塑性變形中孔隙產(chǎn)生、修復模型及數(shù)值模擬.pdf

1、孔隙性缺陷是金屬材料中常見的一種缺陷，金屬中孔隙的萌生、擴展并連結成宏觀裂紋缺陷，是導致很多核能、電力、化工工業(yè)中構件在加工和使用過程中失效的主要原因之一。因此，研究孔隙性缺陷在一定條件下的萌生、擴展和修復，對發(fā)展塑性成形、擴散焊接和粉末燒結等工藝都有重大的指導意義。主要研究內(nèi)容包括:
　　首先通過基于真實微觀結構的，嵌入基體延性損傷斷裂、顆粒脆性斷裂和界面損傷斷裂的有限元模型，研究了第二相粒子對金屬材料孔隙性缺陷演變的影響以及復

2、合材料板材軋制過程中的孔隙演變規(guī)律。研究表明:對于20％vol.SiCp/Al復合材料，在拉伸變形過程中，孔隙首先在顆粒與基體的界面處萌生，然后在基體和界面處擴展，最后導致材料的斷裂。在模擬結果中，可以看到基體斷裂、界面脫粘和顆粒斷裂三種失效形式同時存在。復合材料中各組分的性質(zhì)對復合材料的孔隙性缺陷演變有影響。模擬結果表明界面結合強度越高，材料拉伸過程中的生成的孔隙越少。過高強度的第二相粒子使復合材料在拉伸過程中產(chǎn)生較多的孔隙。不同壓下

3、量的SiCp/Al復合材料多尺度軋制模擬結果表明，壓下量為25％時，變形不均引起的邊部拉應力導致了對應區(qū)域微觀結構的斷裂，從而使復合材料板材產(chǎn)生邊裂缺陷。
　　其次通過高溫拉伸實驗研究了熱力參數(shù)對材料變形行為的影響。研究表明:在800℃～1200℃和0.04～4 s-1的應變速率范圍內(nèi)，含1％初始孔隙的316L不銹鋼的斷口形貌中都存在韌窩。在溫度一定時，隨著應變速率增大，韌窩變得小而密集;在應變速率一定時，隨著變形溫度升高，韌窩尺

4、寸變大。斷口形貌中大尺寸的韌窩為材料中初始孔隙擴展形成的。
　　基于擴散理論和概率理論，建立了熱處理過程中疏松缺陷修復的動力學理論模型，該模型考慮了疏松缺陷孔隙尺寸概率分布。與不考慮孔隙尺寸概率分布模型的計算結果相比，概率模型的計算值與實驗結果更接近。通過疏松缺陷修復動力學模型建立了熱處理過程中的疏松修復圖。利用疏松修復圖可以確定疏松缺陷修復的必要溫度和時間。
　　基于Kuhn的多孔材料塑性理論，建立了考慮溫度影響的單向壓縮

5、過程中疏松材料致密化模型。與原有的多孔材料塑性理論模型計算結果相比，考慮溫度影響的模型與實驗結果吻合較好。
　　通過熱處理實驗、等溫恒應變速率壓縮實驗和變形后熱處理實驗，研究了疏松類孔隙性缺陷的修復行為和疏松類孔隙性缺陷對材料變形行為和微觀組織的影響。研究表明:高溫壓縮變形能提高材料孔隙尺寸的均勻性。在變形前期，疏松缺陷通過阻礙位錯運動使材料硬化;在變形后期，根據(jù)變形溫度不同，疏松缺陷通過促進材料的動態(tài)再結晶或阻礙晶粒的長大導致材

6、料在高溫變形時的軟化或硬化現(xiàn)象。疏松修復的驅(qū)動力為變形畸變能、殘余應力和輸入的熱量。變形畸變能是等溫熱處理中疏松修復的主要驅(qū)動力。在熱處理過程中，晶界和孔隙相互作用，晶粒長大的同時消除了一部分孔隙。
　　根據(jù)塑性變形理論、蠕變理論和擴散理論建立了考慮晶粒長大作用的裂紋類孔隙性缺陷修復的動力學理論模型。模型的數(shù)值計算結果表明:隨著高溫過程中晶粒的長大，晶界擴散對裂紋類缺陷修復的作用減少。根據(jù)裂紋缺陷修復的動力學模型，建立了裂紋缺陷修