激光熔覆IN625合金的动态力学性能：高温高应变率下的本构模型与微观机制

《Materials Today Communications》：Temperature and rate-dependent behavior of Laser Cladding IN625 Alloy under dynamic loading: Experiments and Constitutive model

本文系统研究了激光熔覆IN625合金在高温（25-800℃）和高应变率（600-2500 s-1）下的动态力学行为，通过分离式霍普金森压杆（SHPB）实验揭示了其应变率强化和温度软化效应，并建立了Johnson-Cook（J-C）和幂律（P-L）本构模型。微观分析表明动态加载导致晶粒尺寸、小角度晶界和孪晶界比例显著变化，为航空航天极端工况下材料的塑性变形机制提供了重要理论依据。

　　

材料特性

采用配备激光发生器、送粉器、熔覆头、冷却腔室和数字控制单元的纤维激光加工系统（RFL-C6000，上海多姆工业有限公司）制备IN625试样。气雾化IN625合金粉末具有球形形貌和均匀粒径分布，如图1(a)所示，粉末颗粒中值直径（D50）为93.26 μm（图1b），

应变率强化效应

图3(a)展示了室温下应变率为0.001、600、1500和2500 s^-1时试样的应力-应变曲线。所有曲线均呈现一致的变形阶段，从初始弹性行为开始，随后进入具有屈服和应变硬化特征的塑性变形。在准静态过程（0.001 s^-1）中，材料的真应力-应变曲线显示出明显的弹性和强化阶段，但无显著屈服平台。弹性阶段中，真应力

微观结构分布

为研究高应变率压缩载荷（1500 s^-1）对激光熔覆IN625合金的影响，采用扫描电子显微镜（SEM）对原始试样和加载后试样的横截面进行精细观察。图5(a)呈现了原始试样横截面的表面显微图像。微观结构显示熔覆层内存在显著的柱状枝晶，等轴枝晶较少。柱状枝晶沿构建方向生长，而

激光熔覆IN625合金的J-C和P-L本构模型

为定量描述激光熔覆IN625合金的流变应力随应变、应变率和温度的变化关系，采用Johnson-Cook（J-C）模型和幂律（P-L）本构模型。这些模型通过动态压缩实验的真应力-应变数据校准，可用于表征大应变和高应变率下的力学行为。

现象学基础的J-C模型以参数少、形式简单、系数易拟合著称，

结论

本研究采用激光熔覆制备IN625合金试样，在高温高应变率载荷下进行动态力学压缩试验，从微观层面探究试样的塑性变形行为。主要发现与结论如下：

• (1)
  激光熔覆IN625合金表现出显著的应变率强化和热软化效应。在25°C时，屈服强度