Custom 450钢异形方管热挤压成形的数值模拟及试验研究

摘要：为了确定Custom 450钢最佳的热变形区间以指导实际热挤压过程的工艺参数设计,采用Gleeble 3800热模拟试验机在真应变为0.2~1.0,应变速率为0.01～10s-1,变形温度为900~1200℃的条件下开展了热压缩试验,确定了该钢发生完全动态再结晶的工艺参数区间;基于热压缩试验结果,采用热力耦合有限元方法对Custom 450钢异形方管在不同挤压工艺参数下的成形过程进行了数值模拟,并依据模拟结果进行实际挤压试验验证,确定了最佳的热挤压工艺。研究结果表明,Custom 450钢异形方管的最佳挤压速度为180mm/s,最佳坯料预热温度为1200℃,依据模拟结果制备的异形方管形状完整,平直度好,具有优良的显微组织与力学性能均匀性。     

Custom 450钢异形方管热挤压成形的数值模拟及试验研究

为了确定Custom 450钢最佳的热变形区间以指导实际热挤压过程的工艺参数设计,采用Gleeble-3800热模拟试验机在真应变为0.2～1.0,应变速率为0.01～10 s~(-1),变形温度为900～1 200℃的条件下开展了热压缩试验,确定了该钢发生完全动态再结晶的工艺参数区间;基于热压缩试验结果,采用热力耦合有限元方法对Custom 450钢异形方管在不同挤压工艺参数下的成形过程进行了数值模拟,并依据模拟结果进行实际挤压试验验证,确定了最佳的热挤压工艺。研究结果表明,Custom 450钢异形方管的最佳挤压速度为180 mm/s,最佳坯料预热温度为1 200℃,依据模拟结果制备的异形方管形状完整,平直度好,具有优良的显微组织与力学性能均匀性。     

Custom 450高强度不锈钢的动态再结晶行为

摘要：为了探究Custom 450钢的动态再结晶行为,采用Gleeble 3800热模拟试验机,在变形温度为1050~1200℃和应变速率为0.01~10s-1的变形条件下开展了单道次等温压缩试验。研究结果显示,在变形温度为1050~1200℃和应变速率为1.0~10s-1的变形范围内,钢虽发生了完全的动态再结晶,但应力应变曲线未表现出明显的应力峰值;钢的动态再结晶的晶粒尺寸随着变形温度的升高和应变速率的降低逐渐增大,当应变速率为001s-1时,动态再结晶晶粒发生长大。采用双曲正弦函数构建了Cutom 450钢的热变形方程,并建立了钢的动态再结晶动力学、临界应变、峰值应变及动态再结晶晶粒尺寸与Zener Holloman参数的定量关系。     

5A01铝合金热变形行为和加工图

在Gleeble-1500热模拟机上,对5A01铝合金进行等温热压缩实验,研究该合金在变形温度为350~450℃、应变速率为0.01~1s-1条件下的热变形行为,建立其热加工图。结果表明:5A01铝合金是温度、正应变速率敏感材料,其流变应力随变形温度降低和应变速率升高而增大,利用峰值应力获得的该合金热加工图表明合金热变形存在两个失稳区域,即变形温度为350~390℃,应变速率为0.01~0.2s-1的区域和变形温度为405~450℃,应变速率为0.2~1s-1的区域;本实验条件下最佳加工参数为变形温度450℃,应变速率0.01s-1。     

时效温度对Custom 465钢力学性能的影响

 研究了经980 ℃固溶处理后再进行200~900 ℃热处理对Custom 465钢力学性能和奥氏体含量的影响。结果表明：为了使Custom 465钢的强韧性配合最佳,应进行适当的过时效处理,即在510~540 ℃温度区间进行时效处理。在450~480 ℃范围时效时,由于强烈的共格应变,导致Custom 465钢的韧塑性急剧下降,因此实际生产中应避免在该温度区间时效。实验结果证明,随时效温度升高,逆转变奥氏体是促使Custom 465钢韧性提高的原因之一。     

纯镍N6平面热压缩变形行为及加工图

利用Gleeble-3800热模拟试验机对纯镍N6在变形温度800~1100℃,应变速率5~40 s-1,应变量70%条件下进行了高温塑性变形压缩试验,分析纯镍N6高温高应变速率热变形行为,得到了材料在不同变形参数条件下的组织变化规律及流变应力变化曲线,利用动态材料模型绘制出了纯镍N6在不同应变条件下的热加工图.通过对组织及热加工图的分析研究,得出变形温度为1000~1100℃,应变速率为5~7 s-1或20~40 s-1以及变形温度为800~900℃,应变速率为5~10 s-1为纯镍N6材料高温高应变速率热变形的两个合理变形参数区间,在参数区间内N6组织均匀;而流变失稳区变形参数条件下得到的组织比较紊乱,晶粒大小不一.纯镍N6热变形后的晶粒尺寸随变形温度升高及应变速率减小而增大.      

电热合金Cr20 Ni80的热变形行为及热加工图

为了解决Cr20Ni80电热合金锻造开裂的问题,在Gleeb-1500D热模拟试验机上对该合金进行热压缩试验,研究变形温度为900~1220℃,应变速率为0.001~10 s-1条件下的热变形行为,并根据动态材料模型建立合金的热加工图.合金的真应力-真应变曲线呈现稳态流变特征,峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;热变形过程中稳态流变应力可用双曲正弦本构方程来描述,其激活能为371.29 k J·mol-1.根据热加工图确定了热变形流变失稳区及热变形过程的最佳工艺参数,其加工温度为1050~1200℃,应变速率为0.03~0.08 s-1.优化的热加工工艺在生产中得到验证.     

不同应变及失稳准则Ti-50.9Ni合金加工图研究

根据动态材料模型绘制并分析了不同应变及失稳准则下Ti-50.9%Ni(原子分数)形状记忆合金的加工图。结果表明,应变量对等轴组织Ti-50.9%Ni形状记忆合金加工图的影响较大,Ti-50.9%Ni形状记忆合金热加工的非稳定流动区域随着应变量的增大逐渐由低温高应变速率区域向高温及低应变速率区域扩展。在温度为700~800℃、应变速率约为0.001~0.010 s-1和温度为800~950℃、应变速率约为0.005~0.030 s-1两个区域中,真应变小于0.6时能量耗散效率值η皆大于40%,是适合Ti-50.9%Ni形状记忆合金进行热加工的区域。基于Prasad失稳准则和Murty失稳准则得到的Ti-50.9%Ni形状记忆合金的能量耗散效率等值线分布及塑性失稳区分布相似,且Prasad失稳准则得到的Ti-50.9%Ni形状记忆合金加工失稳区更大一些,而Malas失稳准则确定的Ti-50.9%Ni形状记忆合金进行热加工时的稳定变形区位于中等温度和中等应变速率区域。     

9Ni马氏体不锈钢的热变形行为及其能量耗散图

为了研究9Ni马氏体不锈钢的热变形行为,对?400 mm大规格9Ni钢锻件取样,使用Gleeble-1500热模拟机,选取工程应变量为60%,变形温度为950~1 200℃,应变速率为0.01~5 s-1,进行热变形试验,绘制了不同变形工艺下的真应力-应变曲线。通过引入Zener-Hollomon参数,构建9Ni钢的本构方程。得出的此本构方程模型,相对误差仅为0.03%~0.42%,具有很好的拟合度。且绘制了不同应变下的9Ni钢能量耗散图,并结合变形后的微观组织确立了9Ni钢大锻件的最佳热加工区间,热加工温度为1 100~1 150℃,应变速率为0.1~0.3 s-1。     

7055铝合金的热变形行为及挤压工艺研究

采用Gleeble热模拟压缩试验研究了7055铝合金的热变形行为和组织演变规律,获得了变形温度和应变速率理论参数,实现了工业生产验证。结果表明:当温度在380～460℃范围内,应变速率在0.001～0.1s-1间时,合金表现为稳态流变;应变速率为1s-1时,合金发生流变硬化;在此变形参数区间的组织演变以动态回复为主。当变形温度为460℃、应变速率为10s-1时,合金发生严重的塑性失稳。基于热模拟试验与组织分析提出了热变形工艺理论参数,并在工厂进行了挤压验证,最终确定了7055合金较佳的挤压温度为420～440℃,挤压速率为0.3～0.7 m/min。     

Prasad与Murthy流变失稳准则下9310钢热加工图的建立与分析

 在Gleeble-3800热模拟试验机上对9310钢进行了900～1 200 ℃温度范围内的高温轴向压缩试验。基于动态材料模型理论(DMM),在Prasad和Murthy 2种流变失稳准则下建立了9310钢的热加工图,并结合变形过程中的显微组织进行了热加工参数优化的分析。结果表明,本试验条件下,9310钢热变形在Prasad和Murthy流变失稳准则下的稳定性函数[ξ(ε·)]均大于0;在变形条件为950～1 050 ℃,0.01～0.1 s-1时具有最佳的热加工性能,此区域内功率耗散率值均大于32%;能量耗散功率恒定时,变形温度对动态再结晶晶粒尺寸起主导作用,变形温度恒定时,高应变速率下的动态再结晶晶粒更加细小均匀。     

热轧低碳钢高温变形行为与显微组织

采用 Gleeble-1500试验机对低碳钢进行热变形试验,获得了真应力-真应变曲线,进而研究了变形温度为900~1200℃,应变速率为0·1~10 s－1对材料热变形行为的影响。通过非线性回归获得了材料在不同变形条件下的材料常数,建立材料的热变形本构方程,进而分析了热变形低碳钢的微观组织演变及极限压缩率的变化规律。结果表明：基于热变形方程真应变为0·5时的热变形激活能Q为216·95 kJ/mol,利用该本构方程计算的峰值应力与试验得到的应力-应变曲线的峰值应力吻合较好;应变速率1 s－1,变形温度1100℃下的显微组织较其他温度相比都要细小、均匀,此时其极限压缩率最大可以达69％,可在此工艺条件下实现较大的塑性变形,且变形后具有较好的综合力学性能。     

20CrMnTiH钢的热变形物理模型及三维加工图

随着精密成形技术的发展,对热锻工艺的要求越来越严格,采用建立材料的物理模型及热加工图这一方法来优化最佳工艺条件,为实现产品的质量精确控制提供了科学保障。通过Gleeble-3800热模拟试验机对20Cr Mn Ti H钢在变形温度为850~1 150℃,应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下进行等温热压缩试验,研究了20Cr Mn Ti H钢的热压缩变形特性,采用Zener-Hollomon参数法建立了20Cr Mn Ti H钢高温塑性变形的物理模型;并以热压缩试验为基础,绘制了20Cr Mn Ti H钢的三维热加工图并进行分析,确定了该钢的最佳热成形工艺参数。通过流变曲线可以看出,20Cr Mn Ti H钢在热成形过程中发生了明显的动态回复与动态再结晶,流变应力随应变速率的增加而增加,随变形温度的升高而降低;由热加工图分析得到了该钢在试验参数范围内较优的热加工工艺参数,加工温度为900~1 025℃,应变速率为0.01~0.2 s~(-1)。     

含4.35%铜抗菌不锈钢的热变形行为

 含铜奥氏体不锈钢具有优异的抗菌性能而广泛应用在食品加工、医疗等领域,然而铜的加入会显著影响不锈钢的加工性能。用Gleeble-3800热模拟试验机对含铜4.35%奥氏体抗菌不锈钢进行了单道次等温热压缩试验,研究了不锈钢在变形温度为900~1 150 ℃、应变速率为0.01~10 s-1和变形量为50%下的高温变形行为,构建了反映其材料特性的本构方程,使用金相显微镜观察了热变形后的微观组织,分析了各变形工艺下的微观组织演化规律,为含铜不锈钢的加工成型工艺及组织优化提供了理论参考。结果表明,4.35%Cu-304L钢的流动应力对变形工艺是敏感的,应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小。采用得到的应力应变曲线建立了一种基于Arrhenius的5阶多项式拟合的应变补偿本构模型,根据此模型计算了相关系数R和平均相对误差AARE分别为0.972和9.03%,这表明所构建模型可以准确地反映含铜不锈钢的流动行为。结合微观组织发现较高的温度和较快的应变速率有利于再结晶的发生,由于0.01 s-1低应变速率提供的变形能低,在变形温度为1 100 ℃、应变速率为0.01 s-1时仍存在初始变形晶粒;在变形温度为900 ℃、应变速率为10 s-1下的晶粒畸变严重,且存在明显的由位错塞积形成的变形带,该变形条件下易导致裂纹的发生;在变形温度为1 150 ℃、应变速率为1和10 s-1下晶粒细化且均为等轴晶,这表明发生了完全再结晶。因此,针对4.35%铜不锈钢应考虑以变形温度为1 150 ℃、应变速率为1和10 s-1作为其热加工范围。     

6069铝合金的热变形行为和加工图

采用Gleeble-1500热模拟实验机在温度为300～450℃,应变速率为0.01～10 s?1条件下对6069铝合金进行热压缩实验,研究该合金的热变形行为及热加工特征,建立热变形本构方程和加工图。结果表明,6069铝合金热变形过程中的流变行为可用双曲正弦模型来描述,在实验条件下的平均变形激活能为289.36 kJ/mol。真应变为0.7的加工图表明合金在高温变形时存在2个安全加工区域,即变形温度为300～350℃、应变速率为1～10 s?1的区域和变形温度为380～450℃、应变速率为0.01～0.3 s?1的区域。适合加工的条件是变形温度为350℃,应变速率0.01 s?1。     

新型奥氏体耐热不锈钢C-HRA-5的热变形行为

为了获得C-HRA-5钢轧制生产的最佳工艺参数,采用Gleeble-3800热力模拟试验机对C-HRA-5钢进行了双道次热压缩实验.实验在变形温度范围为900～1100℃,应变速率范围为0.01～1 s-1,道次间隙时间分别为1、5、15、30s的条件下获得C-HRA-5钢的真应力-应变曲线.采用0.2％补偿法计算得到...     

Hot Deformation Behaviors of S31042 Austenitic Heat-Resistant Steel

 The hot deformation behavior of S31042 austenitic heat-resistant steel was investigated over the temperature range of 900-1200 ℃ and strain rate range of 001-10 s-1 using hot compression tests and the corresponding flow curves were obtained. The hot deformation activation energy of the test steel is 625 kJ/mol. The hot deformation equation and the relationship between the peak stresses, deformation temperature and strain rate were set up. The Zener-Hollomon parameter under various conditions was determined. The relation between the Zener-Hollomon parameter and the microstructure evolution of test steel was discussed. With the decrease of Zener-Hollomon parameter, the microstructure of test steel transforms from deformation instability to dynamic recovery, partial dynamic recrystallization, full dynamic recrystallization with equiaxial structure, and finally to full dynamic recrystallization with mixed crystal structure. The deformation condition can be adjusted easily by utilizing the Zener-Hollomon parameter to obtain equiaxial microstructure.     

T91钢的高温塑性变形及动态再结晶行为

采用Gleeble-1500热模拟试验机进行了T91钢的压缩试验,研究了变形温度为1100~1250℃、应变速率为0.01~1 s-1时该钢的变形行为,分析了流变应力与应变速率和变形温度之间的关系,计算了高温变形时应力指数和变形激活能,并采用Zener-Hollomon参数法构建该钢高温塑性变形的本构关系,绘制了动态再结晶图和热加工图.结果表明:在试验变形条件范围内,其真应力-真应变曲线呈双峰特征;钢中发生了明显的动态再结晶,且再结晶类型属于连续动态再结晶.T91钢的热变形激活能为484 kJ.mol-1,利用加工图确定了热变形的流变失稳区,结合力学性能,可以优先选择的变形温度为1200~1 250℃,应变速率不高于0.1 s-1.