40Mn钢热变形行为及加工图研究

为研究40Mn钢的热变形行为和动态再结晶特征,在Gleeble-1500D热模拟机上对40Mn钢进行了等温压缩实验,建立了高温流变应力模型和加工图,并采用光学显微镜观察压缩后试样的显微组织。结果表明:40Mn钢高温流变应力可采用包含动态再结晶特征的双曲正弦模型来描述。实验条件下获得的热变形平均变形激活能为300. 48 k J·mol~(-1)。40Mn钢具有动态再结晶软化特征,不同应变下加工图有明显区别。将其加工图分为加工硬化-动态回复阶段和动态再结晶阶段。在加工硬化-动态回复阶段,存在两个加工失稳区,分别位于900℃-1 s~(-1)和1200℃-1 s~(-1)附近,机理分别为绝热剪切带和晶界开裂;在动态再结晶阶段,存在一个加工失稳区,位于低温高应变速率区域,机理为绝热剪切带,存在一个最佳加工区域为温度1050～1150℃,应变速率0. 003～0. 01 s~(-1),其为动态再结晶区域。在850℃-1 s~(-1)条件下,金相图中观察到"项链"组织,验证了加工图的可靠性,可为热加工性能评估和锻造工艺研究提供指导。     

车身用6022铝合金热加工图及组织演变

利用Gleeble-3500热模拟试验机测定了6022铝合金的应力应变行为,基于动态材料模型,构建了热加工图。观察了不同变形条件下的金相组织。实验结果表明:当形变量为60%时,6022铝合金热加工图中存在局部较高的功率耗散区(加工温度为440~550℃、应变速率为0.01~1 s~(-1)时),达30%以上,为实验材料的最佳热加工区,在该区域热变形后,材料晶粒细小;热加工图中存在3个失稳区,加工温度为300~390℃,应变速率为0.01~0.02 s~(-1);加工温度为300~340℃,应变速率为0.4~10 s~(-1);加工温度为470~500℃,应变速率为0.6~10 s~(-1)。实际热加工过程中应避开此区域,防止材料内部微观缺陷的产生。     

含铜3.6%抗菌奥氏体不锈钢的热变形行为研究

采用热压缩试验研究了含铜3.6%抗菌奥氏体不锈钢的热变形行为,分析了真应变0.69,温度900～1150℃,应变速率0.01～20 s~(-1)时钢的真应力-应变曲线。通过动力学计算了热变形激活能。依据动态材料模型构建了热加工图,并利用显微镜观察了不同变形下的微观组织。结果表明,计算的热变形激活能Q为376.017 kJ/mol。不同应变下失稳区在热加工图的位置不断变化。在低温、低应变速率区和中温高应变速率下,组织易出现局部流动失稳现象。峰值耗散因子在(1075～1150)℃/0.01 s~(-1)区域内,组织发生动态再结晶,为较优的热加工范围。     

25Cr3Mo3NiNbZr热变形行为研究

在Gleeble-3500热力模拟试验机上对25Cr3Mo3NiNbZr进行热压缩试验,研究其在温度800～1250℃和应变速率为0. 01 s~(-1)～20 s~(-1)条件下的热变形行为。结果表明:流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率提高而增大。根据材料动态模型,计算并分析了合金的热加工图,利用热加工图确定了热变形的流变失稳区,合金在热加工温度为1050～1150℃,应变速率为0. 01 s~(-1)时可加工性最优。     

特大型支承辊用Cr4合金钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-1500热模拟实验机在温度为700~1200℃,应变速率为0.002~5 s~(-1)、最大变形量为55%条件下对特大型支承辊Cr4合金钢进行热压缩试验,研究了该合金的热变形行为及热加工特征,建立了Cr4合金钢在试验条件下的热加工图。结果表明:在其他变形参数恒定时,Cr4合金钢的热变形真应力随应变速率的升高而逐渐变大,随变形温度的提高而急剧降低;在变形温度为750~900℃,应变速率为0.002~0.01 s~(-1),变形温度为750~800℃,应变速率为0.049~2.718 s~(-1)和变形温度为800~1050℃、应变速率为0.1~4.482 s~(-1)的3个区域内易产生流变失稳现象;动态再结晶是触发材料流变软化及稳态流变的主要原因,Cr4合金钢的安全热加工区域的变形温度在950~1150℃之间、应变速率在0.018~0.223 s~(-1)之间。     

基于热加工图的双相不锈钢热成形机制及工艺优化

采用Gleelbe-3500热力模拟试验机对2507双相不锈钢在900～1 150℃,以0.01～10 s^-1的应变速率进行了单向热压缩试验,以研究热变形参数对其热加工行为的影响。根据热压缩变形时的真应力-真应变曲线获得双相不锈钢基于动态材料模型理论的热加工图,并通过金相检验对热加工图进行验证。结果表明：2507双相不锈钢的真应力-真应变曲线有两个特征,即高温或应变速率较大时的动态回复和低温或应变速率较小时的动态再结晶。根据热变形方程计算得到该双相不锈钢的热变形激活能Q为473.01 kJ/mol,并构建了峰值应力本构方程。结合不同变形条件下的应力-应变曲线和显微组织,建立了2507双相不锈钢的热加工图,并确定了其最佳的热加工工艺区间为变形温度950～1 100℃,应变速率0.01～0.85 s^-1,该区域的功率耗散系数均大于0.3,发生了明显的奥氏体动态再结晶。     

12Cr-ODS铁素体钢的热塑性变形行为和热加工图

利用Gleeble-1500热模拟机,通过高温压缩试验研究了12Cr-ODS铁素体钢在温度1070～1150℃和应变速率0.002～0.2 s~(-1)的热变形行为。结果表明:12Cr-ODS铁素体钢的真应力-真应变曲线呈现典型的动态回复特征,其流动应力可以用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数来描述,平均激活能Q=384.487 kJ/mol。基于动态材料模型构造出了钢的热加工图,利用加工图结合高温变形组织确定了钢的最佳热加工区域:变形温度为1070～1135℃,应变速率为0.002～0.02 s~(-1)。     

超高强度钢AF1410的高温变形本构方程及热加工图

在Gleeble-3800热模拟试验机上对AF1410钢进行了热压缩试验,研究了该材料在变形温度850~1150℃、应变速率0.001~1 s~(-1)、真应变量0.9下的热变形行为。采用双曲正弦函数建立了AF1410钢含应变量的热变形本构方程,根据动态材料模型建立并分析了热加工图,同时分析了其热变形显微组织。研究表明:在热变形过程中,AF1410钢试样发生了不同程度的动态再结晶,随着温度的升高,发生动态再结晶的驱动力逐渐降低。材料热变形参数与应变量可以用高次函数表示,而且具有很好的相关性。从热加工图中获得该材料最佳热加工参数是:变形温度1050~1150℃、应变速率0.007~0.36 s~(-1)。     

铸态Cr5钢热变形行为及热加工图的研究

以支承辊常用材料铸态Cr5钢为研究对象，在单道次热压缩试验的基础上，对其在不同试验参数下的热变形行为及热加工图进行分析研究。试验中，变形温度为850～1220℃,变形速率为0.01～1 s^-1,真应变为0.7。利用试验数据绘制了铸态Cr5钢的真应力-真应变曲线，得出影响流变应力的因素。并通过拟合曲线计算了各待定材料系数，给出了铸态Cr5钢的流动应力方程。最后，基于真应力-真应变曲线，绘制了0.1～0.6应变范围内的热加工图。结果表明：提高变形温度以及减小应变速率可以降低Cr5钢的流变应力，有助于动态再结晶的发生；而随着应变的增加，失稳区域与功率耗散因子变大。Cr5钢高温下最适宜的加工参数区间为：变形温度为1000～1200℃,应变速率为0.03～0.37 s^-1。     

基于热加工图的20CrMnTiH钢热成形性能及斜齿轮热成形模拟

针对齿轮材料20Cr Mn Ti H钢的热加工工艺优化的需求,建立了其基于动态材料模型(DMM)的不同应变下的热加工图,揭示了应变对其加工性能的影响规律,得到了成形过程中的安全区和失稳区,并获得了该材料最佳热加工工艺窗口。结合有限元组织模拟和微观组织观察分析,验证了热加工图的可靠性和其热变形组织模拟的准确性。基于DEFORM-3D建立了斜齿轮变形-传热-微观组织演化耦合的有限元模型,结合热加工图所获得的优化变形温度和变形速率区间,模拟分析了斜齿轮热精密成形微观变形规律。     

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金双态组织的热加工行为

在Gleeble-1500D热模拟实验机上对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金双态组织进行热模拟实验,变形温度为850～1050℃,应变速率为0.010～1.000 s~(-1),变形量为60%;根据不同条件下的应力峰值计算得其热变形激活能Q为786.609 kJ·m~(-1),并构建本构方程,最后在动态模型的基础上建立热加工图;利用金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)观察其显微组织。实验结果表明,材料在热加工过程中会出现2个失稳区:变形温度为860～920℃、应变速率为0.075～0.330 s~(-1)和变形温度为940～1030℃、应变速率为0.010～0.058 s~(-1);1个加工稳定区:变形温度为920～1000℃、应变速率为0.048～0.280 s~(-1)。变形温度为900℃、应变速率为0.10 s~(-1)时,合金变形容易发生失稳;变形温度为1000℃、应变速率为0.050 s~(-1)时,合金会出现绝热剪切带,从而导致材料在使用过程中失效;变形温度为950℃、应变速率为0.100 s~(-1)时,合金的塑性和强度适中,疲劳强度和韧性提高,具有良好的综合力学性能。     

2050 Al-Li合金的流变曲线修正及加工图（英文）

采用热压缩实验研究2050 Al-Li合金在变形温度为340~500°C、应变速率为0.001~10 s~(-1)范围内的热变形行为。分析摩擦及温度变化对流变应力的影响,并对流变曲线进行修正处理;基于动态材料模型及修正后的真应力数据,获得真应变为0.5条件下合金的加工图;利用金相显微镜对压缩试样显微组织变化进行观察。结果表明,在热变形过程中材料的摩擦及温度变化对流变应力有显著影响;合金合适加工区域位于变形温度为370~430°C、应变速率为0.01~0.001 s~(-1)区域,以及变形温度为440~500°C、应变速率为0.3~0.01 s~(-1)区域内;失稳区位于高应变速率下(3~10 s~(-1))所有温度范围内;动态回复和动态再结晶是2050 Al-Li合金在稳定加工区域内主要变形机理,而在失稳区合金变形机理主要表现为流变集中。     

35%SiCp/Al复合材料的热加工图及变形组织

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对35%SiCp/Al复合材料进行压缩试验,研究其在温度为350～500℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)条件下的高温塑性变形行为。由试验得出的变形过程中的应力-应变曲线,建立了功率耗散效率图和热加工图,确定了热加工的稳定区和失稳区,观察分析了加工图中不同区域的显微组织。结果表明:35%SiCp/Al复合材料的流变应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加,应力-应变曲线变化主要以动态再结晶为特征。最适合热变形加工的条件是变形温度为370～420℃、应变速率为0.15～1 s~(-1)的区域,加工安全区微观组织明显改善,并出现再结晶晶粒。     

高铁刹车盘用CrMoV钢的热变形行为

采用Gleeble 3800热模拟试验机,对高铁刹车盘用CrMoV钢在应变速率0.01～1 s~(-1)和变形温度850～1150℃下进行热压缩变形试验;分析了其流变曲线;并基于流变数据建立了其热变形方程和热加工图;用光学显微镜观察了其不同条件下的显微组织。结果表明,在高温、低应变速率条件下CrMoV钢为动态再结晶型,如1150℃、0.01 s~(-1),在低温、高应变速率条件下CrMoV钢为动态回复型,如950℃、1 s~(-1);CrMoV钢的热变形激活能为406.7781 kJ/mol;建议最佳的工艺参数范围为变形温度1080～1140℃,应变速率0.01～0.1 s~(-1)。     

31％B4Cp/6061Al复合材料的热变形及加工图的研究

采用Gleeble-3800热模拟试验机对粉末冶金法制备的31%B_4Cp/6061Al(体积分数)复合材料进行热压缩行为研究,实验温度和应变速率分别为375～525℃和0.001～10 s~(-1)。基于改进的动态材料模型(MDMM)建立了功率耗散率图和热加工图,确定了热加工的稳定区和失稳区,分析了热压缩过程中的微观组织变化。结果表明,31%B_4Cp/6061Al复合材料的变形温度和应变速率对流变应力的影响十分显著,流变应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加。确定了31%B_4Cp/6061Al复合材料的最优热加工参数所对应的变形温度和应变速率分别为480～525℃和0.01～0.04 s~(-1)。加工失稳区主要集中在低温高应变速率区域,并且该区域随应变的增大而增大。热压过程中应变、温度和应变速率对显微组织的变化都有显著影响,应变越大,则晶粒变形越严重,随着变形温度的升高或应变速率的降低,基体内动态再结晶晶粒尺寸明显增大。     

新型二次硬化超高强度钢的高温塑性及热加工图

利用Gleeble-3800热模拟试验机研究了一种新型二次硬化超高强度钢M54在850~1 200℃、应变速率为10-2~10s-1条件下的热压缩变形行为,测得了钢的高温流变曲线,并观察变形后的显微组织。实验结果表明,该钢种的流变应力和峰值应变随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小,在真应变为0.9,应变速率为10-2~10s-1的条件下,随着变形速率的提高,其发生完全动态再结晶的温度也随之提高。通过计算可知该钢的热变形激活能为489.712kJ·mol~(-1),并建立了试验钢的热变形方程,并绘制了其热加工图,结合高温变形后的显微组织和热加工图,确定了最优热变形工艺参数为变形温度范围1 050~1 100℃,应变速率为0.1~1s~(-1)。     

低碳钢20CrNi2Mo的高温热变形行为及热加工图

以20CrNi2Mo低碳钢为研究对象,采用DIL805A/T热模拟试验机在变形温度为900~1050℃、应变速率为0.001~1s~(-1)条件下进行等温单道次轴向热压缩试验,建立了20CrNi2Mo钢高温压缩的最大变形抗力本构方程和热加工图,并观察了热变形组织。结果表明:真应变值为0.1~0.5的热加工图中均存在两个功率耗散峰区,且随着应变量的增加峰区I逐渐向变形温度较高的区域移动,峰区II向应变速率增大的区域移动。热加工图中失稳区域随着应变量的增加先逐渐减小后又逐渐增大,在ε=0.4时,失稳区域最小,此应变量下20CrNi2Mo钢较优的热加工工艺区间为:变形温度940~960℃、应变速率0.001 s~(-1)或温度1025~1050℃、应变速率0.01~0.06 s~(-1)。     

中锰钢热变形行为及热加工图研究

在MMS-300热力模拟试验机上进行了单道次压缩实验,研究了一种超低碳中锰钢热变形行为及热加工图特点。结合金相组织分析了各加工失效区域主要失稳特性及失稳原因。结果表明:基于动态材料模型理论的热加工图及其失稳判据在实验中锰钢中有良好的适用性。根据材料功率耗散系数及流变失稳判据确定的最佳加工工艺参数域为1050~1150℃和应变速率0.01~0.1 s~(-1)。在该区域内,实验钢发生完全动态再结晶,钢的功率耗散系数在30%~44%。     

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金片层组织热加工行为

利用Gleeble-1500热模拟试验机对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金片层组织进行热压缩实验,实验温度为850～1050℃,应变速率为0. 01～1 s~(-1),变形量为60%。实验结果表明,热加工温度一定时,流变应力随变形量和应变速率的增加而急剧增加直至达到峰值,然后下降,最后趋于平缓,这是由加工硬化和动态再结晶所致。应变速率恒定时,随着变形温度的上升,流变应力随之降低。绘制应力-应变曲线,计算其热变形激活能Q为748. 845 k J·mol~(-1),构建本构方程,并在动态材料模型的基础上建立了热加工图。并通过加工图确定3个失稳区,变形温度为980～1030℃、应变速率为0. 3～1 s~(-1)时合金发生剪切,形成绝热剪切带。结合加工图,确定了适合的加工区域,即加工温度为970～1010℃,应变速率为0. 03～0. 07 s~(-1)。     

15-5PH不锈钢的热变形行为及热加工图

在Gleeble-3800热模拟试验机上对15-5PH钢进行高温热压缩试验,研究该材料在变形温度850~1180℃、应变速率0.001~10 s~(-1)、真应变量约为0.9条件下的热变形行为。采用双曲正弦模型建立了该材料的高温变形本构关系,依据动态材料模型建立并分析了其热加工图。结果表明:在热压缩过程中,峰值应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的升高而增大,当变形速率较低时,材料在变形温度范围内均发生了动态再结晶。15-5PH钢的热变形激活能为228.41 k J/mol。从热加工图中获得了该材料最佳热加工参数范围是:变形温度1000~1150℃、应变速率0.001~0.1 s~(-1)。