[发明专利]一种镍基单晶合金基于滑移系的Walker模型材料常数的获取方法

说明书

本发明涉及一种镍基单晶合金基于滑移系的Walker模型材料常数的获取方法，实现步骤如下：(1)根据镍基单晶合金不同取向单轴受载时力学性能的对称性将基于滑移系的Walker模型简化；(2)采用至少3条具有稳定蠕变段的[001]取向蠕变曲线结合应力‑应变曲线，进行除外的八面体滑移系材料常数的获取，利用[011]取向的应力‑应变曲线获取；(3)采用至少3条具有稳定蠕变段的[111]取向蠕变曲线结合应力‑应变曲线进行六面体滑移系材料常数的获取；(4)对镍基单晶合金变形行为进行模拟，若不满足精度要求，增加步骤(2)、(3)所用曲线数量并重复其过程直至满足精度要求。该方法减少了对不同应变率下单调拉伸/循环拉压曲线的需求，降低了材料常数获取的难度。

技术领域

本发明涉及一种镍基单晶合金基于滑移系的Walker模型的材料常数获取方法，主要用于镍基单晶合金不同温度下基于滑移系的Walker模型的材料常数获取，为镍基单晶合金构件(如镍基单晶涡轮叶片)变形行为模拟奠定基础，属于材料高温力学性能模拟及航空发动机技术领域。

背景技术

在服役过程中，单晶涡轮叶片的扰流柱、气膜冷却孔等结构特征部位存在着明显的应力集中，其变形呈现出明显的正交各向异性和粘塑性特征。为实现对镍基单晶涡轮叶片粘塑性行为的数值模拟，首先需对镍基单晶合金变形行为进行准确描述。镍基单晶合金变形行为的模拟精度取决于本构模型的选取和材料常数的准确性。在晶体塑性理论的基础上，K.P.Walker等假设八面体滑移系和六面体滑移系上的分解剪应力与非弹性剪应变率(滑移剪应变率)服从与各向同性Walker粘塑性本构模型相类似的形式，提出了基于滑移系的Walker模型。基于滑移系的Walker模型具有不涉及材料的屈服面、形式较为简单、能够很好的描述棘轮效应和应力松驰现象等优点，并且国外学者已采用PWA1480、Hastelloy-X等多种镍基单晶合金对其进行了广泛验证，然而该模型涉及到的常数众多，材料常数的获取一直是其研究的难点之一。

Jordan E H and Walker K P在其研究成果中针对基于滑移系的Walker模型提出了一种材料常数获取方法(Jordan E H and Walker K P.A Viscoplastic Model forSingle Crystals[J].Journal of Engineering Materials&Technology,1992,114(1):19-26.)。其中，一定温度下八面体滑移系常数通过对应温度下[001]取向三种不同应变率低循环疲劳试验数据确定，一定温度下六面体滑移系常数通过对应温度下[111]取向三种不同应变率低循环疲劳试验数据确定，该方法是目前最常用的基于滑移系的Walker模型的材料常数获取方法。

但是，由于目前材料手册中缺少足够数量的不同取向、不同应变率(至少三种)下的低循环疲劳试验数据，导致很多材料(如DD6)采用Jordan E H and Walker K P所提出的基于滑移系的Walker模型的材料常数获取方法难以实现常数获取。

本发明提供一种新的镍基单晶合金基于滑移系的Walker模型材料常数的获取方法，克服了目前材料手册通常缺少足够数量的不同应变率下的低循环疲劳试验数据，用于获取镍基单晶合金基于滑移系的Walker模型材料常数的问题；提出了采用具有稳定蠕变段的蠕变曲线结合应力-应变曲线进行材料常数获取的方法，减少了对于不同应变率下单调拉伸/循环拉压试验数据的需求，降低了材料常数获取的难度。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种镍基单晶合金基于滑移系的Walker模型材料常数的获取方法，克服目前材料手册通常缺少用于获取镍基单晶合金基于滑移系的Walker模型材料常数的足够数量的不同应变率下的低循环疲劳试验数据的问题；提出了采用具有稳定蠕变段的蠕变曲线结合应力-应变曲线进行材料常数获取的方法，减少了对于不同应变率下单调拉伸/循环拉压试验数据的需求，降低了材料常数获取的难度。

本发明的技术解决方案是：一种镍基单晶合金基于滑移系的Walker模型材料常数的获取方法：