基于神经网络的BT20钛合金本构关系模型

在Thermecmastor-Z型热模拟试验机上对BT20钛合金进行了变形温度800～1 100℃及应变速率0.001～70 s-1的热模拟压缩实验。以实验数据为基础,运用BP神经网络算法原理,建立了BT20钛合金在高温变形条件下的应力与应变、应变速率和变形温度关系的预测模型,并对模型的泛化能力进行了误差评价。结果表明:通过BP神经网络建立的合金本构关系模型具有较高的预测精度,预测结果的相对误差均在3%以内,能很好地满足实际应用的需求。此外,该模型能够客观、真实地描述BT20钛合金的高温动态变形行为,为材料高温本构关系模型的建立提供了快捷、有效的工具。     

基于BP神经网络的Ti-26钛合金本构模型

利用Gleeble-1500热模拟实验机,进行了Ti-26合金等温恒应变速率压缩试验,获得了不同温度(700~940℃)、应变速率(0.01~10 s-1)、真应变下的流变应力数据。基于实验数据,根据BP人工神经网络原理算法,建立了Ti-26钛合金高温塑性变形时流变应力的预测模型,训练结束后的神经网络即成为Ti-26钛合金的一个知识基的本构关系模型。预测结果表明,该神经网络本构关系模型具有很高的精度,可用于指导Ti-26钛合金热加工工艺的制定及热成形过程的有限元模拟。     

常见的钛合金热变形本构模型分析及未来发展

概括总结了钛合金热变形本构模型的三种建立途径,分别介绍了并联概率模型、多项式模型、Arrhenius方程、动态回复与动态再结晶本构模型、Johnson-Cook模型、Zerrilli-Armstrong模型、人工神经网络模型等钛合金本构模型的建立方法、优缺点以及应用现状。结合材料的微观组织结构与宏观变形行为建立本构模型,统一本构模型建立方法及模型形式,依据具体实验条件修正本构模型,建立精确高效的计算系统将成为钛合金本构模型发展的主要方向。     

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。     

TC4钛合金基于Voce方程的稳定流变本构模型研究

提出了一种包含流变软化的本构的构建方法。通过采用圆柱体试样的热压缩模拟试验,在塑性应变速率为0.1 s-1和20 s-1之间时,观察到TC4钛合金在750～950℃范围内均存在流变应力随着塑性应变降低的流变软化现象。采用双Voce方程对试验数据拟合得到了大塑性变形条件下的稳定流变应力。采用LevenbergMarquardt非线性拟合算法得到了TC4钛合金包含流变软化的本构方程。并且发现Levenberg-Marquardt非线性拟合算法求得的本构方程参数比线性拟合误差更小。结果表明文中提出的流变应力计算方法规避了变形不稳定区域对特征变形抗力判断的干扰,得到了符合指数函数的材料高温稳定流变本构模型,在新型金属材料热加工工艺开发中具有较强的应用价值。     

TC4钛合金三种动态本构模型的对比分析

为研究风扇/压气机叶片在外来物体冲击载荷下的动态响应,需要建立叶片材料的动态本构模型。风扇/压气机叶片广泛采用TC4钛合金制造,研究建立TC4钛合金的动态本构模型具有重要的工程意义。南京航空航天大学胡绪腾等人基于TC4钛合金的应变率和温度相关单轴应力-应变曲线试验数据,优     

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钛合金在温度分别为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。     

一种新型亚稳β钛合金的热变形本构模型

基于新型亚稳β钛合金Ti2448在温度范围为1023～1123 K,应变速率范围为63.000～0.001 s-1的等温热压缩流动应力曲线特征,采用经典的应力-位错密度关系式和动态再结晶动力学模型构建了完整描述亚稳β钛合金热变形流动应力与应变、应变速率和变形温度关系的本构模型.位错密度变化方程和Avrami方程被用来分别描述合金在高(≥1s-1)低(＜1 s-1)应变速率下呈现的动态回复(DRV)和动态再结晶(DRX)两种不同的变形机制.最终通过应用全局优化求解非线性方程的新方法确定本构模型中的相关参数.根据本文所建模型得到的预测曲线和实验曲线吻合较好,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方法.     

TC4盒形钣金零件气压成形工艺的研究

采用普通工业TC4板料,在MTS高温拉伸试验系统上进行了不同变形条件的恒速拉伸试验,研究材料的高温变形行为.分析了5类通用高温本构关系对该材料真实应力应变曲线的拟合情况.最终,采用经典的Kumar模型建立了TC4的高温本构关系.利用MARC分析TC4机身盒形零件的气压成形过程,依据正交试验原理确定FEA仿真方案,并对成形模具进行了设计.以壁厚标准差为评价指标,采用极差分析法确定各因素对指标的影响程度和最佳工艺参数,并通过气压成形试验获得满足质量要求的零件.     

国内TC18钛合金本构关系研究进展

TC18钛合金具有高韧性,高强度,优良的塑性、淬透性等特点,在航空航天领域被广泛用做各种高承力构件,因此对其力学性能进行研究十分必要。本构关系是表征材料力学性能的最基本方法之一,为此,对TC18钛合金在准静态下的本构关系研究方法进行了综述,主要是通过热压缩实验(包括有限元仿真模拟)和应力松弛实验得到合金的力学性能数据并建立相应的准静态本构关系,并对各种研究方法的特点进行了比较分析。此外,参照具有相同结构类型的合金在动态下的本构关系研究方法,对TC18钛合金动态力学性能和本构关系研究的方向进行了展望。     

High temperature deformation behavior and processing map of hot isostatically pressed Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.2B alloy using gas atomization powders

The hot compressive deformation behavior of hot isostatically pressed Ti-47.5Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.2B al-loy using gas atomization powders was systematically investigated and the processing map was obtained in the temperature range of 1323-1473 K and strain rate range of 0.001-0.5 s-1 .The calculated activa-tion energy in the above variational ranges of temperature and strain rate possesses a low activation energy value of approximately 365.6 kJ/mol based on the constitutive relationship models developed with the Ar-rhenius-type constitutive model respectively considering the strain rate and deformation temperature.The hot working flow behavior during the deformation process was analyzed combined with the microstructural evolution.Meanwhile, the processing maps during the deformation process were established based on the dynamic material model and Prasad instability criterion under different deformation conditions.Finally, the optimal hot processing window of this alloy corresponding to the wide temperature range of 1353-1453 K and the low strain rate of 0.001-0.1 s-1 was obtained.     

00Cr26Mo4超级铁素体不锈钢的热变形行

在Gleeble-3500热模拟试验机上进行高温压缩实验,研究00Cr26Mo4超级铁素体不锈钢在变形温度为1050～1250℃、应变速率为0.01～10 S^-1条件下的热变形行为。采用幂函数、指数函数和双曲正弦模型模拟该材料的热变形参数,建立了相应的热变形本构方程。结果表明,在热压缩过程中,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的升高而增加,流变应力并未出现明显峰值,材料的软化机制仅有动态回复。探究了幂函数、指数函数和双曲线函数3种模型与00Cr26Mo4钢本构关系的相关性。结果表明,双曲正弦函数模型更符合00Cr26Mo4超级铁素体不锈钢热加工流变应力应变曲线变化规律,并基于双曲正弦函数模型建立了00Cr26Mo4钢的本构方程,计算了热变形激活能238.836 kJ/mol。     

耦合位错密度的6111铝合金热变形本构模型

利用Gleeble-1500热模拟试验机对6111铝合金进行高温拉伸试验,研究了其在变形温度为350、450和550℃以及应变速率为0.1、1和10 s-1时的热变形行为.6111铝合金的流变应力随温度升高而减小,随应变速率增大而增大,其热变形从应变硬化阶段过渡到稳态变形阶段.建立了综合考虑应变、温度和应变速率对流变应力的影响以及耦合位错密度的统一黏塑性本构模型,并通过遗传优化算法求解出本构模型中的材料常数.模型计算得到的真应力-真应变曲线与试验数据吻合较好.      

Constitutive Model for F45V Microalloyed Forging Steel at High Temperature

Isothermal hot compression experiments of F45V,a microalloyed steel,were performed on a Gleeble-1500 thermo-mechanical simulator at temperatures of 950-1 200℃ and strain rate of 0.01-10s-1.Based on the experimental flow stress curves,a constitutive model that was expressed by the hyperbolic laws in an Arrhenius-type equation was established,and the material parameters of the model were expressed as 6th order polynomial form of strain.Standard statistical parameters such as correlation coefficient and average absolute relative error were employed to quantify the predictability of the model.They were found to be 0.995 and 4.34% respectively.The results show that the established constitutive model can predict the magnitude and tendency of flow stress with the increase of deformation accurately,and can be used for the numerical simulation of hot forging process of the F45V steel.     

Ni60Ti40形状记忆合金的热变形行为

为获得Ni₆₀Ti₄₀形状记忆合金热变形的最佳工艺参数,利用等温恒速率热压缩试验研究了在温度为800~1 000 ℃、应变速率为0.005~5.000 s-1条件下Ni₆₀Ti₄₀合金的热变形行为,通过探究不同变形温度和应变速率对Ni₆₀Ti₄₀合金流变行为的影响创建本构关系,并以动态材料模型为基础构建热加工图。结果表明,Ni₆₀Ti₄₀合金的流变应力随变形温度的升高而减小、随应变速率的升高而增大。温度为900~1 000 ℃、应变速率为0.005~0.500 s-1时,流变应力较快达到稳态,且所需的变形量较少。采用Arrhenius双曲正弦模型构建的Ni₆₀Ti₄₀合金热变形的流变应力本构关系模型可基本准确地预测实际流变应力随工艺参数的变化趋势,计算得到Ni₆₀Ti₄₀合金的平均热变形激活能为213 kJ/mol。Ni₆₀Ti₄₀合金的热变形有3个稳定变形区和1个失稳区,适宜变形的区域为800~870 ℃/0.005~0.080 s-1、870~950 ℃/0.080~0.500 s-1和950~1 000 ℃/0.050~5.000 s-1;不适合进行热加工的区域为800~850 ℃/0.220~5.000 s-1。     

Ni60Ti40形状记忆合金的热变形行为

为获得Ni₆₀Ti₄₀形状记忆合金热变形的最佳工艺参数,利用等温恒速率热压缩试验研究了在温度为800~1 000 ℃、应变速率为0.005~5.000 s-1条件下Ni₆₀Ti₄₀合金的热变形行为,通过探究不同变形温度和应变速率对Ni₆₀Ti₄₀合金流变行为的影响创建本构关系,并以动态材料模型为基础构建热加工图。结果表明,Ni₆₀Ti₄₀合金的流变应力随变形温度的升高而减小、随应变速率的升高而增大。温度为900~1 000 ℃、应变速率为0.005~0.500 s-1时,流变应力较快达到稳态,且所需的变形量较少。采用Arrhenius双曲正弦模型构建的Ni₆₀Ti₄₀合金热变形的流变应力本构关系模型可基本准确地预测实际流变应力随工艺参数的变化趋势,计算得到Ni₆₀Ti₄₀合金的平均热变形激活能为213 kJ/mol。Ni₆₀Ti₄₀合金的热变形有3个稳定变形区和1个失稳区,适宜变形的区域为800~870 ℃/0.005~0.080 s-1、870~950 ℃/0.080~0.500 s-1和950~1 000 ℃/0.050~5.000 s-1;不适合进行热加工的区域为800~850 ℃/0.220~5.000 s-1。     

55SiMnMo贝氏体钢高温流变应力本构方程

 采用Gleeble-3500热模拟试验机对55SiMnMo贝氏体钢进行了热压缩试验,得到了其在变形温度为950~1150℃和应变速率为0.01~10s-1条件下的高温流变应力行为。试验结果表明,峰值应力随变形温度的降低和应变率的提高而增大;当应变速率为0.01和0.1s-1,变形温度t ≥1000℃时,发生动态再结晶。基于试验结果,充分考虑了热变形工艺参数（应变、应变速率和变形温度）对流变应力的影响,建立了一种考虑应变速率补偿的高温流变应力本构方程。通过对该本构方程预测得到的流变应力值和试验值对比,验证了模型的准确性。     

Modeling of De-cohesion and the Initiation of Hot Tearing in Coherent Mushy Zones of Metallic Alloys

The initiation of a hot tear in the coherent mushy zone of metallic alloys is associated commonly with the opening up of the solid skeleton caused by thermally induced deformation. A previously established constitutive model for the continuum modeling of coherent mushy zones has been further developed in the current study to address the opening up, or decohesion, of the solid skeleton associated with volumetric tensile deformation. Whereas the original model accounts for the cohesion of the solid skeleton caused by the deformation by means of an internal variable, an additional internal variable accommodating the decohesion has been introduced in the new model. The modeled decohesion is interpreted as the initiation of a hot tear.     

医用镍钛合金的制备与热压缩变形行为

采用真空感应熔炼法制备了医用Ti-50. 7%Ni合金(原子数分数), 测试了铸态合金的成分、相变点、微观组织和硬度, 并采用Gleeble-3800热模拟实验机在变形温度750~950℃、应变速率0. 001~1 s-1, 应变量为0. 5的条件下对Ni-Ti合金进行高温压缩变形, 分析其流动应力变化规律, 建立了高温塑性变形本构关系和热加工图.结果表明: 当变形温度减小或应变速率增大时, Ni-Ti合金的流动应力会随之增大.应变速率为1 s-1时, 合金的真应力-真应变曲线呈现出锯齿状特征.根据热加工图, 获得了Ni-Ti合金的加工安全区和流变失稳区, 进而确定其合理的热变形温度范围为820~880℃, 真应变速率低于0. 1 s-1.从而为制定镍钛合金的锻造工艺参数提供理论和数据基础.      

TA17钛合金热变形行为及加工图

为探索TA17钛合金热变形行为和变形特性,采用Gleeble-3800热模拟机开展温度为700~1 100℃、应变速率为0.1~40 s~(-1)、变形程度为60%的热压缩试验。基于Arrhenius模型构建TA17钛合金的本构方程,基于动态材料模型构建TA17钛合金的热加工图(ε=0.6),并结合显微组织分析对热加工图进行验证。结果表明:热加工图预测结果与组织分析相符,当温度低于750℃或者应变速率大于10 s~(-1)的区域为TA17钛合金的加工失稳区域,失稳区以外是安全加工区域,热加工性能最佳的区域是800℃、0.1 s~(-1)。