核合金的基于晶体塑性模型的集成计算材料模拟研究

作     者：马显锋 位东辉 ALLISON John E 王彪 MA XianFeng;WEI DongHui;ALLISON John E;WANG Biao

作者机构：中山大学中法核工程与技术学院珠海519082 Department of Materials Science and EngineeringUniversity of MichiganAnn Arbor 48109USA 

出 版 物：《中国科学：物理学、力学、天文学》 (Scientia Sinica Physica,Mechanica & Astronomica)

年 卷 期：2019年第49卷第11期

页      面：89-102页

核心收录：

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：广东省教育厅青年创新人才项目(编号:2016KQNCX004,2016KQNCX005) 国家自然科学基金(编号:11902370,11832019) 广东省科技计划(编号:2019B010943001,2017B020235001)资助 

主　　题：集成计算材料工程 晶体塑性模型 加工工艺 组织演化 织构 核合金 

摘      要：核反应堆的核燃料包壳、堆内构件、蒸汽发生器等关键部件均采用耐高温腐蚀、力学性能优异的合金材料制造.合金加工工艺直接影响组织结构,进而影响其力学、腐蚀和辐照性能.核合金的堆外性能研究是合金适用性评估和改进优化的关键步骤,因此定量预测核级合金的加工工艺-微结构-力学性能具有重要意义.传统的核合金工艺改进与评估主要依赖于实验循环试错法,实验成本高,研发周期长.基于全过程模拟的集成计算材料工程方法将制造工艺、材料演化与性能模型结合,显著缩短关键材料及构件的研发周期和成本.为促进该方法在核合金的工艺优化与研发中的应用,本文发展了基于合金微结构相关的晶体塑性模型和解耦有限元模拟的计算方法,对锆合金、钛合金和FeCrAl合金的加工工艺-织构-力学性能进行了定量预测.结果显示该集成计算方法可精确预测3种典型合金的热加工织构演化、拉伸和压缩塑性变形行为,可为核级合金的加工工艺优化和力学性能评估提供计算工具和理论依据.