Anton Emelianov

В работе представлены результаты экспериментальных исследований трубчатых поликристаллических образцов из технически чистого никеля марки НП2 на активное (одноосное растяжение после предварительного сжатия) и пассивное (кручение с растяжением/сжатием внутри поверхности текучести) нагружение. Результаты экспериментов наглядно демонстрируют связь микроструктуры образцов с их механическими характеристиками. Целью исследования является валидация и идентификация параметров разработанной микроструктурной упругопластической модели при различных режимах деформирования. Микроструктурная модель поликристаллического материала учитывает наличие и взаимодействие входящих в него произвольно ориентированных кристаллитов, поэтому сравнение модели с экспериментом проводится для осредненных по представительному объему полей микронапряжений и микродеформаций. Предложенная модель монокристалла является модификацией теорий скольжения Тейлора и Каето и учитывает наличие различных механизмов скольжения, которые активируются при достижении сдвиговыми напряжениями соответствующих значений локальных пределов текучести. В процессе идентификации параметров используется универсальный алгоритм поиска минимума функционала, основанный на методе градиентного спуска, позволяющий осуществлять поиск параметров в заданном диапазоне значений. Предложенный критерий идентификации основан на минимизации статистических показателей: среднего квадратичного отклонения расчетной кривой от экспериментальной; близости к единице значения линейного коэффициента корреляции между данными кривыми; разницы площадей под сравниваемыми кривыми (энергетический критерий). В расчетах напряженно-деформированного состояния поликристаллического агрегата используется метод конечно-элементной гомогенизации для случаев различных механизмов скольжения и ориентации кристаллитов. Результаты сравнения расчетов с экспериментальными данными показали, что предложенная микроструктурная модель поликристаллического материала позволяет с хорошей точностью описать процесс накопления пластических деформаций при сложном пассивном нагружении. The paper presents the results of experimental studies of tube polycrystalline specimens made of pure NP2 grade nickel for active (uniaxial tension after preliminary compression) and passive (torsion with tension/compression within the boundaries of the yield surface) loading. The results of the experiments clearly demonstrate the relationship between the microstructure of the specimens and their mechanical properties. The aim of the study is to validate and identify the parameters of the developed microstructural elastoplastic model under various loadings. It is implied that a polycrystalline object is considered as a set of arbitrarily oriented crystallites included in it, so the comparison of the model with an experiment is carried out in terms of microstress and strain averaged over a representative volume. The proposed model is a significant extension of the theory of Taylor and Cailletaud single crystals strain hardening and takes into account up to 10 different slip mechanisms that are activated when the stress value of the local yield strength are reached. During the parameter identification process, a universal algorithm for finding the minimum functional is used, based on the gradient descent method, which allows to search for parameters in a given range of values. The proposed identification criterion is accompanied by wellknown statistical indicators: the method of least squares, which characterizes the minimization of the standard deviation of the calculated curve from the experimental one; proximity to unity of the value of the linear correlation coefficient between these curves; minimization of the difference in areas under the compared curves (energy criterion). In computations of the stress-strain state of a polycrystalline aggregate, the finite element homogenization method is used for cases of different slip mechanisms and crystallite orientations. The comparison of computation results with experimental data showed that the proposed microstructural model of polycrystalline...

Multi-materials can locally enhance the properties of products to improve their performance. In some cases, it might be necessary to improve the fracture toughness properties locally. This work is devoted to investigating the fracture toughness of multi-material Ti6Al4V/Cp-Ti specimens produced via laser powder bed fusion (L-PBF). The powder feeding and distributing system of the L-PBF machine was modified for programmable dual-powder feed capability. The multi-material Ti6Al4V/Cp-Ti samples analyzed in this work are layered materials, where the Ti6Al4V alloy serves as the base material and Cp-Ti is present as separate layers. Samples of this type rely on the principle of crack inhibition, where fracture energy is dissipated in the more ductile Cp-Ti layers. Two variants of alternating ductile layers were studied. The microstructure of the materials and interfacial zone were analyzed using an optical microscope. Chemical composition was examined with a scanning electron microscope. The size of the interfacial zone in the multi-material averaged between 250 and 300 μm. A comparison of the tensile tests results with the literature data (of relatively pure Ti6Al4V alloy) reveals that there is a minor reduction in ultimate tensile strength and elongation. The obtained results confirm the possibility of locally increasing fracture toughness through the creation of a multi-material structure using L-PBF.