[发明专利]一种近α型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法

权利要求书

1.一种近α型钛合金热塑性大变形过程中的织构预测方法，其特征在于，包括步骤如下：

S1：使用光学显微镜获得近α型钛合金材料在不同温度下的金相组织图片，通过ImageJ软件的数字图像处理功能定量分析得到近α型钛合金中α、β相体积分数，利用线性插值法获得温度区间内任一温度下近α型钛合金中α、β相体积分数；

S2：根据近α型钛合金材料在热塑性大变形时处于的应力状态完成单轴等温恒应变速率热模拟试验，其中，应力状态为拉应力时完成单轴等温恒应变速率热模拟拉伸试验，应力状态为压应力时完成单轴等温恒应变速率热模拟压缩试验，获得近α型钛合金材料在不同温度、不同应变速率下的应力-应变数据；

S3：选取S2中任意一个已完成单轴等温恒应变速率热模拟试验的试样，利用电子背散射衍射技术EBSD获得试样的图像数据，使用MATLAB-MTEX工具箱进行数据处理，获得试样在热塑性大变形后织构的Bunge Euler角度；

S4：取和S3中相同但未进行单轴等温恒应变速率热模拟试验的试样，利用电子背散射衍射技术EBSD获得试样在热塑性变形前的图像数据，使用MATLAB-MTEX工具箱进行数据处理，获得试样在热塑性大变形前初始织构的Bunge Euler角度；

S5：根据S2中获得的应力-应变数据，利用MATLAB确定近α型钛合金材料的Johnson-Cook本构方程中的5个参数；

所述S5中利用MATLAB确定近α型钛合金材料的Johnson-Cook本构方程中的5个参数包括：

S51：采用Johnson-Cook本构方程，应力被定义为应变、应变速率和温度的函数：

其中：σ为Von-Mises等效应力；A为材料在参考温度和参考应变速率下的屈服强度；B为加工硬化模量；ε为应变；n为硬化指数；C为应变速率常数；为应变速率参考值；m为热软化常数；取T_r＝25℃；T_m为材料的熔点温度；T为单轴等温恒应变速率热模拟试验温度；

确定A、B、n、C、m是Johnson-Cook本构方程需要标定的5个参数；

S6：通过用户子程序接口VUMAT将S5的Johnson-Cook本构方程嵌入ABAQUS有限元软件中，通过数值推导与编程完成位移梯度张量向速度梯度张量的转换，将速度梯度张量值存储在用户子程序接口VUMAT的状态变量中，建立Johnson-Cook子程序；

S7：根据S3中观测试样在热塑性大变形过程中的几何形状、边界条件、载荷情况，采用S5确定的近α型钛合金材料的Johnson-Cook本构方程参数及S6建立的Johnson-Cook子程序，在ABAQUS有限元软件中建立动力显式仿真分析模型，利用后处理，获得特征区域内任意一点的速度梯度张量值和时间增量；其中，特征区域为S3中电子背散射衍射技术EBSD观测位置；

S8：利用MATLAB-MTEX软件，使用随机织构的Bunge Euler角度、单调速度梯度、近α型钛合金在S2中单轴等温恒应变速率热模拟试验的温度、在此温度下由S1观测结果计算得到的α、β相体积分数、S4中热塑性大变形前初始织构的Bunge Euler角度、S7中得到的速度梯度张量值和时间增量，以S2中的应力-应变数据、S3中的热塑性大变形后织构的Bunge Euler角度为目标，基于粘塑性自洽模型VPSC数值计算程序，确定机械阈值应力MTS硬化法则中的19个参数；

所述S8中确定机械阈值应力MTS硬化法则中的19个参数包括：

S81：粘塑性自洽模型VPSC数值计算程序中基于变形物理机制的机械阈值应力MTS硬化法则：

其中，τ_c是流动应力；表征位错与长程障碍的相互作用，单位为MPa；为由于间隙原子或溶质的相互作用而产生的热应力分量，为由于可移动位错和林位错之间的相互作用而产生的热应力分量；μ为剪切模量；为应变速率；T为单轴等温恒应变速率热模拟试验温度；μ₀为参考剪切模量，单位为MPa；T₀为参考温度，单位为K；D₀为标度常数；0≤p_i≤1，0≤p_ε≤1，1≤q_i≤2，1≤q_ε≤2；k表示Boltzmann常数；b表示burgers矢量的大小；

遵循以下演化规律：

其中，θ₀为初始硬化率，κ是根据材料力学特性获得的常数；是饱和应力值；g_0εs是相关归一化活化能；表示参考饱和应力值，单位为MPa；是参考最大应变速率，单位为s^-1；

确定k/μb³、κ、μ₀、D₀、T₀、θ₀、g_0i、p_i、q_i、g_0ε、p_ε、q_ε、g_0εs、是机械阈值应力MTS硬化法则需要确定的19个参数；

S9：使用S8确定的机械阈值应力MTS硬化法则参数和S6建立的Johnson-Cook子程序，结合粘塑性自洽模型VPSC数值计算程序，建立ABAQUS-VPSC-MTS多尺度模型；

S10：根据近α型钛合金在不同的热塑性大变形过程的几何形状、边界条件、载荷情况，使用S6建立的Johnson-Cook子程序，在ABAQUS有限元软件中建立动力显式仿真分析模型，通过后处理得到的有限元模型内任意一点的速度梯度张量值和时间增量、近α型钛合金未发生塑性变形前初始织构的Bunge Euler角度、变形温度、α与β相体积分数，作为S9中ABAQUS-VPSC-MTS多尺度模型输入，进行近α型钛合金在不同热塑性大变形过程中的织构预测。