基于位错密度的钛合金电辅助压缩仿真与实验验证

摘要

目的 以新型高强韧Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al(Ti6554)近β钛合金为对象,探讨脉冲电流对材料变形行为和温度变化的影响规律,揭示Ti6554钛合金在不同电流密度下的位错密度演化规律。方法 对材料进行不同电流密度、占空比、应变速率条件下的电辅助压缩实验,建立考虑位错密度的修正电塑性本构模型,基于ABAQUS进行UMAT子程序开发,建立电-热-力三场耦合有限元模型,模拟Ti6554钛合金电辅助压缩变形过程,并进行实验验证。结果 随着电流密度和占空比增大流动应力减小,随着应变速率增大流动应力也增大;电辅助压缩实验结果与模拟结果相比的平均误差为6.31%,验证了模型的有效性;通过子程序状态变量输出位错密度的变化发现,电流密度为15.92、23.88、27.87、31.88、39.81 A/mm^(2)的位错密度分别下降了15.34%、55.63%、68.23%、83.84%、89.13%,表明位错密度随电流密度的增大而降低。结论 建立了基于位错密度的电塑性本构模型和电-热-力多场耦合的有限元模型,能够模拟Ti6554钛合金的电压缩变形行为,并且表征了位错增殖、位错湮灭及动态回复,获得了其位错密度的演化规律。