基于内变量的近β Ti-7Mo-3Al-3Nb-3Cr钛合金热变形本构模型

本文针对近β钛合金提出了一种以位错密度变化率作为内变量的热变形本构模型,该模型同时考虑了溶质元素的固溶强化作用和位错之间的交互作用对流变应力的影响。将该模型应用于一种新型近β钛合金Ti-7Mo-3Al-3Nb-3Cr (Ti-7333),并采用基于目标优化的遗传算法定量确定了Ti-7333合金的本构模型参数。模型计算的结果表明,利用该热变形本构模型计算出的流变应力与实验数据间的平均相对误差为7.2%,采用基于位错密度变化率的近β钛合金本构模型能够有效地表征Ti-7333合金的流变行为。     

基于内变量的近βTi-7Mo-3Al-3Nb-3Cr钛合金热变形本构模型（英文）

针对近β钛合金提出了一种以位错密度变化率作为内变量的热变形本构模型,该模型同时考虑了溶质元素的固溶强化作用和位错之间的交互作用对流变应力的影响。将该模型应用于一种新型近β钛合金Ti-7Mo-3Al-3Nb-3Cr(Ti-7333),并采用基于目标优化的遗传算法定量确定了Ti-7333合金的本构模型参数。模型计算的结果表明,利用该热变形本构模型计算出的流变应力与实验数据间的平均相对误差为7.2%,采用基于位错密度变化率的近β钛合金本构模型能够有效地表征Ti-7333合金的流变行为。     

基于位错演化的TC18钛合金热变形过程中的流变行为分析

通过热模拟压缩试验研究了TC18合金位错密度的变化。根据位错密度变化对再结晶类型的影响,提出判断钛合金高温塑性变形时流变特征的条件,研究了变形温度与应变速率对流变特性的影响。同时建立大变形条件下钛合金稳态流动的一种新的本构关系,并通过TC18钛合金变形量为0.75时的流动应力验证该本构模型。结果表明,判据条件具有较好的适用性,该本构模型预测值与试验结果吻合良好。     

基于内变量的Ti555211合金热变形本构模型

利用Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率在0.001~1 s-1以及变形温度在750~950℃范围内对Ti555211合金进行等温恒应变速率压缩实验。本工作基于位错变化密度的内变量方法建立了Ti555211合金热变形本构模型,通过真应力-真应变曲线分析了变形温度和变形速率对流变应力和微观组织的影响规律。结果表明:所建立的本构模型与实验值的平均相对误差为15.25%,相关系数为0.94277,从而为制定新型Ti555211近β钛合金锻造工艺提供科学的理论依据。     

Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr合金β相区热变形行为及位错密度内变量本构模型

通过热压缩模拟试验机Gleeble3500进行了Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr(Ti-55531)合金在β相区的热模拟压缩试验(变形温度为860、885、910、935℃,应变速率为0.001、0.01、0.1、1 s~(-1)),采用光学显微镜分析了材料的组织演化行为。结果发现,Ti-55531合金变形过程中的动态软化效应以动态回复为主,在低应变速率下,组织呈现再结晶特征。为了通过材料变形机制去描述流动应力行为,考虑加工硬化和动态软化机制对位错密度的影响,建立了Ti-55531合金在β相区的位错密度内变量本构模型。结果表明,该模型能够准确预测Ti-55531合金在β相区的热变形行为。     

Ti-62A合金热变形过程中的流变应力特性及组织演变

通过 Gleeble-3800 热模拟试验机的热压缩实验，研究了 Ti-62A 合金在 800、850、900 和 950℃，应变速率为 0.001、0.01、0.1 和 1s-1 下的热变形行为和动态再结晶（DRX）规律。结果表明：Ti-62A 合金的流变应力受应变速率和变形温度的影响显著；流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而降低；在 900~950℃、应变速率 0.01~1s-1 条件下，Ti-62A 合金的热变形应力-应变曲线属于动态回复型；该合金的热变形机制主要由位错运动控制，其动态软化机制包括晶界滑动和位错对消、攀移机制；Ti-62A 合金在热变形过程中，动态再结晶更有可能发生在较高的温度和较低的应变速率下，即 950℃ 和 0.001s-1；基于经典位错密度理论和 DRX 动力学理论，建立了加工硬化—动态回复和 DRX 软化效应的两阶段本构模型。DEFORM-3D 软件的仿真模拟结果证实，基于 DRX 软化效应的本构模型对 Ti-62A 合金在动态再结晶阶段的热变形行为的预测具有较高的准确性，能够为实际生产工艺的制定提供技术参考。     

Ti-2.7Cu合金热变形行为及本构关系研究

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对Ti-2.7Cu合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在变形温度740～890℃,应变速率0.001～10 s-1范围内的热变形行为,并计算了热变形激活能,构建激活能图。结果表明,合金的流动应力受变形温度和应变速率影响较大,在高温和低应变速率条件下,流变曲线大多呈现稳态流动特征;该合金的热变形激活能高于纯α钛合金和纯β钛合金的自扩散激活能,在此条件下合金的热变形是由高温扩散以外的过程控制;采用多元线性回归建立Ti-2.7Cu合金本构模型,经过误差计算得出,该模型的预测值偏差在10%和15%以内的数据点分别占87.12%和92.42%,相关系数和平均相对误差分别为0.9860和6.81%,具有良好的精度。     

基于经典塑性理论的新型亚稳β钛合金热变形粘塑性统一本构模型

对含动态回复(DRV)、动态再结晶(DRX)的钛合金热变形本构模型进行了研究。其中基于经典塑性理论和内变量粘塑性统一本构理论构建模型的思想,在两者相关点的基础上,结合材料的变形特性,通过对相关表达式的具体推导,构建了相应的本构模型,模型物理意义清晰。最后将模型应用于预测新型亚稳β钛合金Ti2448的热变形流变行为。根据所建模型得到的预测曲线和实验曲线吻合较好,能够有效预测该合金在热变形过程中的流动应力。本研究所建本构模型是有效的,构建方法是合理的,能为构建亚稳β钛合金热变形本构模型提供一种有效的方法。     

粉末冶金TiAl基合金高温变形行为及其本构模型

采用Gleeble-3800热模拟机研究粉末冶金Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B(摩尔分数,%)合金在变形温度为1 100～1 250 ℃、应变速率为10-3～100 s-1和变形率为50%条件下的高温变形行为.结果表明:Ti-47Al-2Cr-2Nb- 0.2W-0.15B合金在高温变形初始阶段,流动应力随应变的增加迅速增加;当应变超过一定值后,流变应力开始下降并逐渐趋于稳定,出现稳态流动特征;随着形变温度的升高和应变速率的增加,合金高温变形时的峰值应力和稳态应力显著降低.利用热模拟压缩实验数据,基于Arrhenius 方程和Zener-Hollomon参数,运用多元回归分析方法建立Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金在高温变形过程中的流变应力本构模型.应用DEFORMTM 3D软件验证该流变应力本构模型的有效性,结果表明所得高温流变应力本构模型能够较好地预测Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W- 0.15B合金的高温变形行为.     

Ti-575钛合金热变形行为及微观组织演变

本文以Ti-575钛合金为研究对象，分别对魏氏组织和双态组织Ti-575钛合金进行热模拟压缩实验，分析不同热变形条件下的真应力-应变曲线，构建了其在α+β相区的热变形本构方程，并分别探究了变形温度和应变速率对微观组织的影响。结果表明，流变应力值随着变形温度的升高而降低，随着应变速率的升高而升高；当应变速率为0.1 s-1及以上时，随着变形温度的升高流变曲线出现了不连续屈服现象。根据两种组织Ti-575钛合金流变曲线的峰值应力，分别计算出其在α+β相区的变形激活能，构建Arrhenius型热变形本构方程。在不同的热变形条件下，随着变形温度的升高，魏氏组织Ti-575钛合金动态再结晶的程度越来越大，而双态组织Ti-575钛合金等轴αp相体积分数和尺寸逐渐降低；随着应变速率的降低，魏氏组织Ti-575钛合金动态再结晶的程度逐渐增大，而双态组织Ti-575钛合金等轴αp相体积分数先减少后增加；双态组织Ti-575钛合金在830℃或1 s-1应变速率下热压缩时，显微组织中残留少量的粗片层α相没有发生相变，βt基体中会有硅化物析出。     

Ti55531合金热压缩模拟研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上,当应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为700~900℃时,采用高温压缩试验对Ti-55531钛合金热压缩变形中流变应力行为进行研究。研究结果表明,两相区变形时,曲线呈动态再结晶型,单相区变形时,曲线呈动态回复型。流变应力随着变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大。采用双曲正弦模型确定该合金的变形激活能,两相区变形激活能为407.75 k J·mol-1,单相区变形的形变激活能为157.97 k J·mol-1,建立了两相区和单相区变形的本构方程。误差分析表明,流动应力计算值与试验值之间的相对误差小于10%,所建立的本构关系能比较精确地描述Ti-55531钛合金热加工过程中的流动行为。     

Ti-10.2Mo-4.9Zr-5.5Sn合金热变形行为及本构关系研究

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对Ti-10.2Mo-4.9Zr-5.5Sn合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究其在变形温度为670~820℃,应变速率为0.001~10s~(-1)范围内的热变形行为,并计算了热变形激活能。结果表明,合金的流动应力对变形温度和应变速率较为敏感,变形温度升高和应变速率减小都会使流动应力降低。该合金的热变形激活能高于纯α钛和和纯β钛合金的自扩散激活能;采用多元线性回归方法建立Ti-10.2Mo-4.9Zr-5.5Sn合金的本构模型,经过误差计算,得出该模型的相关系数和平均相对误差分别为0.987 5和4.99%,精度较高。     

基于模糊理论的Ti-22Al-25Nb合金高温本构关系模型

运用Gleeble1500热模拟实验机对Ti-22Al-25Nb钛合金试样进行热模拟压缩试验,针对该合金高温变形过程时复杂的流变行为,以实验所得数据(变形温度940～1030℃,应变速率0.001～10s-1)为基础,从模糊集理论的本质特征出发,提出了一种基于模糊动态线性原理的本构模型,并与实验结果进行了对比。结果表明:基于模糊集理论建立的Ti-22Al-25Nb合金的高温本构关系模型是切实可行的,拟合程度较高,弥补了传统回归模型不能反映变形全过程的局限性,是一种有广泛应用前景的表征工程材料本构关系的便捷有效的方法。     

Ti-1023钛合金热塑性变形行为及加工图

利用Gleeble3800热模拟试验机,在温度1123~1423 K和应变速率0.01~10 s-1的变形条件下对Ti-1023钛合金进行了等温压缩试验,并绘制了其流变应力曲线。基于热压缩数据,建立了该合金的Arrhenius双曲正弦型本构方程。根据动态材料模型理论,建立了合金在不同真应变下的热加工图。结果表明该合金的失稳区主要集中在高应变速率的区域内。最终通过Prasad判据确定了Ti-1023合金热变形时的失稳区和安全区。     

高强渗碳钢高温热变形的本构方程

采用Gleeble-3800热模拟试验机,在温度为1173~1473 K,应变速率为0.01~10 s-1的变形条件下,对一种航空用高强度渗碳钢-9310钢进行热压缩实验,基于真应力-应变曲线,研究了两种高温变形流变应力的本构方程模型-位错模型和Sellars模型在该钢上的应用,根据动态再结晶是否发生,建立了不同热变形阶段下9310钢的流变应力本构方程。研究表明,在ε0.1条件下的动态软化和稳态流变阶段中,基于位错密度和动态软化机制的位错模型方程,精度误差在15%以下,但该方程参数多,计算量大,而基于Sellars模型的本构方程,在低温热变形(T1273 K)及大应变(ε0.5)条件下的精度误差更小,且方程相对简单,便于应用。在高强渗碳9310钢的热加工生产中,建议采用Sellars模型作为大应变条件下流变应力的预报方程,精度误差控制在10%以下;为了提高方程精度,Sellars模型下由于动态再结晶软化引起的应力降低值Δσ中,相关参数的取值还有进一步修正的可能。     

β-T51Z合金的热变形行为与组织演变研究

针对亚稳β-T51Z(51.1Zr-40.2Ti-4.5Al-4.2V)合金,采用Gleeble-3500试验机进行热模拟实验,利用EBSD和TEM分析了变形温度和应变速率对合金热变形行为的影响及其组织演变规律。结果表明:T51Z合金在热变形时,其流变应力曲线呈现典型的单峰动态再结晶特征,其应力增幅随着变形温度的降低或应变速率的增加逐渐增加。基于峰值应力建立了合金热变形本构方程,计算得出热变形激活能为159.57kJ/mol,该合金在热压缩过程中的变形机制主要与位错的交滑移有关。变形温度和应变速率对合金形变组织影响较大,整个热变形过程都存在动态回复,随着变形温度的升高或应变速率的降低,合金动态再结晶分数逐渐增大。在800℃/10 s~(-1)变形条件下,合金容易形成绝热剪切带,宏/微观变形不均匀现象严重。     

Ti-48Al-2Nb-2Cr合金热变形行为及本构关系研究

采用Gleeble-1500热力模拟机对铸态Ti-48Al-2Nb-2Cr合金进行高温变形热压缩试验,变形温度范围为1050~1200℃,应变速率范围为0.001~0.1s^-1,压缩变形量为60%。研究该合金高温变形温度和应变速率与流变应力之间的关系,计算了合金激活能,并建立了Ti-48Al-2Nb-2Cr合金的Arrhenius本构模型和多元线性回归的本构模型。结果表明,该合金的激活能随温度升高和应变速率增大而增大;Arrhenius本构模型的相关系数为0.98228,平均相对误差为9.97%,相对误差在10%以内的点只占62.0%;而采用多元线性回归本构模型的相关系数为0.99566,平均相对误差为4.76%,相对误差在10%以内的点占92.6%,本构精度较高。     

应用智能方法建立Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金的本构关系(英文)

利用Thermecmastor-Z热模拟机进行Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金在不同工艺参数(变形温度800,850,900,1000,1050°C,应变速率0.01,0.1,1,10s-1)条件下的热模拟压缩试验,研究变形温度和应变速率对Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金流变应力的影响。以试验数据为基础,应用BP神经网络算法原理,建立该合金的高温流动应力与变形温度、应变和应变速率对应关系的高温本构关系预测模型。结果表明,运用神经网络方法建立的Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金本构关系模型具有较高的预测精度,与试验结果吻合良好。此外,运用Visual Basic可视化编程语言设计并开发了具有神经网络功能的用户界面。     

基于BP网络Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金等温压缩流变应力预测

通过对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金820~970℃,0.001~1 s~(-1)条件下的热模拟压缩试验,得到不同变形条件下的高温变形真应力-真应变曲线。基于此实验数据建立了该合金BP-ANN本构预测模型和传统的回归模型。结果表明:2个模型的最大相对误差分别为4.35%和13.9%,平均绝对误差AARE分别为1.42%和6.53%,说明BP-ANN模型具有较优异的预测能力,此模型可作为Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金高温变形本构模型。     

新型Ti-V-Mo系钛合金热变形行为及热加工图研究

通过高温热压缩试验研究Ti-555钛合金热变形过程中变形温度、应变速率对流变应力的影响,采用Arrhenius双曲正弦函数模型推导出Ti-555本构方程,并依据动态材料模型建立了ε=0.6时的热加工图。结果表明,Ti-555钛合金流变应力对应变速率和变形温度较为敏感,热变形时随变形温度的升高或应变速率的降低,流变应力下降。根据热加工图确定了2个热加工安全区参数为:(1)变形温度为850～950℃、应变速率为0.6～10 s-1;(2)变形温度为950～1150℃、应变速率为0.36～0.9 s-1。