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双相钛合金Ti-6Al-4V拉伸行为的晶体塑性有限元研究

张龙 常乐 林鸿运 周昌玉

张龙, 常乐, 林鸿运, 周昌玉. 双相钛合金Ti-6Al-4V拉伸行为的晶体塑性有限元研究[J]. 钢铁钒钛, 2024, 45(6): 64-73. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.009
引用本文: 张龙, 常乐, 林鸿运, 周昌玉. 双相钛合金Ti-6Al-4V拉伸行为的晶体塑性有限元研究[J]. 钢铁钒钛, 2024, 45(6): 64-73. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.009
Zhang Long, Chang Le, Lin Hongyun, Zhou Changyu. Crystal plasticity finite element study of tensile behavior of two-phase titanium alloy Ti-6Al-4V[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2024, 45(6): 64-73. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.009
Citation: Zhang Long, Chang Le, Lin Hongyun, Zhou Changyu. Crystal plasticity finite element study of tensile behavior of two-phase titanium alloy Ti-6Al-4V[J]. IRON STEEL VANADIUM TITANIUM, 2024, 45(6): 64-73. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.009

双相钛合金Ti-6Al-4V拉伸行为的晶体塑性有限元研究

doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2024.06.009
基金项目: 国家自然科学基金(51905260)。
详细信息
    作者简介:

    张龙,2000年出生,男,安徽亳州人,硕士研究生,主要从事钛合金力学行为研究,E-mail:1041444792@qq.com

    通讯作者:

    常乐,1991年出生,男,江苏泰兴人,副研究员,主要从事结构完整性研究,E-mail:Chellechang@163.com

  • 中图分类号: TF823,TG115

Crystal plasticity finite element study of tensile behavior of two-phase titanium alloy Ti-6Al-4V

  • 摘要: 通过晶体塑性有限元方法探究了α/β相含量和晶粒尺寸对Ti-6Al-4V双相钛合金拉伸力学性能的影响,通过滑移相对分数定量化评估不同滑移系对塑性变形的贡献。结果表明:Ti-6Al-4V钛合金拉伸变形过程中应力应变分布不均匀,应力集中在β相变体晶粒及晶界处,应变集中在α相晶粒附近。随β相含量升高,应力集中区域更多,三叉晶界处越易产生应变集中,β相$ \left\{110\right\} $滑移系对塑性变形的贡献大幅提高。随着α相、β相或两相晶粒尺寸同时扩大,塑性段应力应变曲线下降,且初始变形都主要由柱面滑移系主导,锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系贡献次之。增大α相晶粒尺寸,锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系活性下降,导致塑性阶段应力值降低。增大β相晶粒尺寸,塑性阶段应力的降低与β相中$ \left\{110\right\} $滑移系活性下降有关。同时增大α及β相晶粒尺寸时,会同时影响柱面滑移系和$ \left\{110\right\} $滑移系的相对分数,应力值的下降与界面数量的显著下降有关。
  • 钛合金中最常见的两种结构相为α相和β相,大多数α+β型钛合金在室温下通常含有4%~20%的β相,α+β型钛合金的组织形态大致可分为等轴组织、网篮组织、魏氏体组织、双态组织四类[12]。钛合金的机械性能主要由其组织形貌、晶粒尺寸及取向所决定[3]。初生α相和β相变体作为两相钛合金中重要组成成分,随着α/β相界面的变化,晶粒及相界面与位错的交互阻碍作用致使材料强度会有所变化。

    在研究微观组织特征对单轴宏观力学变形行为影响过程中,已有诸多研究关注α/β相含量和晶粒尺寸因素的影响。李进元等[4]通过高温水冷处理使合金组织中的初生α含量减少,由于晶间β组织对位错移动起到阻碍作用,致使强度明显提高。高宇昊等人[56]研究发现初生α相含量增加,β转变相含量减少,导致强度降低,塑性增加。针对TC10、TC11、TC4等钛合金力学性能的研究表明初生α相的含量和尺寸对钛合金的力学性能有显著影响,晶粒粗化会造成钛合金强度降低[713]。此外,α相形貌对钛合金的力学性能也有显著影响。调节β变体组织中片层α相的长宽比尺寸,会使位错滑移难以穿过界面,钛合金强度及综合性能提升[1416]

    上述研究多利用试验方法,初步研究了α及β相含量和晶粒尺寸对双相钛合金宏观力学性能的影响,缺乏微观变形机理的定量化评估研究。位错滑移是双相钛合金的主要变形机制,研究微观组织对位错滑移行为的影响有助于深入理解钛合金的微观变形机理[17]。笔者基于晶体塑性有限元计算框架PRISMS-Plasticity[18],以应用广泛的 Ti-6Al-4V钛合金为例,创建不同几何结构特征的代表性体积单元(representative volume element, RVE)模型,定量化研究不同α、β相体积分数及晶粒尺寸大小对塑性变形行为和力学性能的影响,关注空间应力应变分布特点,揭示不同组织特征影响下的拉伸变形微观机制。

    塑性变形速度梯度$ {L}_{P} $[19]可表示为:

    $$ {L}_{P}={\sum }_{\alpha =1}^{{n}_{s}}{\dot{{\gamma }_{\alpha }}}{S}_{0}^{\alpha } $$ (1)

    其中,$ {n}_{s} $为滑移系启动总数量;$ \dot{\gamma_{\mathrm{\alpha}}} $为α滑移系的剪切速率;$ {S}_{0}^{\alpha } $为α滑移系滑移方向与滑移面法向的矩阵张量积。

    在唯象粘塑性定律(Phenomenological Viscoplastic Power Law)[20]本构关系中,剪切速率可表示为:

    $$ \dot{{\gamma }^{\alpha }}={\dot{{\gamma }_{0}}\left(\frac{\left|{\tau }^{\alpha }-{\omega }^{\alpha }\right|}{{S}^{\alpha }}\right)}^{m}\mathrm{s}\mathrm{i}\mathrm{g}\mathrm{n}\left({\tau }^{\alpha }-{\omega }^{\alpha }\right) $$ (2)

    其中,$ \dot{{\gamma }_{0}} $为初始剪切速率;$ {\tau }^{\alpha } $为滑移分切应力;$ {\omega }^{\alpha } $为背应力;$ {s}^{\alpha } $为滑移阻力,也称临界分切应力(critical resolved shear stress, CRSS);m为应变率敏感系数。

    CRSS值大小可由临界分切应力变化率$ \dot{{S}^{\alpha }} $表示:

    $$ \dot{{S}^{\alpha }=}\sum _{\beta }{H}_{\alpha \beta }\left|\dot{{\gamma }^{\beta }}\right|=\sum _{\beta }{q}_{\alpha \beta }{h}_{0}{\left(1-\frac{{S}^{\beta }}{{S}_{s}^{\beta }}\right)}^{a}\left|\dot{{\gamma }^{\beta }}\right| $$ (3)

    其中,$ {H}_{\alpha \beta } $为硬化模量,$ {q}_{\alpha \beta } $为不同滑移系之间的硬化系数,常取1;$ {h}_{0} $为初始硬化模量;$ {S}_{s}^{\beta } $为滑移系饱和分切应力;$ {S}^{\beta } $为滑移系启动阻力;$ {\gamma }^{\beta }\mathrm{为}{\beta }$滑移系的剪切速率;$a $为硬化指数。

    针对轧制退火和β退火的Ti-6Al-4V钛合金,Kasemer等[21]根据单轴拉伸试验,确定了不同组织形态钛合金的宏观屈服强度及延展性。进一步根据试验数据建立了β退火态片层组织晶体塑性有限元模型,探究β退火Ti-6Al-4V钛合金微观组织形态对屈服强度和延展性影响。然而,关于α、β相体积分数和晶粒尺寸对轧制退火Ti-6Al-4V钛合金性能的影响并未研究。因此,笔者根据Kasemer等[21]提供的轧制退火Ti-6Al-4V合金拉伸应力应变曲线及相关材料信息,采用相同的晶体塑性有限元本构参数进行模拟,进一步探究α、β相体积分数和晶粒尺寸对轧制退火Ti-6Al-4V钛合金性能和变形机理的影响。

    图1(a)为基于初始材料信息建立的双相多晶体模型,RVE模型采用Dream3D[22]开源软件生成,其中蓝色代表α相,晶粒尺寸约为10 μm,体积分数为92%,红色代表β相,晶粒尺寸约为5 μm,体积分数为8%,晶粒取向随机生成,整体模型大小采用64×64×64单元,大约含180个晶粒。晶体塑性模拟所用参数[21]表1,其中α相HCP晶体考虑了基面$ \left\langle\mathrm{a}\right\rangle $型滑移系、柱面$ \left\langle\mathrm{a}\right\rangle $型滑移系和锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $型滑移系,β相BCC晶体考虑了$ \left\{110\right\}\left\langle{111}\right\rangle $滑移系。设置α及β相弹性常数[21]表2图1(b)同时给出了单轴拉伸模拟结果与试验结果曲线。显然在原有晶体塑性参数下,红色模拟曲线与文献中轧制退火态Ti-6Al-4V钛合金拉伸试验数据重合度高,验证了基于本计算框架模拟的可行性和Dream3D创建RVE模型的可靠性,为后续模拟工作奠定基础。

    图  1  (a)Dream3D微观结构中相、晶粒、欧拉角、晶界分布;(b)单轴拉伸模拟与试验应力应变对比
    Figure  1.  (a) Phase, grain, Euler Angle and grain boundary distribution in Dream3D microstructure, (b) stress-strain comparison between uniaxial tensile simulation and experiment
    表  1  Ti-6Al-4V晶体塑性参数[21]
    Table  1.  Crystal plastic parameters of Ti-6Al-4V[21]
    滑移系 $ {\tau }_{0}/\mathrm{M}\mathrm{P}\mathrm{a} $ m $ {\dot{\gamma }}_{0}/{\mathrm{s}}^{-1} $ $ {h}_{0}/\mathrm{M}\mathrm{P}\mathrm{a} $ $ a $
    基面$ \left\langle\mathrm{a}\right\rangle $ 390 0.01 1.0 190 50
    柱面$ \left\langle\mathrm{a}\right\rangle $ 390 0.01 1.0 190 50
    锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $ 663 0.01 1.0 190 50
    β$ \left\{110\right\}\left\langle{111}\right\rangle $ 390 0.01 1.0 190 50
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    表  2  α和β相单晶弹性常数[21]
    Table  2.  Elastic constants of single crystal α and β phase[21]
    C11/GPaC12/GPaC13/GPaC44/GPa
    α169.6688.6661.6642.5
    β133.1095.1042.7
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    研究表明,通过固溶和固溶时效处理可改变Ti-6Al-4V合金中等轴α组织和β相基体转变组织的数量,从而影响钛合金材料的抗拉强度、屈服强度、断裂韧性及抵抗裂纹扩展能力等[23]。本节构建4种不同β相体积分数的两相RVE模型,分析两相体积分数变化对其性能的影响。图2从左至右分别表示10%、15%和25% β相体积分数下拉伸15%后的应力应变云图,晶界分布和相分布。

    图  2  不同β相体积分数下拉伸模拟结果
    (a)应力分布;(b)应变分布;(c) β相分布
    Figure  2.  Tensile simulation results with different β-phase volume fractions

    图2(a)中可看出整体应力分布呈现出明显不均匀现象,应力多集中在β相变体晶粒上及晶界处,且随β相含量升高,应力集中区域变得更多,分布更扩散。从图2(b)中可看出应变主要集中分布在α相晶粒附近,且随β相含量升高,在三叉晶界处越容易产生应变集中。因为在相同变形条件下β相晶粒屈服点比α相高,而α相内滑移系优先激活,导致α晶粒区域应变集中现象产生,且室温下晶界强晶粒弱,晶粒内部易发生滑移,而晶界会阻碍晶粒内部滑移,产生位错累积,阻碍应力应变的传递分配,致使α及β相晶粒之间应力应变分布不一致[2425]

    25% β相含量下拉伸15%应变后的颈缩变形情况如图3所示。不同β相体积分数下拉伸变形大致相同,仅颈缩收缩程度有细微差别,都在颈缩区域几何表面呈现出“橘皮状”不均匀变形,且从拉伸方向看,近表面区域形状变形扭曲程度比内部要大。“橘皮状”表面的形成是拉伸过程中晶粒在空间中发生转动,较有利取向的晶粒受周围晶粒约束较小,各晶粒产生变形差异,且不易传递到相邻晶粒,同时晶粒中心区滑移量大于边缘区(晶界附近区域),致使两者滑移台阶高低不同,造成宏观上不均匀现象,且晶粒越粗大橘皮组织越严重[26]

    图  3  25% β相含量下拉伸15%应变后变形情况
    Figure  3.  Deformation of 15% strain at 25% β-phase volume fraction

    不同β相体积分数下模拟所得拉伸应力应变曲线如图4所示。在不同β相含量下,尽管两相模量设置不同,但曲线在弹性阶段几乎没有差别,塑性阶段应力会随着β相含量的增加而增加,塑性阶段加工硬化率低,变化不明显。李学雄等[25]和唐斌等[27]对α+β双相钛合金的拉伸行为进行晶体塑性模拟研究,结果同样表明微观组织的变化对弹性段几乎没影响。据前述分析知,在β相晶粒区域会发生应力集中,而β相含量增加意味着β相晶粒及界面增多,局部应力集中现象更显著,造成塑性变形阶段应力值随着β相体积分数升高而不断增加。

    图  4  不同β相体积分数下应力应变曲线
    Figure  4.  Stress-strain curves with different β-phase volume fractions

    为深入探究变形过程中β相含量对不同滑移系激活比例的影响,图5作出了各滑移系激活相对分数。β相中$ \left\{110\right\} $滑移系的CRSS值与α相中柱面及基面滑移系CRSS值相同。

    图  5  不同β相体积分数下滑移活性分析
    (a)基面滑移;(b)柱面滑移;(c)锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移;(d)$ \left\{110\right\} $滑移
    Figure  5.  Slip activity analysis under different β-phase volume fractions

    对比不同滑移系相对分数可以看出,α相中柱面滑移系最先激活,随后β相中$ \left\{110\right\} $滑移系激活,并随着应变的增加,柱面滑移占据主导地位,柱面滑移系的相对分数先迅速下降而后缓慢下降,β相中$ \left\{110\right\} $滑移系的相对分数先迅速增加而后缓慢增加。尽管β相含量远低于α相,但是β相含量的变化会对α相中不同滑移系的相对分数产生显著影响。随着β相含量的增加,α相内的基面、柱面、锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系激活量下降,β相中$ \left\{110\right\} $滑移系的相对贡献增加。25% β相体积分数下,$ \left\{110\right\} $滑移系的相对分数接近0.4,超过柱面和锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系的相对分数。因此,β相基体一定程度上会产生滑移阻力效用阻碍α相内晶粒产生滑移,进而在α/β相区域形成应力应变集中现象。

    图6给出了α相晶粒尺寸为10、20、40 μm时的拉伸应力应变曲线。从图6可以看出,随着α相晶粒尺寸变大,应力应变曲线下降,塑性阶段硬化率几乎不变。

    图  6  不同α相晶粒尺寸下应力应变曲线
    Figure  6.  Stress-strain curves for different α-phase grain sizes

    图7给出了α相晶粒尺寸为10、20、40 μm时拉伸变形过程中不同滑移系的相对分数变化。从图7可以看出,初始变形由柱面滑移主导,2%应变后锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $对滑移贡献接近柱面滑移,而基面滑移和$ \left\{110\right\} $滑移激活相对分数较低。随着α相晶粒尺寸增加,图7(b)中柱面滑移激活相对分数增加,图7(a)及(c)中基面和锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移激活相对分数降低,而图7(d)中$ \left\{110\right\} $滑移系激活量几乎无变化。随着α相晶粒尺寸增加,尽管柱面滑移系激活比例增加,由于锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系临界分切应力明显高于柱面滑移系,锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系相对分数下降会导致塑性阶段应力值降低。

    图  7  不同α相晶粒尺寸下滑移活性分析
    (a)基面滑移;(b)柱面滑移;(c)锥面$ \left\langle{{\mathrm{c}}+{\mathrm{a}}}\right\rangle $滑移;(d)$ \left\{110\right\} $滑移
    Figure  7.  Slip activity analysis under different α-phase grain sizes

    图8给出了β相晶粒尺寸为5、10 、20 μm时的拉伸应力应变曲线。从图8可以看出,随着β相晶粒尺寸增加,应力应变曲线下降。

    图  8  不同β相晶粒尺寸下应力应变曲线
    Figure  8.  Stress-strain curves for different β-phase grain sizes

    图9给出了β相变体晶粒尺寸为5、10、20 μm时拉伸变形中基面、柱面、锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $和$ \left\{110\right\} $滑移系的激活贡献比例。初始变形主要由柱面滑移主导,2%应变后锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系相对分数接近0.4,基面滑移系对变形整体贡献比例最低。随着β相晶粒尺寸的增大,基面、柱面和锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系的相对分数变化不大,而$ \left\{110\right\} $滑移系相对贡献呈明显下降趋势。因此,随β相晶粒尺寸的增加,塑性阶段应力的降低与β相中$ \left\{110\right\} $滑移系激活相对分数下降有关。

    图  9  不同β相晶粒尺寸下滑移活性分析
    (a)基面滑移;(b)柱面滑移;(c)锥面$ \left\langle{{\mathrm{c}}+{\mathrm{a}}}\right\rangle $滑移;(d)$ \left\{110\right\} $滑移
    Figure  9.  Slip activity analysis under different β-phase grain sizes

    图10给出了α相晶粒尺寸为10 μm及β晶粒尺寸为5 μmα相晶粒尺寸为20 μm及β晶粒尺寸为10 μm、α相晶粒尺寸为40 μm及β晶粒尺寸为20 μm时的应力应变曲线,为方便表达,使用$ {D}_{\alpha } $和$ {D}_{\beta } $表示两相晶粒尺寸。从中可以看出,同时增大α及β相晶粒尺寸后,应力应变曲线显著下降。与图6图8相对比,同时增大α和β相晶粒尺寸导致的应力下降值略高于仅增大单相晶粒尺寸。

    图  10  不同α及β相晶粒尺寸下应力应变曲线
    Figure  10.  Stress-strain curves for different grain sizes of α and β phases

    图11给出了$ D{_{\alpha}} $为10 μm及$ D{_{\beta}} $为5 μm$ {D}_{\alpha } $为20 μm及$ {D}_{\beta } $为10 μm、$ {D}_{\alpha } $为40 μm及$ {D}_{\beta } $为20 μm时拉伸变形过程中各滑移系激活相对分数。初始变形依然由柱面滑移系主导,2%应变后锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a\mathrm{ }}\right\rangle $滑移系对变形的贡献比例增加,逐渐接近于柱面滑移系。同时增大α及β相晶粒尺寸时,主要影响柱面滑移系和$ \left\{110\right\} $滑移系的激活贡献。图12为不同α及β晶粒尺寸下拉伸模拟得到的应力应变云图、晶粒分布结果。从中可以看出,同时增加α相和β相晶粒尺寸,会使得相同模型尺寸下,α/β相晶粒和α/β相界面数量急剧下降,界面对位错滑移的阻碍作用下降,应力应变集中现象变得不明显,从而导致模型整体的应力应变曲线下降更显著。

    图  11  不同α和β尺寸下滑移活性分析
    (a)基面滑移;(b)柱面滑移;(c)锥面$ \left\langle{{\mathrm{c}}+{\mathrm{a}}}\right\rangle $滑移;(d)$ \left\{110\right\} $滑移
    Figure  11.  Slip activity analysis under different grain sizes of α and β phases
    图  12  不同α及β相晶粒尺寸下拉伸模拟结果
    (a)应力分布;(b)应变分布;(c)晶粒分布
    Figure  12.  Distributions of stress and strain under different grain sizes of α and β phase

    研究了不同α/β相体积分数及晶粒尺寸大小对塑性变形行为和力学性能的影响,揭示了不同组织特征影响下Ti-6Al-4V钛合金拉伸变形机制,通过滑移相对分数定量化评估不同滑移系对变形的贡献,主要结论如下:

    1) Ti-6Al-4V钛合金拉伸变形过程中应力应变分布不均匀,应力集中在β相变体晶粒及晶界处,应变集中在α相晶粒附近。随着β相含量升高,应力集中区域更多,三叉晶界处越易发生应变集中,β相$ \left\{110\right\} $滑移系对变形贡献大幅提高,而α相内滑移系激活比例下降。

    2) 随着α相、β相或两相晶粒尺寸同时增大,会造成塑性变形阶段的应力应变曲线有不同程度下降,且初始变形都主要由柱面滑移系主导,2%应变后锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移系激活相对分数接近柱面滑移系。

    3) 随着α相晶粒尺寸增大,锥面$ \left\langle{\mathrm{c}+\mathrm{a}}\right\rangle $滑移系活性下降会导致塑性阶段应力值降低。随着β相晶粒尺寸增大,塑性阶段应力的降低与β相中$ \left\{110\right\} $滑移系活性下降有关。同时增大α及β相晶粒尺寸时,主要会影响柱面滑移系和$ \left\{110\right\} $滑移系的相对分数,α和β相界面数量的显著下降导致应力下降更明显。

  • 图  1  (a)Dream3D微观结构中相、晶粒、欧拉角、晶界分布;(b)单轴拉伸模拟与试验应力应变对比

    Figure  1.  (a) Phase, grain, Euler Angle and grain boundary distribution in Dream3D microstructure, (b) stress-strain comparison between uniaxial tensile simulation and experiment

    图  2  不同β相体积分数下拉伸模拟结果

    (a)应力分布;(b)应变分布;(c) β相分布

    Figure  2.  Tensile simulation results with different β-phase volume fractions

    图  3  25% β相含量下拉伸15%应变后变形情况

    Figure  3.  Deformation of 15% strain at 25% β-phase volume fraction

    图  4  不同β相体积分数下应力应变曲线

    Figure  4.  Stress-strain curves with different β-phase volume fractions

    图  5  不同β相体积分数下滑移活性分析

    (a)基面滑移;(b)柱面滑移;(c)锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $滑移;(d)$ \left\{110\right\} $滑移

    Figure  5.  Slip activity analysis under different β-phase volume fractions

    图  6  不同α相晶粒尺寸下应力应变曲线

    Figure  6.  Stress-strain curves for different α-phase grain sizes

    图  7  不同α相晶粒尺寸下滑移活性分析

    (a)基面滑移;(b)柱面滑移;(c)锥面$ \left\langle{{\mathrm{c}}+{\mathrm{a}}}\right\rangle $滑移;(d)$ \left\{110\right\} $滑移

    Figure  7.  Slip activity analysis under different α-phase grain sizes

    图  8  不同β相晶粒尺寸下应力应变曲线

    Figure  8.  Stress-strain curves for different β-phase grain sizes

    图  9  不同β相晶粒尺寸下滑移活性分析

    (a)基面滑移;(b)柱面滑移;(c)锥面$ \left\langle{{\mathrm{c}}+{\mathrm{a}}}\right\rangle $滑移;(d)$ \left\{110\right\} $滑移

    Figure  9.  Slip activity analysis under different β-phase grain sizes

    图  10  不同α及β相晶粒尺寸下应力应变曲线

    Figure  10.  Stress-strain curves for different grain sizes of α and β phases

    图  11  不同α和β尺寸下滑移活性分析

    (a)基面滑移;(b)柱面滑移;(c)锥面$ \left\langle{{\mathrm{c}}+{\mathrm{a}}}\right\rangle $滑移;(d)$ \left\{110\right\} $滑移

    Figure  11.  Slip activity analysis under different grain sizes of α and β phases

    图  12  不同α及β相晶粒尺寸下拉伸模拟结果

    (a)应力分布;(b)应变分布;(c)晶粒分布

    Figure  12.  Distributions of stress and strain under different grain sizes of α and β phase

    表  1  Ti-6Al-4V晶体塑性参数[21]

    Table  1.   Crystal plastic parameters of Ti-6Al-4V[21]

    滑移系 $ {\tau }_{0}/\mathrm{M}\mathrm{P}\mathrm{a} $ m $ {\dot{\gamma }}_{0}/{\mathrm{s}}^{-1} $ $ {h}_{0}/\mathrm{M}\mathrm{P}\mathrm{a} $ $ a $
    基面$ \left\langle\mathrm{a}\right\rangle $ 390 0.01 1.0 190 50
    柱面$ \left\langle\mathrm{a}\right\rangle $ 390 0.01 1.0 190 50
    锥面$ \left\langle\mathrm{c}+\mathrm{a}\right\rangle $ 663 0.01 1.0 190 50
    β$ \left\{110\right\}\left\langle{111}\right\rangle $ 390 0.01 1.0 190 50
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    表  2  α和β相单晶弹性常数[21]

    Table  2.   Elastic constants of single crystal α and β phase[21]

    C11/GPaC12/GPaC13/GPaC44/GPa
    α169.6688.6661.6642.5
    β133.1095.1042.7
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-20
  • 网络出版日期:  2024-12-30
  • 刊出日期:  2024-12-30

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