Ti_2AlNb基合金热变形行为研究

在Gleeble-3500热模拟机上对Ti_2AlNb基合金进行了等温恒应变速率压缩实验,获得了该合金在应变速率为0.01~10 s-1、变形温度为900~1100℃时的流动应力,分析了热变形参数对流动应力的影响规律,计算了该合金的激活能。采用多元线性回归法建立了该合金的本构方程。误差分析表明,该本构方程具有较高的精度,可为Ti_2AlNb基合金在锻造过程中的数值模拟和制定热加工工艺参数提供理论依据。     

一种新型亚稳β钛合金热变形的本构模型(英文)

基于新型亚稳β钛合金Ti2448在温度1023～1123K、应变速率63～0.001s-1下的等温热压缩流动应力曲线特征,构建能够完整描述该合金流动应力与应变、应变速率、变形温度之间关系的本构模型。在此过程中,通过基于统一黏塑形理论改进双曲正弦函数,构建合金在高应变速率(≥1s-1)下发生动态回复(DRV)的模型;通过对标准的Avrami方程进行简化,表征了Ti2448在低应变率(1s-1)下发生的动态再结晶(DRX)软化机制。最终通过应用全局优化求解非线性方程的新方法确定模型中的相关参数。根据所建模型得到的预测曲线和实验曲线吻合得较好,能够有效预测Ti2448在热变形过程中的流动应力,为构建亚稳β钛合金热变形本构模型提供一种有效的方法。     

纯铁在高应变率下的流动应力特征及其动态塑性本构关系

利用MTS材料试验机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对锻造后经930℃下退火2h的纯铁材料进行压缩实验,测定纯铁在准静态条件(10-3s-1~100s-1)和高应变率(650s-1~8500s-1)下的应力-应变曲线。实验结果表明,纯铁是应变率敏感材料,纯铁在高应变率条件下,具有应变率增强、增塑以及应变强化效应,高应变率下的塑性变形过程中产生的绝热升温对材料具有热软化作用。基于Johnson-Cook(J-C)本构模型,引入绝热温升软化项对模型进行修正,通过实验数据拟合得到了纯铁的动态塑性本构关系,模型计算结果和实验结果证明,该模型可以较好地预测纯铁在高应变率下的塑性流动应力。     

高应变率下TC4-DT钛合金的动态力学性能及塑性本构关系

为研究TC4-DT钛合金的动态力学性能及其本构关系,在1000~8000 s-1应变率范围内,利用分离式Hopkinson压杆试验装置对该材料进行动态压缩试验,得到高应变率下的真实应力-应变曲线。结果表明:高应变率时TC4-DT钛合金材料存在应变率增强、增塑以及应变强化效应,其流变应力表现出较强的应变率敏感性。通过微观组织观察,发现高应变率变形时出现绝热剪切带是材料流变应力急剧减小的主要原因。改进Johnson-Cook本构模型中的温度项,利用试验数据对TC4-DT钛合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,得到室温下该材料的动态塑性本构方程,模型计算结果和试验结果证明该模型可以更好地预测TC4-DT钛合金高应变率下的塑性流变应力。     

细晶富铝Al/Fe复合材料动态力学性能及本构关系

利用分离式霍普金森杆对通过热压烧结法制备得到的细晶富铝Al/Fe复合材料进行了动态力学性能测试,得到了应变率为100~2300 s-1范围内材料的应力-应变曲线,并与准静态条件下(0.01 s-1)的力学性能作了对比。结果表明:随着应变率增加,材料强度提高,塑性下降,应变率为2300 s-1时的屈服强度与弹性模量分别为准静态时的7.8和2.3倍。对材料断口形貌进行了分析,断裂方式由脆性解理断裂、沿晶断裂和韧窝断裂共同组成。根据试验所得数据,构建了改进型一维弹脆性损伤本构模型,得到了试样断裂失效前的动态本构方程及式中参数的率相关特性。改进后的本构模型与实验数据吻合良好。     

基于J-C模型的TC18钛合金动态本构方程构建

采用电子万能试验机对TC18钛合金进行常温准静态压缩实验,得到该合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18钛合金在温度分别298、523、773、1 023 K,应变率分别为500、1 000、1 500 s-1下进行动态力学性能实验,从而获得TC18钛合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线,并利用J-C模型对合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,最终建立该合金在高温下的动态塑性本构方程。通过对模型的计算结果分析表明,该模型可以较好地预测TC18钛合金在高温与冲击载荷共同作用下的塑性流变应力。     

Ti-22Al-25Nb合金在B2单相区的热变形行为

采用热模拟压缩实验研究了Ti-22Al-25Nb合金在B2单相区的热变形行为。结果表明:与其他温度较低的相区变形行为的对比发现,合金在B2单相区变形时具有更低的流动应力和更弱的流动软化效应。在应力-应变曲线上出现了明显的不连续屈服现象,应变速率越大,不连续屈服现象越显著,但该现象对变形温度变化不敏感。在Zener-Hollomon参数与流动应力σ之间的三种关系中,幂指数型最适合用于描述Ti_2AlNb基合金在B2单相区的热变形过程。计算得到的Ti-22Al-25Nb合金在B2单相区热变形的表观激活能为447.75 kJ/mol。利用Zener-Hollomon参数建立了幂指数型的Ti_2AlNb基合金在B2单相区变形的本构关系。     

新型亚稳β钛合金Ti2448的温变形行为及本构模型

采用压缩实验研究应变速率和变形温度对新型亚稳β钛合金Ti2448温变形行为的影响。热模拟压缩实验在Gleeble-3800热模拟机上进行,变形温度为473-673 K,应变速率为0.001-10 s-1,变形程度为45%。结果表明:在高、低应变速率下合金呈现不同的变形特性。低应变速率(0.001-0.1 s-1)下,流动曲线呈现明显的应变硬化特性;在10 s-1的高应变速率下,流动应力在达到饱和后,因温升效应而下降;在673 K变形温度下流动应力因材料内部相变而具有显著的应变速率负敏感性。基于分段外推饱和模型和改进的Voce模型分别构建Ti2448合金在温变形高、低应变速率下的流动应力模型;该模型得到的预测曲线(应力—应变曲线)和实验曲线吻合较好,能够有效预测Ti2448合金在温变形过程中的流动应力,其中,改进的Voce模型能同时较好地描述饱和型和非饱和型应变硬化特性。     

冲击载荷作用下Mg-Li合金的力学性能及显微组织

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对真空熔炼制备的Mg-Li合金进行了静、动态试验研究,试件的加载应变率范围为1.7×10-3～1026s-1,得到了材料在不同应变率下的应力-应变曲线。并根据实验结果确立了Mg-Li合金在一维应力高应变率冲击状态下的本构关系。同时还分析了不同应变率冲击后Mg-Li合金的金相组织。结果表明,该Mg-Li合金在室温下的动态冲击性能对应变率不敏感。Mg-Li合金在一维应力高应变率冲击状态下的本构关系为σ=1.5ε,(σ0.12GPa),σ=0.12+2.7ε1.2(σ≥0.12GPa)。随着应变率的增加,晶粒尺寸先变小,再趋于不规则形状,而且晶界处分布的短条状化合物也逐渐集中。     

U-Ti合金变形及失效机理的SHPB研究

利用材料试验机和SHPB实验装置研究了U-Ti合金在室温下的压缩力学行为,采用带剖面的圆柱样结合"应变冻结"和金相观测手段对重复加卸载动态变形过程中微观组织的演化开展了"原位观测"研究。结果表明:U-Ti合金具有显著的应变率效应,屈服强度和流动应力均随应变率升高而增大,而加工硬化随应变率升高基本不变;在应变率达到7500s-1时,屈服强度和流动应力发生突变,迅速增大;在应变率较高的回收样中观测到绝热剪切带,绝热剪切的形成是变形过程中微裂纹的演化造成的;最后采用修正的Johnson-Cook本构模型对实验结果进行了拟合,模型预测结果与实验结果吻合很好。     

考虑摩擦和温升效应的Ti60合金流变曲线修正

采用Thermecmaster-Z型热加工模拟试验机对Ti60合金进行等温恒应变速率压缩实验,获得该合金在变形温度700~950℃,应变速率0.001~10 s^-1和真应变0.51条件下的流变曲线。通过考虑摩擦和温升效应对流动应力的影响,对Ti60合金实测流变曲线进行修正。结果表明,摩擦和温升效应对Ti60合金流动应力均具有较显著的影响,且摩擦效应随着应变的增加而增加,而温升效应随着变形温度的降低和应变速率的升高而增加。经摩擦和温升修正后的流变曲线接近于流动稳态型,它能更准确地反映Ti60合金在等温恒应变速率条件下的流动应力对真应变的动态响应。     

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。     

Flow Behavior and Constitutive Equation of Ti-6.5Al-2Sn-4Zr-4Mo-1W-0.2Si Titanium Alloy

In order to get a reliable constitutive equation for the finite element simulation, flow behavior of Ti-6.5Al-2Sn-4Zr-4Mo-1W-0.2Si alloy under high temperature was investigated by carrying a series of isothermal compression tests at temperatures of 1153-1293 K and strain rates of 0.01-10.0 s^?1 on the Gleeble-1500 simulator. Results showed that the true stress-strain curves exhibited peaks at small strains, after which the flow stress decreased monotonically. Ultimately, the flow curves reached steady state at the strain of 0.6, showing a dynamic flow softening phenomenon. The effects of strain rate, temperature, and strain on the flow behavior were researched by establishing a constitutive equation. The relations among stress exponent, deformation activation energy, and strain were preliminarily discussed by using strain rate sensitivity exponent and dynamic recrystallization kinetics curve. Stress values predicted by the modified constitutive equation showed a good agreement with the experimental ones. The correlation coefficient (R) and average absolute relative error (AARE) were 98.2% and 4.88%, respectively, which confirmed that the modified constitutive equation could give an accurate estimation of the flow stress for BT25y titanium alloy.     

Characterization of hot deformation and microstructure evolution of a new metastable β titanium alloy

The hot deformation characteristics of as-forged Ti?3.5Al?5Mo?6V?3Cr?2Sn?0.5Fe?0.1B?0.1C alloy within a temperature range from 750 to 910 °C and a strain rate range from 0.001 to 1 s^?1 were investigated by hot compression tests. The stress?strain curves show that the flow stress decreases with the increase of temperature and the decrease of strain rate. The microstructure is sensitive to deformation parameters. The dynamic recrystallization (DRX) grains appear while the temperature reaches 790 °C at a constant strain rate of 0.001 s^?1 and strain rate is not higher than 0.1 s^?1 at a constant temperature of 910 °C. The work-hardening rate θ is calculated and it is found that DRX prefers to happen at high temperature and low strain rate. The constitutive equation and processing map were obtained. The average activation energy of the alloy is 242.78 kJ/mol and there are few unstable regions on the processing map, which indicates excellent hot workability. At the strain rate of 0.1 s^?1, the stress?strain curves show an abnormal shape where there are two stress peaks simultaneously. This can be attributed to the alternation of hardening effect, which results from the continuous dynamic recrystallization (CDRX) and the rotation of DRX grains, and dynamic softening mechanism.     

60NiTi合金的热压缩变形与显微组织演变（英文）

采用Gleeble-3500热模拟试验机对在变形温度500～650℃和应变速率0.001～1 s^-1条件下的60NiTi合金进行热压缩变形,分析其热变形行为和显微组织,建立变形本构模型,绘制热加工图。结果表明,当压缩温度升高或应变速率降低时,峰值应力减小。合金的热变形激活能为327.89 k J/mol,热加工工艺参数为变形温度600～650℃和应变速率0.005～0.05 s^-1。当变形温度升高时,合金的再结晶程度增大;当应变速率增大时,位错密度和孪晶数量增大,Ni₃Ti相易于聚集;Ni₃Ti析出相有利于诱发合金基体的动态再结晶。动态回复、动态再结晶和孪生是60NiTi合金热变形的主要机制。     

DEVELOPMENT OF CONSTITUTE EQUATIONS FOR Ti-6Al-4V ALLOY UNDER HOT-WORKING CONDITION

1.~nonNumericalmodelingofindustrialplasticdeformationprocesseshasbecomeafieldofveryactiveresearchinthepastfewyears.ForthefullpotentialeXPloitingofthismethod,itisessentialtogetthepreciseknowledgeofconstitutivebehaviorofthematerial.Severalpapershavedevotedtotheestablishingofgeneralconstitutiveeqllationsfordescribingtheflowstressofthematerialasafunctionoftheprocessparameterssuchasstrain,strainrate,andtemperature['--7).Theseparametersareoftencalculatedforpeakstressvalueonly,becausemanymodelsassum…     

铸态粗晶Ti-5553钛合金高温变形行为与机理研究

本文借助Gleeble-3800热模拟试验机系统地研究了铸态粗晶Ti-5553合金在温度700 ℃~1100 ℃、应变速率为0.001 s_^-1~10 s_^-1条件下的高温变形行为。研究结果表明合金的流变应力对变形温度和速率都有强敏感性,流变软化过程也随变形参数的改变呈现出不同的模式。通过经典的动力学模型,建立了合金高温变形的本构关系和激活能分布图,进一步基于动态材料模型构建了合金的热加工图并实现了对不同加工区间变形机制的识别。合金在低温区(700 ℃)和高速率区( 1 s_^-1)均展现出失稳变形的特征,包括外部开裂、绝热剪切带、局部流变等机制,在实际加工中应对这些加工区域进行规避。合金在800 ℃及中低速率( 0.1 s_^-1)变形下的主导机制为α相的动态析出,在中高温(900 ℃-1100 ℃)及中低速率变形下的主导机制为动态回复与动态再结晶的结合。此外,合金在高温较低应变速率(1100 ℃/0.01 s_^-1)条件的变形中表现出大范围动态再结晶的行为特点并伴随稳定的流变软化,因此此条件附近的参数区间被认定为该合金的最优加工窗口,应在实际加工中给予优先考虑。     

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。