镍基单晶高温合金热机械疲劳本构模型研究 - 西北有色金属研究院.pdfVIP

第44 卷 第1 期 稀有金属材料与工程 Vol.44, No.1 2015 年 1 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING January 2015 镍基单晶高温合金热机械疲劳本构模型研究 徐 涛，高行山，温志勋 ，岳珠峰 (西北工业大学，陕西 西安 710129) 摘 要：在晶体塑性理论的基础上，提出了一种适用于镍基单晶高温合金热机械疲劳的本构模型，并采用该模型对 单晶材料不同晶体取向的热机械疲劳力学响应进行有限元模拟。结果表明，该本构模型可以较好地模拟镍基单晶合 金的热机械疲劳行为。对于同相位热机械疲劳，压缩应力幅大于拉伸应力幅，循环平均应力小于零；对于反相位热 机械疲劳，拉伸应力幅大于压缩应力幅，循环平均应力大于零。随着循环次数的增加，材料呈现出在高温半周为初 始软化，低温半周为初始硬化的特征。晶体取向对于材料的热机械疲劳性能具有显著的影响。 关键词：镍基单晶；晶体塑性；热机械疲劳；本构模型 中图法分类号：O733; O345 文献标识码：A 文章编号：1002- 185X(2015)01-0108-05 镍基单晶高温合金因其卓越的高温性能，被广泛 镍基单晶材料热机械疲劳形变的本构模型，并对DD6 [1,2] DD8 应用于航空发动机先进热端部件 ，其力学性能特点 及 单晶材料进行了实验模拟。 主要表现为晶体取向相关性。这些高温部件在飞机起 1 晶体塑性理论 飞、降落或加减速时会承受较大的瞬变载荷同时经受 [8,9] 温度的迅速改变，这种循环的变温低周疲劳就是热机 本文采用率相关的单晶晶体塑性本构模型 ，该 械疲劳(TMF)[3] 。 本构模型求解的关键是确定晶体滑移系的滑移率，它 对于镍基单晶合金的高温蠕变性能、疲劳和断裂 与分切应力有关。滑移系的分切应力与宏观应力之间 损伤机理已有过研究，随着热机械疲劳研究的开展， 的关系可表示为： 这些方法也被推广到变温疲劳预测中，但等温疲劳方   (1)  /P ηα Pα ζ 法并不能反映出温度变化时材料的同步形变行为。在 其中， 为各个滑移的分切应力， 为取向因子， 等温低周疲劳实验中，材料的抗力在循环过程中为常 为晶轴系下的应力张量。 Pα 数，而在热机械疲劳实验过程中随着应变和温度的变 取向因子 的定义为 化，材料在变形过程中的力学性能参数也不断变化， 1 T T      [4] P 2 (m n n