Моделирование процессов ползучести монокристаллических сплавов с учетом рафтинга

Исследования посвящены разработке и верификации двухуровневой микромеханически мотивированной модели вязкоупругого деформирования двухфазных монокристаллических сплавов на никелевой основе, предсказывающей их поведение при высокотемпературных механических воздействиях с учетом наличия и эволюции микроструктуры. Применение модели актуально при выполнении уточненных расчетов напряженно-деформированного состояния охлаждаемых монокристаллических лопаток газотурбинных двигателей и установок. Формулировка определяющих уравнений для каждой из фаз учитывает анизотропию упругих и вязких свойств, наличие октаэдрических систем скольжения, особенности кубической сингонии, наличие вязких свойств как ниже, так и выше предела текучести. Идентификация параметров моделей для γ- и γ'-фаз производилась на основе известных кривых ползучести для каждой фазы. Эффективные свойства монокристаллического сплава с учетом наличия γ- и γ'-фаз определялись как на основе конечно-элементной гомогенизации для представительного объема, так и с использованием простейших реологических (структурных) моделей материала, рассматривающих последовательное и параллельное соединение фаз. На основе многовариантных вычислительных экспериментов и аналитических оценок определены зависимости вязкоупругих свойств монокристаллических сплавов на никелевой основе от объемной доли γ'-фазы. Предложены феноменологические модели ползучести, учитывающие изменение объемной доли и морфологию γ'-включений. Результаты моделирования с использованием предложенной двухуровневой микроструктурной модели материала демонстрируют хорошее соответствие с экспериментальными данными для монокристаллического жаропрочного сплава ЖС32.