[发明专利]一种IC10定向凝固材料刚度预测模型的建立方法

摘要

本发明公开了一种IC10定向凝固材料考虑晶界和加载方向影响的刚度模型的建立方法，包括步骤：1)IC10单晶室温下沿[001]、[010]和[011]方向的单调拉伸试验；2)IC10定向凝固合金室温下沿不同加载方向的单调拉伸试验；3)IC10定向凝固合金的扫描电子显微镜和透射电子显微镜观测；4)基于单晶性能，建立IC10定向凝固合金的刚度预测模型，通过软件计算得到模型参数；5)在模型建立完成后，对IC10定向凝固合金沿不同加载方向的杨氏模量进行验证。本发明可以准确地预测IC10定向凝固材料沿不同方向加载的杨氏模量，为材料进一步的强度和疲劳研究提供准确的弹性材料参数，对材料的工程设计具有重要意义。

主权项

1.一种IC10定向凝固材料的刚度模型建立方法，其特征在于，包括如下步骤：1)，对IC10单晶合金沿[001]、[010]和[011]方向开展单调拉伸试验，分别获取其在该三个方向的单晶弹性材料常数D₁₁、D₁₂、D₄₄；2)，对IC10定向凝固合金沿[001]和[010]方向开展单调拉伸试验，获取其沿[001]和[010]方向的弹性模量，结合matlab非线性拟合模块确定刚度模型中晶界影响参数f(T)和n；其中，f(T)表示晶界对垂直于晶界方向变形的限制程度，是一个与温度相关的模型系数，n为表示晶界影响区大小的系数；3)，运用扫描电子显微镜和透射电子显微镜获取IC10定向凝固合金的微观结构观测图，得到IC10定向凝固合金内每个晶粒的直径D和晶界宽度d；4)，基于IC10单晶合金的弹性性能，考虑加载方向和晶界的影响，建立IC10定向凝固合金的刚度模型，包括如下步骤：4‑1)，建立晶粒内部的刚度模型：式中，E₁是单个晶粒内部的杨氏模量，D₁₁、D₁₂、D₄₄为步骤1)获得单晶弹性材料常数，α₁、β₁、γ₁是与加载方向相关的角度系数，定义如下：α₁＝‑sin(ψ)β₁＝‑cos(ψ)sin(θ)γ₁＝cos(ψ)cos(θ)式中，ψ和θ是欧拉角；4‑2)，根据单个晶粒内部的杨氏模量和晶界影响参数，建立晶界影响区内的刚度模型：式中，E₂是晶界影响区内的杨氏模量；4‑3)，假设晶界影响区的宽度d'为d'＝nd式中，n为表示晶界影响区大小的系数，d为晶界宽度；根据Voigt和Reuss平均方法，结合晶粒内部的刚度模型和晶界影响区内的刚度模型得到式中，E_voigt和E_Reuss分别表示定向凝固合金杨氏模量的上下限，f_v1表示单个晶粒的体积分数，f_v2表示晶界影响区的体积分数；f_v1和f_v2是晶粒直径D和晶界宽度d的函数：f_v2＝1‑f_v1则定向凝固合金的杨氏模量为：