基于DMM和FEM的难变形材料变形组织缺陷预测和控制研究

针对典型难变形材料的成形特点，以组织（含缺陷）和性能为控制目标，采用动态材料模型、数值模拟并结合物理模拟的方法对微观组织演变和缺陷形成及变化规律进行预测和控制，并确定出优化的变形热力参数范围。根据大塑性流变连续介质力学、不可逆热力学及相关物理系统模型，推导并提出确保典型难变形材料组织及性能稳定一致的修正的塑性流变稳定或失稳准则，获得不同应变、不同应变速率及不同温度条件下的功率耗散效率和塑性流变失稳区域分布规律，掌握不同流变稳定区及失稳区的组织特征及其塑性变形机理；构建组织演变和缺陷形成的热力学和动力学模型，揭示多场耦合作用下组织及缺陷的形成和变化规律，最终获得典型难变形材料热力参数-功率耗散效率-塑性流变失稳-组织特征和缺陷之间的定性和定量关系，从而减少典型难变形材料生产工艺制定和优化的盲目性，将加工-组织（含缺陷）-性能三者之间有机地结合起来。研究结果具有重要的理论意义和实际应用价值。

根据我国航天、航空领域的需要，开展了Ti3Al基合金、TC27合金、NiTi形状记忆合金等航空难变形材料精确成形及组织性能控制的研究工作。航空难变形材料的组织、性能对变形工艺参数非常敏感，成形过程中不易获得组织和性能稳定一致的产品，需进一步加强材料成形技术研究，重视材料、工艺、设计一体化；然而，由于变形过程中同时存在物理非线性和几何非线性，而且变形过程受构件内部各种因素的影响，因此，确定构件最终的组织和性能是相当复杂的问题。项目以典型难变形材料的组织和性能为控制目标，采用动态材料模型、数值模拟并结合物理模拟的方法，对成形过程中缺陷形成、构件不同部位组织演变特点及控制机制进行了系统研究，建立了综合运用动态材料模型和数值模拟技术来实现构件加工工艺优化及组织（含缺陷）、性能控制的方法，为确定和优化难变形材料工艺制度提供了一条新思路；分析了多场耦合作用下，成形过程中典型材料的组织、缺陷形成与变化机制，并建立了微观组织演变数学模型；分析了典型难变形材料高温变形机理及金属流动规律，并应用典型难变形材料工艺参数 ┄ 功率耗散效率┄ 塑性流变失稳┄ 组织特征和缺陷之间的关系预测了组织（含缺陷）产生的工艺参数范围，得到了优化的变形工艺参数。项目完成了计划研究的内容，共发表学术论文9篇，其中SCI检索论文3篇，EI检索论文5篇；培养研究生9名。