一种新型第四代粉末高温合金热变形行为及其本构方程北大核心

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了热等静压态新型第四代粉末高温合金的热变形行为,变形温度1060~1140℃,应变速率0.001~1 s-1,真应变量0.69。结果表明,热等静压态合金热模拟压缩实验的高温流变曲线呈动态再结晶特征。基于双曲正弦函数型Arrhenius方程和实验数据,采用峰值应力以及应变修正两种方式构建了合金的高温流变本构方程。后者由于包含了应变量的影响,预测的合金热变形流变应力值与实际测试结果比较吻合,平均相对误差绝对值为7.87538%,能更好的反映合金在热变形过程中的流变行为,为合金热加工工艺的设计优化提供参考依据。     

基于摩擦修正的TB6合金流变应力行为研究及本构模型建立

TB6合金是一种高强高韧近β钛合金。采用Gleeble-3500热模拟试验机对铸态TB6钛合金进行了等温热压缩变形试验,变形温度范围为700~900℃,应变速率范围为0.001~1.000 s-1,研究了铸态TB6合金热变形流变应力行为,分析了热压缩后的金相显微组织,基于摩擦修正后的流变应力曲线采用双曲正弦形式的修正Arrhenius关系对TB6钛合金的本构模型进行回归。结果表明:铸态TB6合金的热变形行为对变形温度和应变速率较为敏感,随着变形温度的降低和应变速率的增加流变应力显著增大;其热变形机制以动态回复和动态再结晶为主;得到铸态TB6钛合金热变形本构方程,比较回归模型计算的应力值与实测值其平均相对误差仅为1.48%,因此采用Z参数的双曲正弦函数形式能够较为精确地预测铸态TB6合金高温变形时的流变应力。以上研究为TB6钛合金塑性加工过程的模拟和控制提供了理论基础。     

GH690合金热变形流变行为的研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机进行高温等温压缩实验,研究了GH690合金在变形温度为950～1250℃、应变速率为0.001～10s<'-1>条件下的热变形行为,采用金相显微镜对GH690合金热模拟试样的纵截面变形组织进行观察.结果表明:应变速率和变形温度对合金的流变应力与变形组织有显著影响.流变应力随变形温度的升高而降低,随着应变速率的增加而升高,说明该合金属于正应变速率敏感的材料;动态再结晶晶粒尺寸随应变速率的增加而减小,随变形温度的增大而增大.采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数能较好地描述GH690合金高温变形时的流变行为,得到峰值应力表达式,GH690合金的热变形激活能Q为370.4 kJ·mol<'-1>.     

变形态2219铝合金高温塑性变形的本构模型

采用Gleeble-3500型热压缩试验机研究了变形态2219铝合金在应变速率为0.25～0.8 s-1、变形温度为420～500℃时的流变应力行为,建立了变形态2219铝合金高温塑性变形时的基于应变补偿的双曲正弦本构方程。结果表明:变形态2219铝合金的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大。基于应变补偿的本构模型能更好地预测变形态2219铝合金的高温流变行为,实验值与预测值的平均相对误差为4.56%。     

Monel K-500合金高温流变特性及其本构方程

采用Gleeble 3800热模拟实验机研究了Monel K-500合金在变形温度为850~1 100℃,应变速率为0.01~10s-1时的高温流变行为,测定了合金在不同条件下的流变应力曲线。结果表明,最大压缩变形量对合金的流变行为影响不大;变形温度相同时,合金在应变速率为0.1s-1时取得最大峰值应变;根据Arrhenius模型得到了合金的热变形本构方程。     

5A30铝合金板高温拉伸本构关系研究

采用拉伸试样在Gleeble-1500材料热模拟试验机上对5A30铝合金进行高温拉伸实验,研究了该合金在变形温度为300～500℃,应变速率在0.01～10 s-1的高温流变变形行为。结果表明:变形温度和应变速率对该合金流变应力的大小有显著影响。流变应力随变形温度的升高而降低,随着应变速率的增加而升高。5A30铝合金的高温流变行为可用Zener-Hollomon参数描述,从流变应力、应变速率和变形温度的相关性,得出了该铝合金板材高温变形的材料常数和本构方程。计算出5A30铝合金板的变形激活能为Q=201.1 kJ.mol-1,材料常数为A=7.44×1013 s-1,n=4.3135,α=0.02 mm2.N-1;计算得到了5A30铝合金Arrhenius方程;利用双曲正弦模型,得到高温拉伸峰值应力和Z参数的解析式。     

7085铝合金的高温压缩流变应力及软化行为

对均匀化炉冷态7085铝合金进行高温压缩实验,研究该合金在变形温度为350~450℃、变形速率为0.001~0.1 s 1和应变量为0~0.6条件下的流变应力及软化行为。结果表明:流变应力在变形初期随着应变的增加而迅速增大,出现峰值后逐渐软化进入稳态流变;随着变形温度的升高和应变速率的降低,峰值流变应力降低。采用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系描述合金的流变行为。分析和建立了应变量与本构方程参数(激活能、应力指数和结构因子)的关系,研究发现本构方程参数随应变量的增加而减少。合金的流变行为差异与动态回复再结晶和第二相粒子相关。     

TiNiNb合金热变形流变行为的研究

采用Gleeble-1500热模拟试验机对TiNiNb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800～1050 ℃, 应变速率为0.01～10 s~(-1)条件下的变形行为及流变应力的变化规律. 结果表明, 流变应力受变形温度和应变速率显著影响, 流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低. 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, 建立了相应的热变形本构关系.     

Hastelloy C-276镍基合金的热压缩变形行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Hastelloy C-276镍基合金在0.01～10 s-1、1000～1250℃、应变量0.7条件下的高温恒温压缩变形行为,对热压缩后的组织进行了金相显微分析。结果表明:C-276合金热变形流变应力随着应变速率的增大和变形温度的降低而增大。热变形过程中发生了动态再结晶,当温度T≥1200℃时,发生了完全动态再结晶,T<1200℃时,发生部分动态再结晶。热变形流变应力可用Zener-Hollomon参数来描述,根据修正后的流变应力曲线建立了Hastelloy C-276合金峰值应力下的高温变形本构方程,热变形材料常数为:激活能Q=446.51 kJ·mol-1,α=0.0037346,n=4.42851,A=1.11×1016。     

TiNiFe形状记忆合金热变形行为的研究

针对TiNiFe形状记忆合金,在Gleeble-3500热模拟试验机上对其进行了高温压缩实验,研究了TiNiFe合金在温度为750～1050℃、应变速率为0.01～10.00 s-1条件下的热变形行为。结果表明,流变应力受到变形温度和应变速率的显著影响,在相同变形温度条件下,流变应力随应变速率的提高而增大;在相同应变速率条件下,流变应力随变形温度的升高而降低。并采用双曲正弦模型确定了该合金的应力指数n和变形激活能Q,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够很好的反映TiNiFe合金的实际热变形行为特征。     

47Zr-45Ti-5Al-3V合金高温流变行为及本构模型研究

采用Gleeble 3500热模拟试验机研究了47Zr-45Ti-5Al-3V合金在变形温度为650～850℃和应变速率为1×10-3～1×100s-1的热变形行为。结果表明变形温度和应变速率对47Zr-45Ti-5Al-3V合金的热变形行为有显著影响。在低温和高应变率下,在变形初期阶段合金的流变曲线表现出一个显著的应力降现象,应力降幅值随变形温度的增加和应变速率的降低而降低,合金仅发生动态回复。在高温和低应变率下,真应力-应变曲线表现出典型的动态再结晶特征,流变应力随应变的增加先增加到一个峰值,随后随着应变的增加逐渐降低到一个稳态值。峰值应力随变形温度的降低和应变速率的增加而增大。Arrhenius-type本构方程在不同应变下的材料常数(α,Q,n和ln A)已经算出。热变形激活能Q随应变的增加先增加然后降低,而n随应变的增加逐渐降低到一个恒定值。通过应变补偿的Arrhenius-type本构方程对合金热变形过程中的流变应力进行预测,表明预测的流变应力值与实验数据吻合较好。     

超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的热变形行为

采用圆柱试样在Gleeble-1500热模拟机上进行恒温和恒速压缩变形实验，变形温度范围为350～450℃，应变速率范围为0．001～0．1s^-1。研究了。7055铝合金在高温塑性变形过程中流变应力的变化规律，确定了合金的变形激活能Q和应力指数n。结果表明，流变应力随变形温度的升高而降低，随应变速率的提高而增大。可用应力-应变速率方程来描述7055铝合金高温压缩变形时的热变形行为。这种合金在350～450℃温度范围内的热变形组织为发生了动态回复并伴随有少量再结晶的组织。     

基于摩擦修正的TB8合金热压缩流变应力行为分析

采用Gieeble-1500热模拟试验机对TB8(Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si)合金进行了等温热压缩变形试验,温度范围为750-1100℃,应变速率范围为0.01～1s-1.在热压缩过程中由于摩擦影响导致流变应力不能真实反映材料的高温变形行为.采取一种简便的方法对实验数据进行了摩擦修正,研究了TBS合金热变形流变应力行为,并对合金的变形机制进行了初步探讨.结果表明:热压缩过程中摩擦对于流动应力的影响十分显著,采取的修正方法降低了实验中摩擦引起的误差;TB8合金的热变形行为具有高度的变形温度和应变速率敏感性,随着变形温度的提高和应变速率的降低,真应力显著降低;动态回复和动态再结晶是TB8高温变形时主要软化机制.     

Al-4．8Cu-0．5Mg-0．3Ag-0．15Zr合金的热变形研究

采用Gleeble-1500热模拟机进行恒温和恒速压缩变形实验,变形温度范围为400～460 ℃,应变速率为0.001～0.1 s-1.研究了Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金在高温塑性变形过程中流变应力的变化规律,确定了合金的变形激活能Q和应力指数n.结果表明:流变速率和变形温度对合金流变应力的大小有显著影响,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大.可用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数描述该合金高温塑性变形时的流变行为.     

TA15钛合金高温塑性变形流变应力行为研究

通过热/力模拟实验对TA15钛合金高温塑性变形流变应力进行了研究.实验结果表明:应变速率和变形温度的变化显著影响合金流变应力的大小,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大.根据实验数据,计算了合金的高温塑性本构方程常数,并采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数形式描述了合金的流变应力行为.     

耐热合金热压缩修正后本构方程及热加工图

通过热模拟压缩实验研究了耐热合金CN617在变形温度为950~1 150℃、应变速率为0.01~10s-1条件下的热变形行为,修正了实验中由于摩擦和变形热效应引起的流变应力误差,并采用修正后的流变应力值,通过回归分析建立了CN617合金的热变形本构方程并绘制了热加工图。计算得出锻态耐热合金CN617热变形的热激活能平均为550kJ/mol。利用热加工图确定了CN617合金热变形时流变失稳区,分析得到了CN617合金流变失稳的原因是极少动态再结晶发生以及局部绝热变形带的形成。     

ODS-310合金的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-1500D热模拟试验机研究机械合金化制备的ODS-310合金在变形温度为1 050~1 150℃、应变速率为0.001~1 s-1条件下的高温变形行为,测定其真应力-应变曲线,分析其流变应力与应变速率及变形温度三者之间的关系,并采用Zener-Hollomon参数法建立ODS-310合金的高温变形本构方程,基于动态材料模型,构造ODS-310合金的热加工图。结果表明:ODS-310合金的流变应力随变形温度降低或应变速率提高而增大;该合金热变形过程中的流变行为可用双曲线正弦模型来描述,在实验条件下的平均变形激活能为828.384 kJ/mol;真应变为0.4的热加工图表明,ODS-310合金在高温变形时存在2个加工失稳区,即变形温度为1 050~1 070℃、变形速率为0.01~1s-1的区域,和变形温度为1 130~1 150℃、变形速率为0.1~1 s-1的区域;ODS-310合金的最佳变形温度和应变速率分别为1 150℃和0.001 s-1。     

TB2钛合金热压缩变形流变应力

在Gleeble-1500D热/力模拟试验机上,采用高温等温压缩试验,对TB2钛合金在高温压缩变形中流变应力行为进行了研究;应变速率为0.01-10 s^-1,变形温度为600-1200℃。结果表明：应变速率和变形温度的变化显著地影响合金流变应力的大小,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大;可用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数形式来描述合金的流变应力行为。     

Cu-Cr-Zr合金热变形行为

在Gleeble-1500D热模拟试验机上,采用高温等温压缩试验,在变形温度650~850℃、应变速率0.001~10 s~(-1)和总压缩应变量50%的条件下,对Cu-Cr-Zr合金的流变应力行为进行研究.通过应力-应变曲线和显微组织图分析了合金在不同应变速率、不同应变温度下的变化规律.结果表明:应变速率和变形温度对合金再结晶影响较大,变形温度越高,合金越容易发生动态再结晶;应变速率越小,合金也同样容易发生动态再结晶,并且对应的峰值应力也越小.从流变应力、应变速率和温度的相关性,得出了该合金热压缩变形时的热变形激活能Q和流变应力方程.研究分析Cu-Cr-Zr合金的热加工性能,可为生产实践提供理论指导与借鉴.     

TiAl合金高温流变行为及流动应力模型

为了研究TiAl合金的热变形行为,掌握其热加工特性,采用Gleeble-1500试验机对TiAl合金在温度为1 050～1 200℃、应变速率为0. 001～1 s-1条件下的高温变形行为进行了研究,获得了上述变形条件范围内的流变行为数据,建立了适于TiAl合金的本构方程。结果表明:TiAl合金的流变行为对变形速率和温度敏感,在热压缩过程中TiAl合金的流动应力呈现出加工硬化和流变软化的特征。通过电子背散射衍射(EBSD)观测发现,软化机制主要是先在晶界位置发生动态再结晶,然后再结晶向晶内扩展。通过计算,TiAl合金的变形激活能为360 k J/mol。采用最小二乘法得出了TiAl合金的流动应力模型,基于此模型绘制的流变曲线与实验值吻合较好,误差小于±5%,能够对TiAl合金高温流变行为进行较为准确的预测。