Crystal plasticity modeling of non-Schmid yield behavior: from Ni3Al single crystals to Ni-based superalloys

材料科学 高温合金 产量(工程) 可塑性 不对称 打滑(空气动力学) 热力学 晶体塑性 屈服面 结晶学 冶金 微观结构 复合材料 有限元法 本构方程 物理 化学 量子力学
作者
Devraj Ranjan,S. Narayanan,Kai Kadau,Anirban Patra
出处
期刊:Modelling and Simulation in Materials Science and Engineering [IOP Publishing]
卷期号:29 (5): 055005-055005
标识
DOI:10.1088/1361-651x/abd621
摘要

A Crystal Plasticity Finite Element (CPFE) framework is proposed for modeling the non-Schmid yield behavior of L12 type Ni3Al crystals and Ni-based superalloys. This framework relies on the estimation of the non-Schmid model parameters directly from the orientation- and temperature-dependent experimental yield stress data. The inelastic deformation model for Ni3Al crystals is extended to the precipitate phase of Ni-based superalloys in a homogenized dislocation density based crystal plasticity framework. The framework is used to simulate the orientation- and temperature-dependent yield of Ni3Al crystals and single crystal Ni-based superalloy, CMSX-4, in the temperature range 260-1304 K. Model predictions of the yield stress are in general agreement with experiments. Model predictions are also made regarding the tension-compression asymmetry and the dominant slip mechanism at yield over the standard stereographic triangle at various temperatures for both these materials. These predictions provide valuable insights regarding the underlying (orientation- and temperature-dependent) slip mechanisms at yield. In this regard, the non-Schmid model may also serve as a standalone analytical model for predicting the yield stress, the tension-compression asymmetry and the underlying slip mechanism at yield as a function of orientation and temperature.

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