Ni3Al基金属间化合物本构关系研究

论文摘要

IC10合金是正在发展的一类新型高温材料,由于其具有低密度、高熔点及良好的塑性等优点,因此成为新一代航空航天器选用的理想高温材料,有着极为广泛的应用前景。材料本构关系的研究,是结构设计的基础和核心。目前,国内对该材料的研究仅限于材料工艺性能方面,对其力学性能尤其是本构关系方面的研究还处于探索阶段,因此研究IC10合金具有重要的工程应用价值。本文的研究目的将通过试验测量IC10合金在较宽温度和应变速率条件下的应力-应变曲线,并对Johnson-Cook本构模型进行适当的修正,利用试验数据确定IC10合金的本构方程。本文首先在MTS材料试验机上进行了IC10合金的拉伸试验,测量了IC10合金在不同温度（20～900℃）和不同应变速率（10-2～10-5/s）下的应力-应变曲线,对试验结果的分析表明:恒应变速率（10-4/s）下IC10合金在温度为600℃-900℃时,随着温度的增加,流变应力总体呈下降趋势;温度为900℃时,流变应力随着应变速率的增加而上升。在600℃～700℃时,弹性模量、屈服强度和抗拉强度分别保持在110GPa、800MPa和1100MPa左右;随着应变率的增加,高温弹性模量和抗拉强度不断下降;屈服强度先缓慢降低再升高,最后大幅下降。上述结果说明高温下IC10合金材料力学性能对温度和应变速率都很敏感。本文对IC10合金材料的拉伸断口进行了分析。IC10合金在拉伸状态下表现出比较明显的延性断裂的宏观特性和典型的韧窝聚集型微观断口特征,说明材料具有良好的高温塑性。最后,本文根据对材料变形机制的分析,利用不同温度和不同应变率下的拉伸试验数据,拟合获得了加工硬化和动态回复再结晶机制下的Johnson-Cook本构方程及修正的Johnson-Cook方程,分别用以描述IC10合金在20～700℃恒应变率下和900℃时不同应变率（10-2～10-4/s）下的塑性本构关系。经试验对比表明,修正的Johnson-Cook方程与试验结果的吻合程度较好,大大拓宽了Johnson-Cook本构模型的适用范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景、研究意义及目的
• 1.2 国内外研究与发展状况
• 1.2.1 本构理论的研究概况
• 1.2.2 经典弹塑性力学中应力－应变关系的研究
• 1.2.3 率相关的高温弹塑性本构理论研究
• 1.2.4 金属间化合物本构关系的研究状况
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 JOHNSON-COOK 本构模型理论
• 2.1 引言
• 2.2 JOHNSON-COOK 本构模型的理论基础
• 2.3 JOHNSON-COOK 本构模型
• 2.4 JOHNSON-COOK 本构模型满足客观性原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 试验技术及方法
• 3.1 引言
• 3.2 试验装置与原理
• 3.2.1 MTS 材料试验机原理与简介
• 3.3 试验材料与样品制备
• 3.3.1 材料的化学组成
• 3.3.2 试验件制备以及热处理工艺
• 3.3.3 试验件的尺寸规格
• 3.4 试验内容及步骤
• 3.4.1 试样的分类编号
• 3.4.2 试验内容
• 3.4.3 试验步骤
• 3.5 本章小结
• 第四章 试验结果与分析
• 4.1 引言
• 4.2 试验数据处理与结果分析
• 4.2.1 常温试验数据处理与分析
• 4.2.2 高温试验数据处理与分析
• 4.2.2.1 高温试验数据的修正方法
• 4.2.2.2 恒应变速率下不同温度时的试验数据处理与分析
• 4.2.2.3 900℃时不同应变速率下的试验数据处理与分析
• 4.2.3 温度、应变速率对IC10 合金力学性能的影响
• 4.2.3.1 温度对IC10 合金力学性能的影响
• 4.2.3.2 900℃时应变速率对IC10 合金力学性能的影响
• 4.3 试件的断口分析
• 4.3.1 宏观断口分析
• 4.3.2 微观断口分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 IC10 合金本构方程的确定
• 5.1 引言
• 5.2 JOHNSON-COOK 本构方程的确定
• 5.2.1 JOHNSON-COOK 本构方程的求解
• 5.3 IC10 合金材料本构方程的确定
• 5.3.1 不同变形机制下的本构方程拟合
• 5.3.2 常温及恒应变率时不同温度下（900℃以内）IC10 合金本构方程的拟合
• 5.3.3 常温及恒应变率时不同温度下（900℃以内）IC10 合金本构方程的修正
• 5.3.4 900℃时不同应变速率下IC10 合金本构方程的确定
• 5.4 本章总结
• 第六章 全文总结与研究展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文