Mech. Mater.:基于晶体塑性方法模拟增材制造Ti-6Al-4V的拉伸各项异性行为

文摘   2024-11-01 21:00   四川  
增材制造生产的Ti-6Al-4V合金因其具有高强度重量比,耐腐蚀性和生物相容性,通常是航空航天,汽车和生物医学应用的首选材料。但由于增材制造生产过程中复杂而独特的热历史,所获得的微观结构和机械性能可能与传统制造有很大不同。来自丹麦技术大学的K. Somlo等人采用晶体塑性框架,建立了一个晶粒有着取向相互正交的交替层织构特征的RVEs模型,在不考虑尺寸效应的前提下,能够捕捉增材制造生产的Ti-6Al-4V的晶粒形态和晶体结构基本特征,并基于试验得到模拟所需弹塑性参数值,最终能够很好的拟合Ti-6Al-4V的拉伸各项异性行为。

图一:数值模拟研究中对真实材料微观结构的解释:(a)和(b)LOM显微图;(c)SEM显微图;(d)XRD测量图;(e)具有拉长初生晶粒和片层状次生晶粒的周期性RVEs。

图二:A、B、C、D四种案例合成织构的立体极图和RVEs。

A:每个初级晶粒具有完全随机的HCP晶体取向。

B:在HCP晶体的y轴[1100]平行于𝐧的约束下,每个初级晶粒具有随机的晶体取向。

C:每个主晶粒由一个HCP晶体组成,其y轴[1100]与𝐧平行,如情况B,但y轴[0001]与全局𝑍轴之间的角度接近0◦。

D:每个原粒由两种类型的交替层组成。初级层与情形C具有相同的晶体取向。在二级层中,HCP晶体的z轴[0001]与𝐧平行,而y轴[1100]与𝑍轴方向接近。

图三:案例D中不同交替层的HCP晶体的z轴[0001]与构造平面XY夹角的直方图。

图四:案例A、B、C、D分别在X、Y、Z方向单轴拉伸的应力应变曲线。

图五:案例D不同方向单轴拉伸应力应变曲线与试验的对比。

图六:总应变为2%时,在𝑋方向荷载作用下,基滑移族和柱滑移族的滑移。

图七:总应变为2%时,在𝑍方向荷载作用下,基滑移族和柱滑移族的滑移。

图八:总应变为2%时,在X和Z方向荷载下的总有效滑移。

相关研究成果以“Anisotropic tensile behaviour of additively manufactured Ti-6Al-4V simulated with crystal plasticity”为题发表在Mechanics of Materials上(Volume 162, November 2021, Article Number 104034),论文第一作者为K. Somlo,通讯作者也为K. Somlo。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2021.104034

多尺度力学
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