临界孪晶体积分数对晶体塑性模拟的影响

摘要

晶体塑性变形的模拟在一定程度上取得了进步，不断的更新改进研究使得数值模拟在一定程度上合乎实际情况，故使得数值模拟的探究手段被广泛应用于晶体的塑性变形中。晶体塑性模拟的模型较多，本文使用粘塑性自洽模型（visco-plastic self-consistent model，VPSC），且采用主导孪晶重定向的方法（predominant twin reorientation，PTR）对AZ31镁合金进行塑性模拟。PTR和孪生-退孪生（TDT）模型定义了一个临界孪晶体积分数的经验公式：Vth,mode=min{1,Ath1+Ath2Veff,mode/Vacc,mode)}，该公式定义了临界孪晶体积分数，使得基体晶粒分别最终转向孪晶变体或者孪晶方向。本文着重探究此经验公式的参数，两个孪晶体积分数参数Ath1和Ath2对AZ31轧制板试样塑性变形的力学行为和晶粒位向偏转的影响。同时还探究了临界孪晶体积分数对在应变路径改变和多重孪晶情况下材料表现出力学行为、织构转变的影响。　　实验上，对不同变形路径下的试样进行对应的压缩变形实验，利用背散射电子衍射技术（EBSD）获取织构及微观结构信息。本文数值模拟工作致力于AZ31镁合金的{101?2}拉伸孪晶，探究在单轴压缩变形和在应变路径改变以及多次复合孪晶情形下的形变行为预测的适用性和局限性。临界孪晶体积分数的确定是为了预测织构的变化而非流变应力曲线。　　结合实验及模拟结果，在单轴压缩变形、应变路径改变和在多次复合孪晶的条件下，VPSC-PTR在某些情形下存在局限性。结果表明：　　①孪晶体积分数参数Ath1和Ath2都推迟了基体晶粒位向转向孪晶方向的进程，因此较高的参数值允许在织构还未改变时，就已促进了孪晶的形成；　　②在单轴压缩（RDc）变形时，VPSC-PTR模型能很好的拟合Vth曲线，可以准确地预测材料的织构演变和流变应力，特别注意控制Ath1+Ath2＜1；　　③应变路径改变和多孪晶变形情况下，相比于TDT模型而言，PTR精确度不够。但由于计算量较小，因此在精度允许范围内，PTR能更快的做出初步的预测以帮助孪生行为理解。

目录

1 引言

1.1 课题背景及意义

1.2 镁合金的物理性质及力学性能

1.3.1 滑移

1.3.2 孪生

1.3.3 二次孪生

1.3.4 双孪生

1.3.5 退孪生

1.3.6 镁合金中的织构

1.4.1 晶体塑性模拟的常见模型

1.4.2 VPSC介绍

1.4.3 VOCE硬化

1.4.4 PTR模型简介

1.4.5 TDT模型简介

1.5.1 常见影响因素

1.5.2 应变路径改变的影响

1.6 本文研究的主要内容

2 实验材料和实验方法

2.1 实验材料

2.2 VPSC中常见文件

2.3.1 实验部分

2.3.2 模拟部分

2.3.3 热处理工艺

2.4.1 EBSD的工作原理

2.4.2 EBSD的样品制备

3 材料参数对镁合金塑性变形模拟的影响

3.1 参数设置

3.2 临界剪切应力对力学行为的影响

3.3 孪生诱发硬化

4 AZ31 镁合金单轴塑性变形

4.1 VPSC-PTR数值模拟

4.2 Ath1和Ath2的影响

4.3 实验部分

4.4 本章小结

5 应变路径改变及多重孪晶下的塑性变形模拟

5.1.1 二次孪生模拟

5.1.2 退孪生模拟

5.2.1 双孪生过程模拟

5.2.2 三次孪生模拟

5.3 本章小结

6 结论

参考文献

附录

A. 学位论文数据集

致谢