挤压态镁合金流变行为及本构模型研究

通过Gleeble热模拟机,在变形温度250~500℃、应变速率0.005~5 s-1下对挤压态镁合金进行热压缩实验,得到应力-应变曲线,基于加工硬化与软化机制,分析了温度和应变速率对流变曲线及峰值应力的影响。其次,考虑变形中温升,在高应变速率下采用温度补偿修正流变应力。最后,运用双曲正弦模型构建不同流变应力范围的本构模型,得到流变应力与温度、应变速率和应变的定量关系。将模型预测应力值与实验值进行对比。结果表明:实验值与预测值的相关性系数为0.984,平均相对误差绝对值为3.87%,说明所建立的本构模型能够准确预测成形过程中不同变形量下镁合金的流变应力值。     

铸态双相不锈钢高应变率下热变形流变应力预测模型

采用热压缩试验研究了22Cr铸态双相不锈钢在变形温度为1000~1200℃,应变速率为1~50 s-1条件下的热变形行为。为了准确的表征双相不锈钢热变形过程中的力学行为,修正了热压缩过程中摩擦和变形热效应引起的流变应力误差。在此基础上建立了双相不锈钢的流变应力预测模型。该模型通过考虑应变对材料常数(α、n、Q和ln A)的影响,进一步获得了双相不锈钢热变形过程中流变应力与变形温度、应变速率和应变的关系。结果表明:所建立的模型能较好的预测双相不锈钢的热变形行为,预测值与实验值的相关系数为0.995,平均相对误差为4.48%。     

AZ91镁合金高温变形本构关系

采用Gleeble-1500热模拟机对AZ91镁合金进行了高温压缩变形实验,分析了该合金在变形温度为250-400℃,应变速率为0.001-1 s-1条件下流变应力的变化规律.结果表明,变形温度和应变速率均对流变应力有显著的影响,流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,当变形温度≥400℃、应变速率≤0.001 s-1时,流变应力随变形量的增加达峰值后呈稳态流变特征.并采用双曲正弦模型确定了该合金的变形激活能Q和应力指数n随应变量的变化规律,建立了相应的热变形本构关系.经实验验证,所建立的本构关系能较好地反映AZ91镁合金实际热变形行为特征.     

Mg-6.5Y-2.5Nd-0.6Zr合金热压缩变形流变应力行为

在变形温度为623-773 K、应变速率为0.01～1.0 s-1、最大变形量为60%条件下,采用Gleeble-1500D热/力模拟机对Mg-6.5Y-2.5Nd-0.6Zr合金热压缩变形流变应力行为进行实验研究.结果表明:在应变速率为1.0 s-1等温压缩时,由变形热引起的温升最大达到25 K,修正后流变应力最大比测量值增加31.2 MPa;而应变速率为0.1 s-1压缩时,流变应力的修正值较测量值先减小后增大,其差值在7.8 MPa以内.根据修正的真应力-真应变曲线,结合包含双曲正弦形式的Arrhenius方程并引入Zener-Hollomon参数建立了流变应力本构方程,运用该方程计算的峰值应力与修正的实验数据吻合很好,其相对误差不超过5%.     

AZ41M镁合金热变形行为及本构方程

在变形温度300~450℃,应变速率0.005~1 s-1条件下,采用Gleeble-1500D热/力模拟试验机对AZ41M镁合金进行热压缩实验;结合微观组织,分析了变形温度、应变速率等对流变应力的影响;基于双曲正弦关系建立了流变应力本构方程,并对本构方程进行验证。结果表明,该镁合金为温度及应变速率敏感型材料,且其流变曲线具有明显的动态再结晶特征;压缩过程中AZ41M镁合金峰值应力随变形温度升高而减小,随应变速率升高而增大;实验条件下,由所建立的本构方程计算出的峰值应力与实验值基本吻合,绝对值最大平均相对误差仅为2.666%。     

AA6082铝合金热变形损伤本构模型

利用Gleeble-1500热力模拟试验机在温度为425~525℃、应变速率为0.01~1 s-1条件下对AA6082铝合金进行热拉伸试验,研究该合金的热变形行为。结果表明:变形温度、应变速率和应变对AA6082铝合金的流变应力影响显著,流变应力随变形温度的升高而下降,随应变速率的提高而增加;材料热变形经历了应变硬化段、稳态变形段和由损伤引起的流变应力陡降段。建立AA6082铝合金热变形统一黏塑性损伤本构模型,该模型综合考虑位错、硬化、损伤、应变、应变速率和温度等因素,借助遗传算法工具箱确定模型中材料常数。该模型能够较好地预测AA6082铝合金热变形时的流变应力,同时可以较好地描述材料的损伤演化行为。     

Modeling Constitutive Relationship of Ti-555211 Alloy by Artificial Neural Network during High-Temperature Deformation

利用Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率0.001~1 s-1以及变形温度750~950 ℃范围内对Ti-555211合金进行等温恒应变速率压缩实验。基于人工神经网络的方法建立了Ti-555211合金热变形本构模型。模型的可靠性用平均相对误差和相关系数来确定。结果表明,所建立的本构模型与实验值的平均相对误差为1.60%,相关系数为0.99938,表明该模型能很好地预测该合金的本构关系。用神经网络来确定本构关系比传统的数学方程更加具有优势。热模拟实验结果表明,随着变形温度的升高和应变速率的减小,该材料的峰值应力有所减小,不连续屈服现象随着变形温度升高和应变速率的增大变得更加明显。流变曲线在不同的变形参数条件下表现形式也不同。     

40CrNiMo钢热变形行为及本构方程

用Gleeble-3500热模拟试验机对40CrNiMo钢在750~1050℃、0.1~50s-1变形条件下,进行了单道次热压缩试验,获得了其流变应力曲线。利用考虑应变补偿的双曲正弦模型、误差验证等方法,对流变应力数据进行了分析。结果表明:40CrNiMo钢的流变应力曲线呈现加工硬化型、动态回复型、动态再结晶型等几种类型;应变量一定,流变应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大;应变速率较变形温度对流变应力曲线的波动影响显著,应变速率为50s-1,各变形温度下流变应力曲线均呈现明显波动;应变补偿下变形量对40CrNiMo钢的材料常数有显著影响;热变形激活能随变形增大在207.38~331.82kJ·mol-1变化;应变补偿下本构方程的平均相对误差不大于9%,近90%的相关系数大于0.90。     

基于人工神经网络的Ti-555211合金热变形本构模型研究(英文)

利用Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率0.001~1 s-1以及变形温度750~950℃范围内对Ti-555211合金进行等温恒应变速率压缩实验。基于人工神经网络的方法建立了Ti-555211合金热变形本构模型。模型的可靠性用平均相对误差和相关系数来确定。结果表明,所建立的本构模型与实验值的平均相对误差为1.60%,相关系数为0.99938,表明该模型能很好地预测该合金的本构关系。用神经网络来确定本构关系比传统的数学方程更加具有优势。热模拟实验结果表明,随着变形温度的升高和应变速率的减小,该材料的峰值应力有所减小,不连续屈服现象随着变形温度升高和应变速率的增大变得更加明显。流变曲线在不同的变形参数条件下表现形式也不同。     

316L奥氏体不锈钢的高温流变行为

为建立能准确描述316L不锈钢流动特性的本构模型并合理制定其热成形工艺参数,采用圆柱试样在Gleeble-3500热模拟试验机上对316L奥氏体不锈钢进行等温压缩变形试验,研究316L不锈钢在变形温度为900℃~1 100℃、应变速率为0.01s-1~2s-1条件下的流变行为,建立其热变形本构方程。结果表明,变形温度和应变速率对流变应力有明显影响,流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率的增加而升高。建立了材料常数α,n,lnA,及应变激活能Q与应变之间的非线性关系;316L不锈钢的热变形行为可用包含Arrhenius项考虑应变、应变速率及温度影响的本构方程描述。通过相关系数r、平均相对误差(AARE)对本构方程的准确性进行分析,结果表明,该方程可以准确预测316L不锈钢的高温流变行为。     

Mg-5Y-0.5Ce-0.5Zr合金的热压缩行为

在变形温度为300～450 oC、应变速率为0.01～1 s-1的条件下进行热压缩试验,对Mg-5Y-0.5Ce-0.5Zr镁合金的热变形行为进行了研究。结果表明,在热压缩变形过程中,该合金的流变应力随着变形温度和应变速率的变化而变化。在同一应变速率下,流变应力随着变形温度的增高而降低;在同一变形温度下,流变应力随着应变速率的减小而减小。该合金热压缩流变应力的本构方程可采用双曲正弦形式构建,热变形激活能Q为253 kJ/mol。     

工业尺寸TiAl合金铸锭高温变形行为

采用Gleeble-1500研究了在应变速率为10-3s-1～10-1s-1和变形温度为1000℃～1200℃条件下,真空自耗方法制备180mm直径TiAl合金铸锭的热变形行为,并建立了高温变形的本构方程。结果表明,合金变形的流变应力对温度和应变速率敏感,铸态合金的热变形激活能为335.5kJ/mol,所建立的变形本构方程,可为制定工业尺寸TiAl合金铸锭的热加工工艺提供参考。     

AM80-xSr-yCa镁合金高温压缩变形行为

采用Gleeble-1500热模拟实验机对一种新型AM80-xSr-yCa镁合金进行高温压缩变形实验,研究其在温度300℃~450℃、应变速率0.01s-1~10s-1条件下的流变行为。高应变速率下,试样的变形热带来的温升不可忽略,对真应力-真应变的测量值进行相应修正后,求得了本构方程中的系列常量。结果表明,应变速率和变形温度的变化,强烈影响着合金流变应力的大小,流变应力值随变形温度的降低和应变速率的提高而增大;金相组织观察表明,动态再结晶是该实验条件下晶粒细化和材料软化的主要机制,再结晶的程度主要受变形参数影响。变形温度越高,变形量越大,动态再结晶进行的越充分;应变速率越大,再结晶平均晶粒尺寸就越小。     

锻态TB6钛合金热变形行为及组织演变

在THERMECMASTER-Z型热模拟试验机上,对锻态TB6钛合金在真应变为0.92、变形温度为800℃～1150℃、应变速率为0.001s-1～1s-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验,分析合金在β单相区条件下的热变形特点,并观察金相组织。结果表明,应变速率对合金流动应力的影响较显著;而变形温度对合金流动应力的影响在较高应变速率时较大,在较低应变速率时较小。动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数,随温度的升高而增大,随应变速率的增大而减小。从晶粒细化和动态再结晶组织均匀性考虑,当真应变为0.92时,变形温度选择在950℃～1050℃之间,应变速率选择在0.01s-1为宜。     

粉末冶金Ti-47Al-2Cr-0.2Mo合金的流变行为及加工图(英文)

采用Gleeble-1500热模拟试验机进行等温压缩实验,在变形温度为1000-1150°C、应变速率为0.001-1s-1的条件下,研究粉末冶金Ti-47Al-2Cr-0.2Mo合金的流变行为。结果表明:变形温度和应变速率对该合金的流变行为有显著影响,流变应力随应变速率的增加和变形温度的降低而增大。不同应变条件下的加工图表明该合金的加工图对应变量很敏感。应变量为0.5时,对应的加工图表明粉末冶金Ti-47Al-2Cr-0.2Mo合金合适的加工区域是:温度1000-1050°C、应变速率0.001-0.05s-1;温度1050-1125°C、应变速率0.01-0.1s-1。对热变形后合金的显微组织和加工图进行分析,发现1000°C,0.001s-1是该合金进行热变形的最佳工艺参数。     

铝铁合金热压缩流变行为

采用Gleeble-1500模拟实验机研究铝铁合金在783K~693K,应变速率为0.01s-1~10 s-1条件下的热变形行为。结果表明,铝铁合金高温变形时存在明显的稳态流变特征,流动应力对应变速率和温度敏感。实验得出真应力应变曲线分析峰值的应力与变形温度、应变速率之间的关系,用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数描述铝铁合金高温塑性变形时的流变行为;计算得出材料的真应力-应变方程。     

Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B合金的本构方程以及加工图

在温度1323-1473 K,应变速率0.001-1 s-1的范围内研究了Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B 合金的热压缩变形行为,其真应力-真应变曲线表明合金在变形过程出现了动态软化行为。依据经过摩擦和温度修正后流变应力的曲线,获得了该合金的本构方程,其中Zener-Holloman指数方程描述了温度和应变速率对变形行为的影响,以此构建五次多项式组来描述应变对材料参数的影响,其预测结果与实验结果相符。同时,建立了该合金的热加工图,并据此加工图预测出该合金合适的加工参数为1343 K和0.02 s-1,且成功地完成了在工业生产条件下对圆柱形试样的锻造。     

一种新型水平连铸Al-Mn-Si-X合金热压缩变形流变应力

采用圆柱体在Gleeble-1500热模拟机上进行热压缩实验,对一种新型水平连铸Al-Mn-Si-X合金热变形流变应力行为进行研究,变形温度为350℃~500℃,应变速率为0.01s-1~10s-1。结果表明,流变应力先随应变的增大而增大,达到峰值后则逐渐减小并趋于平稳,表现出流变软化特征;而应力峰值是随着温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大。应用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系描述合金热压缩变形流变应力,其变形激活能Q=159.2kJ/mol。     

中、高应变速率下AZ80镁合金高温变形力学行为研究

文章通过对AZ80镁合金在不同变形温度和应变速率下的压缩实验,研究了其高温变形力学行为。讨论了中、高应变速率变形条件下,变形过程中试样温升对流变应力的影响,并进行了修正。将修正后的流变应力应用于合金挤压变形过程的数值模拟。结果表明,模拟挤压变形力与实测值接近,说明修正后的流变应力能很好地反映材料的变形力学行为。     

锌合金高温变形行为及加工图

在Gleeble-1500D热模拟机上采用等温压缩实验研究Zn-8Cu-0.3Ti锌合金的高温流变行为,获得锌合金在变形温度为230～380℃、应变速率为0.01～10 s-1和变形程度为50%条件下的真应力—应变曲线,根据动态材料模型(DMM)建立锌合金的热加工图。结果表明:Zn-8Cu-0.3Ti锌合金在实验条件下具有正的应变速率敏感性,流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的升高而减小,该合金的流变应力行为可用Arrhenius方程来描述。在本研究条件下,Zn-8Cu-0.3Ti锌合金在热变形时存在一个失稳区,即应变速率0.2 s-1以上的区域;在应变速率小于0.001 s-1和340～370℃温度范围内,最大功率耗散系数为0.53,该安全区域内合金的变形机制为动态再结晶。