细观非均质性对镍基单晶双相合金塑性行为的影响.pdfVIP

第36 卷 第8 期 稀有金属材料与工程 Vol.36, No.8 2007 年 8 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING August 2007 细观非均质性对镍基单晶双相合金塑性行为的影响 1 2 1 1 郭运强 ，张克实 ，耿小亮 ，刘 芹 (1. 西北工业大学，陕西 西安 710072) (2. 广西大学，广西 南宁 530004) 摘 要：建立了考虑背应力演化和损伤演化的晶体塑性模型，利用所建立的晶体塑性模型研究了应变速率对镍基单晶 合金基体相、强化相的影响。结果表明，镍基单晶基体相和强化相均表现出明显的率相关性。单晶双相合金的细观非 均质性导致非均匀的微观应力和微观塑性滑移。塑性滑移变形首先发源于基体相。微观应力和塑性滑移的非均匀性可 能是材料微观损伤积累和孔洞形核的根源。 关键词：晶体塑性理论；镍基双相合金；强化相；细观非均质性 中图法分类号：TG113 ；O344.6 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2007)08-1331-05 (100) 面。其中 γ′相的体积分数大约为 60%~70% 。 1 引 言 Raffaitin[5]利用透射电镜（TEM ）得到了单晶合金MC-2 镍基单晶合金具有优良的高温抗疲劳、抗蠕变性 热处理后的微观结构，如图 1 所示。γ 基体相的宽度 能，是制造航空发动机热端部件的主要材料。针对镍 约为46 nm ，γ′相的尺寸约为0.5 µm ，γ′相的体积分数 基单晶合金蠕变、损伤和破坏机制的研究已经取得了 约为68% 。 长足的进展。Zhang[1]提出了一种考虑损伤的单晶热- 粘塑性本构模型和迭代求解算法，进而研究了镍基单 晶在晶体滑移机制下的蠕变变形和孔洞型损伤演化。 Rao[2]采用 Hill 各向异性屈服理论研究了单晶材料涡 轮叶片的循环蠕变。Tao[3]在热力学框架下建立了单晶 宏观各向异性弹粘塑性损伤本构模型，并将其用于单 晶叶片的结构分析和循环寿命模拟。Chen[4] 研究了 5µm DD3 单晶合金在疲劳-蠕变交互作用下的材料变形行 图1 含立方γ′相单晶MC-2 的微观结构[5] 为。大多数研究者认为晶粒内部的材料是均质的，忽 Fig.1 Microstructure of Ni-base single crystal MC-2[5] 略了微观尺度相界对材料宏观力学行为的影响。微观 containing cubic γ′ phase 尺度的非均质性对结构的宏观响应也许微不足道，但 对材料的微观过程如材料的损伤、断裂和破坏则是至 因此，有必要考虑单晶双相合金细观尺度的非均 关重要的。因为材料的破坏发端于材料局部微小区域 质性对宏观力学性能的影响。为了定量地研究单晶双 的微结构，材料的微观应力及其分布形式对微观区域 相合金的力学行为，Durand[6]利用X 射线衍射技术测 内发生事件的影响是不能忽略的。 量了γ，γ′相的应变场，并用有限元方法进行了模拟分 电子显微分析表明，镍基单晶在细观尺度上表现 析。Durst[7]利用原子力显微镜对γ，γ′相的压痕响应进 出强烈的非均质性。沉淀强化镍基高温合金主要由两 行了试验研究，利用 Oliver-Pharr 方法得到了 γ，γ′相 相组成，一相为面心立方（FCC