Effects of Crystal Orientations and Grain Boundaries on Nanoindentation Behavior of <italic>γ</italic>-TiAl Alloys

为了阐述γ-TiAl的变形机理，采用纳米压痕实验和晶体塑性有限元模拟研究晶体取向和晶界对γ-TiAl合金机械性能的影响。建立了晶体塑性本构模型，得到了γ-TiAl合金单晶及晶界处的载荷-位移曲线、硬度和杨氏模量。模拟数据与实验数据的误差较小，证实了纳米压痕可以很好地验证晶体塑性本构参数。基于上述模型，讨论了各晶粒和晶界压痕周围的堆积形貌，分析了不同晶体取向下累积剪切应变的分布、滑移系的启动情况、晶界与位错滑移的相互作用。结果表明，由于压头的几何形状、材料滑移系统和累积剪切应变分布之间的耦合作用，γ-TiAl合金的力学响应和堆积行为表现出显著的各向异性。此外，晶界与位错滑移的相互作用显著改变了位错的分布，进而影响了材料的流动，对材料力学响应和塑性变形起着至关重要的作用。晶界吸收了部分位错，改变了压痕下塑性变形的分布特征，导致其硬度降低，材料堆积形貌发生改变，堆积减少。