从介观视角看循环载荷下的微观结构-性能关系：以单晶镍基高温合金为例
材料科学
2018-08-31 v1
摘要
以往循环载荷下应力-应变响应的模型主要依赖宏观方程，这些方程间接考虑微观结构演化或干脆丢弃微观结构信息。另一方面，现代材料科学寻求微观结构与载荷响应之间关系的定量描述。在本工作中，我们展示了一个有前景的介观相场框架，它能描述相/晶粒与缺陷微观结构的共同演化，揭示微观结构机制，并作为微观结构相互作用的自然结果同时预测变形性能。我们构建了相/晶粒与缺陷微观结构的能量泛函，随后通过泛函变分导出控制方程。将所开发框架应用于单晶镍基高温合金的高温循环载荷，模拟结果表明循环载荷-微观结构-性能关系可被原则上揭示。在短期视角下(在一个循环内)，位错来回运动，产生与实验观测特征一致的循环回线。塑性应变比总应变小一个数量级，这解释了为何循环回线非常“细”。在长期视角下，所有微观结构均表现出类似于零循环载荷比下蠕变的方向性粗化，其筏化(rafting)程度轻微依赖于循环波形、周期等。塑性应变对循环载荷条件在曲线形状和量级上均敏感。
引用
@article{arxiv.1808.10249,
title = {Cyclic-loading microstructure-property relations from a mesoscale perspective: An example of single crystal Nickel-based superalloys},
author = {Ronghai Wu and Michael Zaiser},
journal= {arXiv preprint arXiv:1808.10249},
year = {2018}
}