基于粘塑性自恰模型（VPSC）的钛合金拉伸压缩织构演变模拟

作者：辞殇

关键词：VPSC；钛合金；拉伸压缩；织构演变

粘塑性自恰（VPSC）模型，区别与宏观本构模型，VPSC模型不仅能够模拟变形过程中材料宏观力学性能的演化过程，还可以同时模拟材料内部由于变形引起的织构演化过程，实现宏观与细观结合，从而使我们更加深刻地理解材料的变形过程。

本文使用VPSC计算HCP金属钛合金的单轴拉伸和单轴压缩变形过程，实现钛合金拉伸压缩过程中的应力应变、织构演变以及滑移孪晶变形机制启动情况的预测，VPSC程序模拟过程如图1所示。

图1 VPSC程序模拟过程图

VPSC模拟的材料初始极图由程序随机生成，其极图如图2，可见初始状态表现为随机织构，极密度最大值为1.4。在经过25%的拉伸以及压缩变形后，材料内部织构发生明显变化，表现出织构特征。图3所示为单轴拉伸后的织构极图，图4所示为单轴压缩后的织构极图。

图2 初始随机织构极图

图3 单轴拉伸织构极图

图4 单轴压缩织构极图

图5所示为单轴拉伸过程中的应力应变曲线，图6所示为单轴压缩过程中的应力应变曲线。可以看到，由于HCP金属钛合金的各向异性导致两种变形模式下材料的流动应力演变过程以及变形过程中织构的演变有很大差异。

图5 单轴拉伸应力应变曲线

图6 单轴压缩应力应变曲线

图7所示为VPSC预测的单轴拉伸过程中变形机制相对活性。可以看出，柱面滑移的活性急剧下降至最低点并且之后几乎为零，基面滑移和锥面滑移占据主导地位，二者的活性随着变形量的增加持续上升至最大值，拉伸孪晶和压缩孪晶的活性呈现先缓慢上升又缓慢下降的变化趋势。

图8所示为VPSC预测的单轴压缩过程中变形机制相对活性。可以看出，相比于拉伸变形，压缩过程中锥面滑移的活性更高因此其发挥了更大的作用去协调变形，而基面滑移活性有所下降，柱面滑移以及拉伸孪晶和压缩孪晶的变化趋势则与拉伸变形基本相同。

图7 VPSC预测的拉伸过程中变形机制活性

图8 VPSC预测的压缩过程中变形机制活性