生了明显的变化,晶粒垂直于压缩方向由等轴状被拉长为长条状,晶粒内部首先出现取向渐变区,继而滑移变形到一定程度后发生塑性变形。随着应变速率的增加,a相的织构强度呈减弱趋势,且织构组分由{11-0}1120不断转变为较为稳定的{0001}(1126。此外,本文还使用XRD线形傅氏分析法,在不同温度、应变速率和变形量下热压缩变形条件后,对TA15合金的位错亚结构进行定量分析。实验结果表明：利用XRD线性傅立叶变换的分析方法可以定量地表示热压缩变形后的位错信息；位错类型主要为柱面(1010)、基面(0002)和锥面(1011)型位错。各变形条件下位错密度均在1011～1012cm-2的范围内。随变形量从40%增加60%,位错密度均有不同程度的降低。其中柱面(1010)和锥面(1011)位错密度随温度的升高下降速度更快,说明高温条件下柱面和锥面位错相对来说更易滑移。最后,本文通过晶体塑性有限元与电子背散射衍射(EBSD)技术相结合的方法,实现了对TA15钛合金相变点以上高温压缩变形的晶体塑性有限元模拟。采用元胞自动机方法获得了晶粒的初始形貌,通过用户子程序UMAT将基于率相关晶体塑性本构方程嵌入到软件ABAQUS中。模拟结果显示,TA15合金热压缩变形组织呈明显的形变不均匀特征,模型中晶粒内部应力应变的分布不均匀。不同晶粒滑移系的开动不同,即使在同一晶粒内部,也存在滑移系开动不同步的情况；并用电子背散射衍射(EBSD)技术对TA15钛合金的热压缩变形组织的变形不均匀进行验证研究。
【关键词】：TA15钛合金 高温变形 织构演化 位错密度 晶体塑性有限元
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-16
• 第一章 绪论16-27
• 1.1 钛合金概述16-18
• 1.1.1 钛合金的分类16-17
• 1.1.2 钛合金应用现状及发展前景17-18
• 1.2 TA15合金的特点18
• 1.3 钛合金成形特征18-19
• 1.3.1 钛合金锻造工艺特征19
• 1.3.2 钛合金热变形工艺特点19
• 1.4 有限元模拟计算的国内外现状19-20
• 1.5 晶体塑性理论国内外研究现状20-26
• 1.5.1 国外晶体塑性理论的有限元模拟应用21-25
• 1.5.2 国内研究应用现状25-26
• 1.6 课题研究意义及主要内容26-27
• 1.6.1 课题来源26
• 1.6.2 研究意义及主要内容26-27
• 第二章 TA15钛合金热压缩过程中的织构演化研究27-36
• 2.1 实验材料27
• 2.2 实验方法27-29
• 2.2.1 等温热压缩实验27-28
• 2.2.2 电子背散射衍射测试晶体结构和取向分析28-29
• 2.3 TA15合金热变形流变应力研究29-31
• 2.4 晶粒特征及取向分析31-34
• 2.4.1 晶粒形态尺寸及晶粒特征31-32
• 2.4.2 α 相晶粒的取向32-33
• 2.4.3 取向分布函数织构分析33-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第三章 基于X射线衍射的TA15钛合金热压缩变形位错演化分析36-45
• 3.1 X射线衍射法应用36-37
• 3.1.1 X射线衍射技术的研究方法36
• 3.1.2 X射线衍射技术在材料分析中的应用36-37
• 3.1.3 X射线衍射分析的实验步骤37
• 3.2 基于JADE软件的XRD数据分析37-39
• 3.3 热变形工艺参数对位错密度演变的定量分析39-43
• 3.3.1 线性傅里叶变化计算位错密度39-40
• 3.3.2 位错密度测定结果及分析40-43
• 3.4 小结43-45
• 第四章 晶体塑性有限元与元胞自动机模型45-55
• 4.1 晶体塑性有限元45-51
• 4.1.1 晶体塑性变形几何学与运动学45-47
• 4.1.2 率相关晶体材料的硬化47
• 4.1.3 多晶体塑性本构模型47-48
• 4.1.4 晶体塑性本构模型的数值实现48-51
• 4.2 元胞自动机方法51-54
• 4.2.1 元胞自动机的应用现状51-52
• 4.2.2 元胞自动机方法的基本组成52-53
• 4.2.3 基于元胞自动机理论的数值计算53-54
• 4.3 本章小结54-55
• 第五章 TA15钛合金介观尺度的形变过程有限元模拟55-70
• 5.1 TA15钛合金形变过程的有限元模型建立55-57
• 5.1.1 滑移系及晶体取向关系55
• 5.1.2 晶体塑性有限元材料本构参数的确定55-57
• 5.2 高温变形晶体塑性有限元模拟结果分析57-66
• 5.2.1 高温压缩变形后组织形貌变化57-58
• 5.2.2 高温压缩变形后应力、应变的结果分析58-60
• 5.2.3 不同滑移系的开动60-65
• 5.2.4 形变储存能的计算65-66
• 5.3 形变过程中织构演化模拟66-68
• 5.4 本章小结68-70
• 第六章 全文总结与工作展望70-73
• 6.1 全文总结70-71
• 6.2 研究展望71-73
• 参考文献73-78
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况78

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