晶粒形状和织构对增材制造铝合金晶粒尺度力学行为的影响(2)
时间：2023-12-18 09:11 来源： 高应变率力学 作者：admin 阅读：次
两个模型中具有相同取向的等轴晶粒池边界区域，但相同晶粒所承受的应力却存在明显差异，这归因于柱状晶粒取向的影响。织构晶粒抵抗外加载荷的能力较低，部分减少了相邻等轴晶粒区域的应力，从而减少了经历高应力集中的晶粒部分。
图3 拉伸应变为0.1（a、b）和5%（c-f）时，随机晶粒（a、c、e）和织构柱状晶粒（b、d、f）的SLM铝模型表面（a-d）和中间部分（e、f）的等效应力场
图3c-f显示了5%拉伸应变时SLM模型表面和中间部分的等效应力分布。在这两种情况下，与表面晶粒相比，中间部分产生的应力更高。可将SLM铝合金视为一种复合结构，其中每个熔池都被视为一个特定的结构元素，通过一层较硬的细晶粒层与其他元素隔开。这与模型侧边形成的变形引起的表面形态（图4d）相吻合。在这两种情况下，熔池的中心部分都以织构柱状晶粒为特征。作为单独的结构元素，熔池往往会发生相对移动。因此，在初始变形阶段，熔池边界就已在表面上清晰可见（图4a），并在进一步加载时变得更加明显（图4b-c）。
图4 SLM AlSi10Mg合金在15%（a）和20%单轴压缩（b、c）条件下的实验表面图像，以及在5%拉伸应变下具有立方体纹理柱状晶粒的模型中的表面图案（d）
与应力分析结果一致，随机取向柱状晶粒模型和织构柱状晶粒模型的等效塑性应变场显示出明显的差异（图5）。随机取向模型的塑性应变极不均匀，自由表面的局部应变最大。而织构柱状晶粒在表面和中间部分都表现出更均匀的塑性应变。
考虑到断裂，分析熔池边界区域的塑性应变分布尤为重要。SLM Al-Si合金的熔池边界沿线硅含量较高（图1d），会大大降低晶粒的变形能力，这些区域可能成为微裂纹成核的来源。在这两个模型中，高塑性应变的扩展区域都是沿着熔池边界形成的（图5虚线区域），在相邻熔池之间形成了一层强烈变形的材料层（图4c）。一些柱状晶粒具有类似的塑性变形（图5），但其塑性变形能力较低，熔池边界区域更有可能形成裂纹核。在相同拉伸度下，随机取向的柱状晶粒邻近的细晶粒积累的塑性应变比位于立方体织构区域的晶粒高（图5a-d），更容易出现第一道微裂纹。
图5 拉伸应变为5%时，带有随机晶粒（a、c）和织构柱状晶粒（b、d）的SLM铝模型表面（a、b）和中间部分（c、d）的等效塑性应变分布
相关成果以“Effects of the grain shape and crystallographic texture on the grain-scale mechanical behavior of additively manufactured aluminum alloys”为题发表在Additive Manufacturing上，第一作者是V. Romanova，通讯作者是O. Zinovieva
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.addma.2021.102415
(责任编辑：admin)
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