摘 要

MP35N合金因其在高温下仍能够保持高屈服强度、高硬化率而具有很高的使用价值。本文根据MP35N的强化特征，通过材料孪晶演变的本构关系构建了一个由孪晶控制的依赖于应变速率的模型。该模型能够与ROGER等人所做的实验数据较好的符合，说明该模型能够描述MP35N的应变强化行为。为了进一步了解MP35N合金在常用的工况下的力学性能，随后我又根据此模型继续模拟了MP35N材料在温度为500摄氏度、550摄氏度、600摄氏度、650摄氏度下的真应力真应变关系，以及材料在应变率为0.1/s、0.01/s、0.001/s、0.0001/s下的真应力真应变关系。该模型还模拟了孪晶距、晶粒尺寸对真应力真应变曲线的影响，发现该模型对孪晶片层厚度的大小不够敏感，但是对平均晶粒尺寸比较敏感，而且经验证之后该模型满足霍尔-佩奇定律。此外将此模型与纳米孪晶铜的模型受温度与应变率的影响进行对比，发现该模型与已经验证过的纳米孪晶铜的模型对温度与应变率的响应非常相似，提高了该模型的可信度。

关键词：MP35N，高温合金，纳米孪晶，温度，应变率

Abstract

MP35N alloy has a high value for its high yield strength and hardening rate at high temperature. According to the strengthening characteristics of MP35N, a strain rate dependent model controlled by twins is constructed by the constitutive relation of twin evolution. The model is in good agreement with the experimental data of Roger et al. It shows that the model can describe the strain hardening behavior of MP35N. In order to further understand the mechanical properties of MP35N alloy under common working conditions, then I continue to simulate the true stress-strain relationship of mp35n material at 500 ℃, 550 ℃, 600 ℃ and 650 ℃, and the true stress-strain relationship of material at strain rate of 0.1/s, 0.01/s, 0.001/s and 0.0001/s according to this model. The model also simulates the influence of twin distance and grain size on true stress true strain curve. It is found that the model is not sensitive to the thickness of twin lamellae, but sensitive to the average grain size. After verification, the model meets hall page law. In addition, the model is compared with the model of nano twin copper under the influence of temperature and strain rate. It is found that the response of the model to temperature and strain rate is very similar to the model of nano twin copper that has been verified, which improves the reliability of the model.

Key words: MP35N ; superalloy ; nano twin ; temperature ; strain rate

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 MP35N高温合金介绍及其在高温下的力学性能 1

1.1.1 高温合金介绍 1

1.1.2 MP35N高温合金介绍 2

1.1.3 MP35N高温合金的高温力学性能的研究意义 2

1.2 国内外研究发展状况 3

1.2.1 高温合金的国内外发展状况 3

1.2.2 MP35N高温合金的国内外发展状况 4

1.3本文的研究目的与研究内容 5

第2章 MP35N依赖应变率的纳米孪晶强化模型及其与实验数据的对比 6

2.1引言 6

2.2纳米孪晶材料及其强化机理 6

2.3纳米孪晶强化理论本构模型 8

2.4模型中几个重要物理量的特点 10

2.5纳米孪晶强化模型与实验的对比 13

2.6讨论 19

第3章 MP35N依赖应变率的纳米孪晶强化模型的进一步探究 20

3.1引言 20

3.2纳米孪晶铜的纳米孪晶强化模型 20

3.3探究温度与应变率对MP35N纳米孪晶强化模型的影响 21

3.4探究材料参数对MP35N纳米孪晶强化模型的影响 26

3.5讨论 28

第4章 总结和展望 29

4.1全文总结 29

4.2 MP35N本构模型的展望 29

参考文献 31

致谢 33

第1章 绪论

1.1 MP35N高温合金介绍及其在高温下的力学性能

1.1.1 高温合金介绍

高温合金是可以在高温环境下使用可以达到安全要求的合金，通常具有优秀的抗氧化腐蚀能力，优异的抗疲劳能力、蠕变性能，在高温下的力学性能比较稳定。通常在航空航天、能源等工业上。

高温合金主要有三大种类：镍基高温合金、钴基高温合金、铁基高温合金。其中，镍基高温合金用途最为广泛。镍基高温合金是以镍为基体(含量一般大于50%)，还有很多添加的金属元素，这些金属元素各自具有各自的用途，比如有的金属元素可以强化晶界，有的可以温度奥氏体的结构，还有的对稳定整个合金的高温的性能起着必要的作用。由于镍基高温合金在工业、军工业、航空有着高深的潜力，人们自然想挖掘这一种潜力。而发展对镍基合金的工艺就是其中的一种方法。如GH4169，由多个基体相和强化相组成，除了镍元素之外还有铬、钼、钛等元素，每一个元素都起着独特的作用，这造就了GH4169合金强大的力学性能。GH4169的力学性能，如强度和塑性都优于普通铁合金，如Q235。

虽然钴元素相比于镍、铁很稀缺，但是钴基高温合金高温性能非常优异，有很多科学家研究它。但是由于传统镍基高温合金熔点不高，它对温度的抵抗力也就不强，所以研究可以在更高的温度下工作的高温材料对航空航天等产业意义重大。钴合金与传统的镍合金相比，具有更高的初熔温度(约1450 ℃)、更好的抗氧化能力。