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《面心立方晶体孪生和滑移轴对称共生塑性变形分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、1320中国科学E辑技术科学2006,36(11):1320~1334面心立方晶体孪生和滑移轴对称共生*塑性变形分析①②①②①①③陈志永才鸿年张新明王富耻谭成文(①北京理工大学材料科学与工程学院,北京100081;②中南大学材料科学与工程学院,长沙410083;③北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)摘要将Bishop-Hill最大功原理拓展于面心立方晶体{111}<112>孪生和{111}<110>滑移两种机制同时起作用的轴对称共生塑性变形过程之中.系统研究了孪生对滑移不同临界剪切应力之比ξ对立方晶体标准投影三角形区各晶体取向的屈服应力状态以及相应活化滑移或/和孪生系的影响,
2、同时分析了取向空间里[100],[110]和[111]三个重要取向的Taylor因子及屈服强度各向异性的变化规律,从微观晶体塑性理论本质上揭示了轴对称变形情况下拉伸和压缩屈服强度的不对称性;引入了孪生能力取向因子概念,建立了轴对称塑性变形取向空间塑性变形机构图.在此基础上,定性地解释了低层错能面心立方晶体在轴对称拉伸情况下形变织构的形成演变规律.关键词孪生滑移面心立方晶体轴对称共生变形Bishop-Hill最大功原理屈服强度各向异性对于面心立方晶体(f.c.c.)的塑性变形,理论上大多局限于研究{111}<110>滑[1]移和{111}<112>孪生单独作用的机制.研究指出:对于仅考虑滑移机制
3、的多晶金属和合金的塑性变形,目前存在大量可用的模型和模拟文献,而同时考虑滑移和孪生机制多晶变形的模型和模拟结果则很少,这是由于在晶体塑性模型框架内引入孪生变形机制太过复杂所致.如对于任意取向晶体的滑移和孪生共生变形以及相应情况下其滑移系和孪生系的活化,由于情况复杂,很少考虑两种机制同时起作用的情况,有关这一方面的文献报道颇为鲜见.但对具有中、低层错能[2~8]的f.c.c.金属或合金,在很多种情况下,会同时发生滑移和孪生变形.事实上,收稿日期:2005-07-15;接受日期:2006-06-12*国家自然科学基金(批准号:50301016,59971067)和中国博士后科学基金(2005037
4、003)资助项目SCIENCEINCHINASer.ETechnologicalSciences第11期陈志永等:面心立方晶体孪生和滑移轴对称共生塑性变形分析1321对Ag金属以及Co-Fe或Cu-Al合金,在轴对称拉伸变形情况下,孪生和滑移会[9,10]同时发生.因此,从理论上研究f.c.c.晶体轴对称共生变形是非常有意义的.文献[11]对f.c.c.晶体引入孪生机制,将滑移和孪生综合起来进行考虑,系统分析了当{111}<112>孪生对{111}<110>滑移的临界剪切应力之比ξ不同时,f.c.c.晶体滑移和孪生共生的单晶混合屈服面及其特征.本文在此基础上,将以往主要应用于滑移变形的Bish
5、op-Hill最大塑性功原[12,13]理拓展到f.c.c.晶体滑移和孪生轴对称共生变形过程之中,系统分析了ξ对立方晶体标准投影三角形区任意晶体取向的屈服应力状态及相应的活化滑移系或/和孪生系的影响,探讨了取向空间里一些重要取向Taylor因子及屈服强度各向异性的变化规律,这对f.c.c.晶体滑移和孪生共生塑性变形微观机制研究具有重要意义.1Bishop-Hill最大功原理分析1.1面心立方晶体滑移和孪生共生屈服顶点单晶的塑性变形服从Schmid定律.当一个单晶体在单轴拉伸实验过程中,一般由于其表面可以相对自由地变形,在此情况下,仅需一个剪切量就可以满足这一拉伸形变,其最大分切应力的剪切系启动
6、.另一方面,对于多晶聚集体里的晶粒变形,由于受相邻晶粒约束的影响,不能自由地改变它的形状,为此,一般需5个独立剪切量以相容5个独立的应变分量.文献[11]证明了对于f.c.c.晶体的完全限制变形,若引入孪生机制,则在孪生对滑移临界剪切应力之比ξ不同的情况下,其单晶的屈服面不同,同时建立了适合滑移或/和孪生各种变形机制完备的屈服应力状态群.结果表明:当ξ>23时,仅能产生滑移,有56种应力状态,在应力空间按晶体结构的对称性加以分类,可分为5组基本的应力状态.当ξ<13时,仅能产生孪生,有25种应力状态,可分为4组.只有当13≤≤ξ23时,滑移和孪生才可能同时产生,且仅存在两种类型混合屈服面.当3
7、2<<ξ23时,总共有259种应力状态,可分为21组.当13<<ξ32时,也有259种应力状态,可分为19组.在这两种类型的屈服应力状态中,其中139种是相同的,120种不同.由此可见,仅需分别考虑ξ在这4个区间的情况.1.2轴对称共生变形Bishop-Hill最大功原理分析对于多晶聚集体轴对称拉伸塑性变形,它可由在x1方向上的延伸变形δε11及在x2和x3方向上的压缩变形δε22和δε33来描述
