基于介观模型的锆合金辐照变形数据挖掘库的建立与应用研究

在核工业领域,锆合金作为结构材料在辐照过程中承受热、力和中子辐照等综合影响,发生辐照变形,从而影响其使用可靠性。对锆合金的辐照变形进行研究和预测对保障反应堆的安全、经济运行具有关键作用。本研究收集公开发表的文献中的锆合金辐照变形实验数据,建立了一个包含实验数据及其详细描述信息的数据库;在此基础上,利用数据库进行规律探索,结合自研介观模型进行模型验证和数据挖掘。特别地,对数据库中的50余组初步数据进行数据挖掘,探讨了模型参数与控制变量之间的关联要素。通过数据挖掘发现,随着Nb含量的增加,滑移系的临界分切应力增加;随着温度升高,锆合金的辐照蠕变柔度增加。相比于传统的数据归纳方法,该研究引入了基于物理机制的介观模型拟合和数据挖掘的新思路,为锆合金辐照变形研究带来新的方法和启示,在收集的数据充分扩充后,其效益将会更显著。

晶体学织构对金属板材宏观各向异性影响的模拟

基于多晶体黏塑性自洽方法,建立了金属板材的Lankford系数(r值)、屈服应力和屈服面的计算模型。以fcc多晶体为例,模拟分析了理想织构组分对宏观各向异性的影响。模拟结果表明,具有Cube和Goss织构的板材,其r值在45°附近最小,Cube织构的r值具有对称性,而Goss织构90°的r值远大于0°的r值;具有Cu,Bs和S织构的板材,其最大r值均出现在45°附近,0°和90°的r值均具有一定的不对称性。各理想织构的单轴拉伸屈服应力呈现出与r值相对应的变化规律,屈服面的形状也表现出相应的变化。上述模拟结果与Taylor-Bishop-Hill(TBH)模型以及唯象方法的计算结果定性符合。

中温高速冲击下预孪晶AZ31镁合金的变形机理及力学行为

本文以预孪晶AZ31镁合金为研究对象,结合黏塑性自洽(VPSC)模型仿真,研究中温高速冲击下预孪晶镁合金的变形机理和力学行为,拓展了VPSC模型的应用领域,为研究镁合金动态载荷下的变形机理和力学行为提供了新的手段。结果表明:中温高速冲击过程中,基面滑移和二阶锥面滑移是协调变形的主要机制,孪生也起到了重要的作用;大量孪晶的出现引起流变应力在变形初期发生波动;压缩孪晶的出现引起织构最大极密度位置向半径方向(Radial direction,RD)偏转,二次孪晶的产生有利于形成双峰织构。

拉拔过程中珠光体钢丝心部的织构演化规律及其对力学性能的影响

采用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了拉拔过程中珠光体钢丝心部织构演变规律.结果表明,经过多道次干拉和淬火处理的钢丝存在强度较小的<110>丝织构,经过湿拉拔后,<110>丝织构强度明显增加.应用黏塑性自洽模型(VPSC),建立了拉拔过程中钢丝心部织构计算模型,预测了织构的演化规律,并用虚拟的单向拉伸实验研究了初始织构对力学行为的影响.预测结果与EBSD测试结果相符,随着拉拔应变的增加,晶粒的<110>取向逐渐转向拉拔方向.在拉拔方向上的反极图中,存在<113>和<012>连线上稳定的取向,靠近<001>和<111>连线上的取向先转向到稳定取向再转向<110>取向,其它取向直接转向<110>取向.随着拉拔应变增加<110>丝织构的体积分数逐渐增加,增加速率逐渐减小.随着初始<110>丝织构体积分数的增加钢丝心部的屈服应力逐渐增加.

挤压态ZK60镁合金室温拉-压不对称性研究

基于室温轴向拉伸和压缩实验研究了挤压态ZK60镁合金的拉-压不对称性.通过修正黏塑性自洽模型,建立了耦合滑移和孪生的晶体塑性力学模型,模拟了挤压态ZK60镁合金轴向拉、压力学行为,分析了基面、柱面、锥面滑移及{1012}<1011>拉伸孪生和{1011}<1012>压缩孪生在塑性变形过程中的激活及演变情况.结合实验与模拟,从微观塑性变形机制角度分析了具有初始挤压态丝织构的镁合金产生拉-压不对称性的机理.结果表明:轴向拉伸过程中拉伸孪生和压缩孪生都较难激活,变形初期以基面滑移为主,由于基面滑移取向因子较低,导致屈服应力较高;随着晶粒转动,基面滑移分切应力降低,应力逐步升高,变形机制转为以柱面滑移为主,辅以锥面<c+a>滑移,应变硬化率较低,应力-应变曲线较平稳.轴向压缩前期,临界剪切应力较低的拉伸孪生大量激活,导致屈服应力较低;应变达到6.0%后拉伸孪生逐渐饱和,相对活动量快速降低,硬化率迅速提高,由于大量孪晶界对位错滑移形成阻碍,滑移机制未出现大量激活;轴向压缩后期,随着应力的持续升高,压缩孪生启动,相对活动量迅速上升,塑性变形积累的应力得以释放,硬化率降低.因此,挤压丝织构状态决定了镁合金在室温轴向拉、压变形过程中的变形机制存在明显区别,从而导致挤压镁合金产生显著的轴向拉-压不对称性.