AZ31镁合金单晶初始屈服行为的数值模拟2.pdfVIP

第26卷 第3期 广西科技大学学报 Vol.26 No.3 2015年9月 JOURNALOFGUANGXIUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGY Sep.2015 广西科技大学学报 第26卷 文章编号 2095-7335（2015）03-0018-06 DOI：10.16375/45-1395/t.2015.03.004 AZ31镁合金单晶初始屈服行为的数值模拟 1 1 1 2 蓝永庭 ,李武军 ,李启袭 ,张克实 （1.广西科技大学 职业技术教育学院,广西 柳州 545006; 2.广西大学 工程防灾与结构安全教育部重点实验室,广西南宁 530004） 摘 要:为了研究镁合金单晶塑性流动规律,同时考虑滑移与孪生变形机制,在晶体塑性理论基础上建立镁合金晶体 本构关系.结合有限元方法,针对AZ31镁合金单晶材料的初始屈服面形状变化开展数值研究,即分别对3种双轴加 -4 -4 载下2种平移应变2×10 和5×10 的屈服面形状进行预测.由预测结果与试验数据比较分析得出以下结论：预测的2 种平移应变的屈服面形状都呈扁长的环形,表现出单晶塑性各向异性性质;本质上,初始屈服面的形状变化是由细观 变形机制的启动情况决定的;镁合金单晶应变硬化具有明显的运动硬化特征. 关键词:AZ31单晶;孪生变形;初始屈服面;平移应变;运动硬化 中图分类号:O34;TG14 文献标志码:A 0 引言 金属材料屈服及后继屈服的演化规律一直是描述金属材料塑性流动规律重要理论之一. 在宏观尺度 上,经典的塑性理论力图找到合适的数学函数来描述材料屈服及后继屈服演化规律[1],然而,由众多微小 晶体聚合而成的金属材料的塑性变形是在细观尺度上大量材料微结构演化的结果, 经典宏观理论难以合 理描述材料微结构的演化,因此,基于材料细观变形和材料微结构演化规律来研究金属材料的屈服特性及 塑性性能是非常必要的. 具有密排六方（HCP）结构的镁合金通常表现出很强的各向异性,由于镁合金晶体缺乏足够的活动滑 移系,因而,孪生变形被认为是镁合金非弹性变形的变形方式之一,就这一点而言,孪生变形在镁合金变形 中起着重要的作用.与晶体滑移不同,孪生剪切变形只能沿单方向产生,即典型的单极性质.FCC与BCC晶 体材料其变形机制主要是晶体滑移机制,有关滑移变形机制的研究已有了较为完备的数学描述[2].近年来, 结合孪生变形和晶体滑移两种塑性变形机制把晶体塑性理论扩展到研究HCP多晶塑性行为的问题也得 到了逐步发展[3-4] [5-6] . 学者们 对HCP晶体塑性变形的研究展开了不懈的努力,并取得了重要进展, 如文 献[7]将滑移与孪生变形模式相结合建立无硬化本构模型来预测HCP晶体塑性行为.利用晶体塑性本构模 型开展金属材料的屈服及后继屈服的研究也取得了较好的发展[8-9].本文尝试采用基于滑移与孪生变形机 制的细观晶体塑性本构模型,结合有限元方法开展单晶镁合金AZ31的初始屈服面形状变化的数值研究, 针对2种平移应变2×10-4 -4 和5×10 的屈服面形状分别进行了预测,并与试验结果做比较分析,探索能够合 理描述镁合金塑性流动规律的数值方法. 1 镁合金单晶本构关系 [10] 在当前构形下,将变形梯度乘法分解 推广到包含孪生剪切的变形梯度和速度梯度中,即 收稿日期:2015-03-05 基金项目:国家自然科学基金项目11272094）;广西工学院科学研究基金项目（院科自1074023）资助. 作者简介:蓝永庭,博士,讲师,研究方向：细观塑性力学,E-mail：lyt_456@126.com. 第3期 蓝永庭等：AZ31镁合金单晶初始屈服行