镍基高温合金617是若何运用EBSD测量进行拉伸变形行为

文/麒阁史不雅观

编辑/麒阁史不雅观

序言：

镍基高温合金617具有出色的高温、高强度和耐堕落性能，在航空航天、石油化工、能源和热处理等领域有广泛的运用。
随着科学技能的不断发展，该合金的性能和运用前景还将得到不断拓展和提升。

对付利用EBSD元仿照和光流法研究了镍基高温合金617的拉伸变形行为，也为镍基高温合金，供应了长期的稳定性和足够的机器性能。

镍基高温合金，在永久超过500度的温度下，可供应足够的机器性能。
在航空发动机或发电厂涡轮叶片和铸造合金盘导都能够很好的利用。
这里的合金IN 617用于高温管道、燃烧罐或热气体过渡衬垫。

随后的热处理常日用于通过相关Ni3（Al，Ti）c0沉淀硬化来提高机器强度，所有镍基超合金的晶体各向异性因子都大于2.5。
根据构造的不同，杨氏模量可以在130到330 GPa 之间变革。

许多研究表明，应变和滑移带双形成生的关系，总是与静态或循环载荷中的局部塑性变形有关。

例如通过数字图像干系结合电子后向散射衍射（EBSD），采取有限元法（FEM）对考虑局部刚度的张量，以及施密德因子单轴载荷浸染下的人工晶粒构造进行了仿照。
在以往的研究中，考虑局部刚度张量和局部因子被描述为E-m模型。

施密德定律描述了产生的剪应力sres在单轴拉伸载荷，其角度滑平面正常k和角度方向j，对拉伸轴结合施密德因子从而得出，低E的晶粒在变形后弹性变形增大，在塑性前伸长变长。

此外，相邻晶粒的Em导致应力浓度的增加，这是潜在的疲倦裂纹起始点，与组件设计中具有高安全成分的守旧确定性方法比较，所有这些研究都考虑了局部杨氏模量和施密德因子。

镍基高温合金incone6l617在拉伸载荷下的变形行为，通过扫描电镜和伴随的EBSD丈量中的原位载荷进行了实验剖析。
谈论了两个样本的结果，并参考了之前研究的样本，并进行比较。

将EBSD数据用于一种图像配准方法，该方法利用方向信息来识别并将每个丈量点从初始状态转移到加载状态，称为光流法（OFM）。

利用EBSD数据建立了相同加载场景下的有限元仿照的虚拟模型。
对两种方法的结果进行比较、验证，并与上述Em模型干系。

日常生活中NiCr23Co12Mo合金IN 617被广泛运用于涡轮组件中，由于其晶粒构造可以靠近沃罗诺伊镶嵌，因此当选择用于本研究，这使得一个相对大略的颗粒识别能够直接阐明的结果。

由于原位扫描电镜EBSD丈量只在样品的一侧进行，并证明了准二维方法利用在仿照过程中，研究了厚度为0.5 mm的薄样品。
采取直线截距法测定了0.585mm和0.507mm热处理后的均匀晶粒尺寸。

由于这些值大于样品的厚度，可以推断在样品的厚度基本上只有一个晶粒，这使准二维方法合法化。
对样品1进行了大的弹性和塑性变形，直到分裂并进行EBSD丈量。

由于晶粒尺寸大、样品厚度小、弹性各向异性强，样品不一定在仪表中分裂，而是在锥形仪表-轴过渡中分裂。

随后要经由加热处理，经由热处理后，氧化层以下仍有 100 lm的氧化层和高达500 lm的孔隙率增加。
因此从两侧开始研磨薄片，直到从未受损的材料体积中提取0.7mm厚的样品，将样品研磨到0.5 mm的厚度，抛光和蚀刻（吸附剂）进行研究。

拉伸加载和EBSD丈量

拉伸载荷由安装在FEI Quanta 600 SEM真空室中的一个拉伸压缩模块施加，带有安装试样的载荷框架。
I-V区域标记了每个运用载荷水平的EBSD丈量的部分。

EBSD丈量是利用事情间隔为18 mm的hkl通道和20kv EBSD系统进行的。
EBSD丈量伴随着二次电子图像，从而进一步记录变形。
考虑到丈量方向的变革，以是用到了自适应的输运方程。

数值结果表明，这些模型能够重修大小的位移场，以合成和真实数据。
四面体网格在晶粒中央相对粗糙，但根据算法在晶界处进行了细化。
在末了一步中，通过实现定向材料特性和边界条件，终极为Abaqus中的仿照准备了模型。

第一个样品变形至分裂，同时用EBSD丈量全体仪表长度，直到exx的总纵向应变2：74%时为止。
在较高的变形水平下，EBSD不能供应可用的数据，但连续通过SE成像进行不雅观察。

应力-应变显示了样品1拉伸试验到分裂的不同阶段，应力-应变图显示在200 MPa下为0：41%的线性弹性变形，拉伸试验以应变率为0.4%/min进行的。
在弹性范围内，样品显示出较大的伸长率，直到断裂。

在初始状态下，塑性应变的增加导致表面描述发生了明显的变革，在所有晶粒中都表现出或多或少明显的滑移带。
此外，在环抱区域可以不雅观察到晶界和靠近晶界的变形错配导致明显的局部变形，随后涌现断裂。

将EBSD数据进行OFM测定应变，此外E、m和Em的确定以及基于后来用于FE仿照的EBSD数据重新打算的晶粒构造所示。
只管部分晶粒的索引质量较低，但利用MTEX算法成功地重修了晶粒构造。

未变形的弹塑性变形状态的均匀取向，以及在有限元仿照打算出的开始塑性变形，由于有限元模型仅适用于初始塑性变形，正如预期的那样，塑性变形导致了均匀错位的整体增加。
根据有限元仿照，从而不雅观察到塑性变形最高的晶粒变革最明显。

通过FE仿照得到的应力、应变和剪应力、微不雅观构造中的应变带和OFM打算得到的应变场。
从而得到拉伸试验结果，通过将应力张量和改动的施密德因子的乘法打算得到的主动滑移系统的剪应力。

考虑Hooke定律和拉伸载荷模型，对仿照的应力和应变进行了剖析。
不同取向的晶粒与各向异性弹性的相互浸染使应力状态繁芜化。
然而Em模型至少得到了有限元仿照的定性证明。

证明了在纯弹性体系中，大多数具有较低杨氏模量的颗粒比具有较高杨氏模量的临近颗粒，表现出更高的局部变形。
此外，在塑性变形开始时，这些颗粒将高于纵向应变。

相对付滑移系统的颗粒表现出较高的剪应力，并对应于开始塑性变形的面积。
在循环载荷下可能导致疲倦失落效。
仿照的应力和应变行为符合塑性变形的Em模型理论，验证了建立的有限元模型。

此外，裂纹起始发生在Em不同的两个晶粒之间，并显示出局部应变的增加。
近似均匀应力进行广泛分布，74%表明一个完全的样品和揭示了运用有限元模型的极限.

由于应力是由连续力学打算，但晶体塑性必须考虑精确的仿照局部应力的高塑性应变。

第二种表征方法是用光流法测定局部应变，在标称应变为2：74%下的仿照应变分布与OFM确定的干系应变场进行比较。
并与材料晶粒构造进行强烈对应的局部变革的仿照应变不同。

OFM打算出的应变分辨率，被限定在三个相对较大的变形相似的区域中。
这对付应变的大小是合理的，应变最高的面积与后期裂纹起始的面积干系。
此外其他一些区域在所有情形下进行匹配。

通过扫描电镜不雅观察到在较大应变下的样品状态来检测滑移带，在EBSD中得到了更好的指数率，因此，通过OFM可以更准确地测定应变。

然而，只管每个区域的丈量点数量要大得多，但变形越小单个丈量点的变换就越低，初始状态与变形状态之间的变革比例也要小得多。
EBSD数据和重修的晶粒构造与样品的数据比较，分辨率更高，重修的晶粒构造更准确。

由于滑移带是通过对表面的扫描电镜不雅观察，来直不雅观地检测到的。
因此在塑性变形的开始和产生的滑移带的可见性之间可能存在延迟。
然而，在仿照中，所有包含滑移带的颗粒都显示出塑性染色。

在仿照中显示出塑性变形，但没有可见的滑移带。
OFM根据初始状态和exx之间的EBSD数据测定的应变。
有三个特色区域的最高值在0.4%旁边，仿照应变在全体区域的分布更均匀，在多个地方达到最大值0.3%。

然而，由OFM确定的最大应变区域与较大的仿照应变区域相同等，并包含了一些达到有限元法确定的最大变形的区域。
然而，OFM与有限元仿照确定的应变之间的同等性乃至小于样品1。

只管分辨率和索引率更高，但丈量点的转换与研究面历年夜小和应变对付移步有关，并且明显限定了OFM剖析的质量。

利用SEM、 EBSD数据研究了镍基高温合金IN 617样品，在拉伸载荷浸染下的力学行为。
行为剖析利用图像配准方法-光流方法，该方法已经在以前的事情和一个特殊开拓的有限元模型中提出。

根据所建立的Em模型和胡克定律，考虑了仿照的应力和应变。
结果证明了E-m模型和有限元模型在塑性变形开始之前的有效性，有限元仿照包括基于连续介质力学的塑性变形，但是没有显式的晶体塑性模型。
因此，该结果只有效到塑性变形的开始。

由OFM测定的应变场与两个样品的有限元仿照，只有有限的干系性。
对付样品1，检测到后期裂纹起始区域和微不雅观构造对局部变形的一些影响与有限元仿照同等。
样品2在OFM与FEM测定的菌株之间的总体干系性较差。

考虑晶粒构造和弹性各向异性，成功建立了连续介质力学的弹塑性有限元模型。
该模型被成功地验证了，直到塑性变形的开始。

总结

通过有限元仿照和实验不雅观察，证明了在单个晶粒中产生的均匀应力和应变以及滑移带的形成。

OFM打算结果与有限元打算结果之间的一样平常干系性有限，OFM在应变场测定中的成功运用既须要足够大的位移，即与变形干系的大量丈量点和非常高的索引率。

研究镍基高温合金617的拉伸变形行为，对付深入理解其力学性能和在实际运用中的可靠性至关主要。
通过上述研究方法和实验手段，可以深入理解镍基高温合金617的拉伸变形行为，为其在实际运用中的设计和优化供应根本和辅导。
此外，还可结合数值仿照和多尺度研究，进一步理解其变形机制和改进其性能。