Ti-4Al-1.5Mn合金高温应力松弛本构模型及应用验证（英文）

研究了Ti-4Al-1.5Mn合金在500~700℃的应力松弛特性,首先在蠕变试验机上开展了该合金500、600和700℃条件下的松弛试验,基于松弛数据分别建了双曲正弦和时间硬化两类本构模型,并对模型的预测精度进行了预测。随后把2类本构模型应用于ABAQUS软件对板材V形弯曲过程进行了仿真分析。结果表明,应力松弛的影响因素主要有温度和时间,松弛过程可以分为2个阶段,第1阶段应力快速下降,第2阶段缓慢下降并逐渐稳定于松弛极限。双曲正弦和时间硬化模型均可以对松弛过程进行较准确地预测,V形弯曲后回弹结果表明双曲正弦比时间硬化模型具有更高的预测精度。研究结果对利用应力松弛进行精确成形的工艺设计具有指导意义。     

Ti60合金的流动应力行为及本构关系

采用Thermecmaster-Z型热加工模拟试验机对Ti60合金试样进行等温恒应变速率压缩实验,研究合金在700～950℃温度范围,0. 001～10 s~(-1)应变速率范围的流动应力行为,并分别基于双曲正弦函数型Arrhenius方程和逐步回归法建立该合金的本构关系。结果表明,Ti60合金流动应力随应变速率增加和变形温度下降而增大,且因变形参数不同,流动应力呈现流动稳态型和流动软化型两种特征。基于双曲正弦函数型Arrhenius方程所建立的本构关系计算精度较低;基于逐步回归法和全实验温度段(700～950℃)所建立的本构关系具有较高的计算精度;而基于逐步回归法和温度分段(700～800℃和800～950℃)所建立的本构关系具有更高的计算精度。     

热压缩过程中Mg-Nd-Zn-Zr合金流变应力的预测(英文)

采用Gleeble-3500热模拟试验机对Mg-3.0Nd-0.2Zn-0.4Zr(质量百分数,NZ30K)合金进行等温热压缩试验,变形温度范围为350～500℃,应变速率范围为0.001～1s-1。为消除变形热的影响,对高应变速率条件下的流变应力进行修正。利用修正后的流变应力数据,建立双曲正弦本构方程。双曲正弦本构方程中的常数可表达为应变的函数。利用建立的本构方程所预测的流变应力与实验结果吻合得较好,说明该本构方程可以用来预测NZ30K合金在热变形过程中的流变应力。     

2A97铝锂合金蠕变本构模型的建立

对2A97新型铝锂合金在温度180℃不同应力水平条件下进行多组蠕变试验,通过数值拟合,建立了经典蠕变本构模型与基于双曲正弦函数的等温蠕变本构模型。结果表明,采用基于双曲正弦函数的等温蠕变本构模型得到的拟合曲线与试验值吻合较好,能准确描述蠕变时效成形过程。     

Ti6Al4V合金的高温短时蠕变本构关系与应力松弛行为

对Ti6Al4V合金在不同温度(650、700和750℃)、初始应力(100和150 MPa)和预应变(3.97%和15.87%)条件下进行多组应力松弛试验;研究Ti6Al4V合金高温下的应力松弛行为以及影响因素。利用应力松弛的试验数据推导出高温短时蠕变应变速率与应力的关系,对蠕变应变速率-应力曲线进行拟合,得到Ti6Al4V合金的高温短时蠕变本构方程。将高温短时蠕变本构关系代入有限元软件ABAQUS中对Ti6Al4V合金的应力松弛行为进行模拟。结果表明:Ti6Al4V合金的应力松弛可以分为两个阶段:第一个阶段应力松弛速率很快,剩余应力急剧降低,该过程时间为应力松弛的前250 s;第二个阶段应力松弛较为缓慢,经过2000 s后剩余应力趋向于某一极限值,即应力松弛极限。温度对Ti6Al4V合金应力松弛的影响显著,应力松弛随温度的升高而加快,且温度越高,应力松弛极限越小。初始应力和预应变越大,应力松弛极限越大,但是两者对应力松弛行为的影响不大。模拟结果与试验测得的应力松弛曲线具有很高的吻合度,验证了高温短时蠕变本构关系的可靠性。     

基于时效校形的TB5合金蠕变本构模型建立

对TB5钛合金进行在室温下V形弯曲回弹试验表明,该合金冷成形时回弹量很大。基于该合金成形后需要进行时效热处理,可采用时效校形方法提高成形精度。为描述TB5钛合金在时效校形过程中的变形行为,进行了不同应力条件下的蠕变试验,结果表明,时间硬化蠕变本构模型能较好地描述TB5钛合金在蠕变试验条件范围内的蠕变变形行为。采用非线性最小二乘法对试验数据进行拟合,得到了该时效温度下的蠕变本构方程中的材料参数。     

镍基变形高温合金动态软化行为与组织演变规律研究

采用Gleeble3500D热模拟试验机研究了GH4720Li合金的高温热变形行为,分析了不同热压缩工艺条件下流变力学曲线特征,建立了表征材料流变力学特征的包含应变参量的双曲正弦型Arrhenius本构关系模型以及BP人工神经网络模型,并通过对材料热变形组织的表征,揭示了GH4720Li合金高温变形过程中的动态再结晶形核机制。结果表明,包含应变参量的双曲正弦型Arrhenius本构关系模型预测精度较差,而BP人工神经网络模型能很好地表征GH4720Li合金热变形过程中的流变力学行为,模型预测值与实验值的平均相对误差仅为0.814%。组织分析结果表明,GH4720Li合金在1140℃条件下动态再结晶的主要形核机制为非连续动态再结晶,变形晶粒的晶界为再结晶晶粒提供形核位置。     

Ti-6Al-4V热变形行为及利用多项耦合进行本构关系修正

采用热模拟试验机对钛合金Ti-6Al-4V进行高温压缩试验,研究其在850~1100 ℃温度下,0.001~0.1 s?1应变速率的流动应力行为。结果表明:钛合金Ti-6Al-4V具有应变速率、温度敏感性;随着温度的升高和应变速率的减小,流动应力逐渐降低,加工硬化速率与动态软化速率达到动态平衡。通过分析工艺参数对材料参数的影响,发现合金的材料参数(N、A、Q)随变形条件的变化而变化。在传统双曲正弦函数型Arrhenius方程的基础上提出一种考虑应变速率、温度和应变耦合修正的双曲正弦本构方程,并用相关系数R和平均相对误差(AARE)来评价所建立的本构模型的准确性,定量分析结果表明,修正的本构方程能够较准确地预测钛合金Ti-6Al-4V的流动应力。     

2219铝合金高温塑性变形应变补偿的本构模型

利用Gleeble-3500热压缩试验机,在不同的应变速率(0.01～01 s~(-1))和温度(350～500℃)获得了2219铝合金的真应力-真应变曲线,研究了2219铝合金的高温流动特性。然后,考虑到应变的影响,建立了应变补偿的双曲正弦本构模型。结果表明:2219铝合金流动应力随着变形温度降低和应变速率升高而增加。建立的应变补偿的双曲正弦模型能够很好地预测2219铝合金在高温变形过程中的流动行为。     

Ti-22Al-26Nb合金热变形本构方程建立及软化行为研究

作为最具潜力的航空航天高温结构材料,Ti2AlNb基合金具有高的比强度和良好的高温蠕变性能。本文对热轧态Ti-22Al-26Nb合金高温变形中的力学行为和再结晶行为进行研究,建立其高温本构关系模型,对其中呈现出的动态再结晶多应力峰值曲线特征（以1000℃,0.1s-1为例）进行拟合分析。结果表明：基于双曲正弦函数建立Ti-22Al-26Nb合金的高温本构关系模型的精度较高,最大误差为2.6%,可以很好地描述合金在高温变形时各热力学参数之间高度非线性的复杂关系,由修正的Avrami方程预测得知再结晶体积分数与应变呈现典型的再结晶动力学增长趋势,揭示了该合金高温变形过程中复杂的软化行为。     

2124铝合金时效成形回弹预测

为预测2124铝合金时效成形的回弹量,对时效成形过程进行了理论分析,提出了通过应力松弛量计算时效成形回弹的方法。进行了单向应力松弛试验,得到2124铝合金应力松弛行为的数学表达式,推导出回弹后零件半径的计算公式,并通过实验证明其有效。运用得到的公式研究了弯曲半径、零件厚度和时效时间对回弹量的影响,得到了相应的变化规律和回弹量的下限值,并且给出时效成形回弹成因的解释,并提出材料的应力松弛极限是时效成形回弹的成因之一。     

An integrated process for modelling of precipitation hardening and springback in creep age-forming

Creep age-forming (CAF) process has been developed and used to manufacture complex-shaped panel components in aerospace applications. CAF is based on the complex combination of stress relaxation, creep and age hardening. The aim of this paper is to introduce an integrated technique to model stress–relaxation, creep deformation, precipitate hardening and springback in a CAF process. Firstly, a new set of physically-based, unified creep-ageing constitutive equations is presented, which is based on the high temperature creep and ageing kinetics, and, is determined for a solution-treated and quenched AA7010. This new material model is then implemented in the commercial FE solver ABAQUS through a user defined subroutine. An integrated FE simulation process is introduced for the simulation of CAF and springback. In addition to the stress relaxation, creep-age precipitate growth and yield stress evolution during CAF are predicted.     

挤压态AZ31镁合金的拉压不对称性及微观组织

在考虑滑移和孪生两大塑性变形机制的基础上,通过修正的粘塑性自洽（VPSC）模型,模拟挤压态AZ31镁合金轴向拉-压过程中的力学行为及微观组织。结合EBSD实验与模拟,分析了不同变形机制对初始挤压态丝织构镁合金产生拉压不对称的机理以及塑性变形过程中的微观组织。结果表明,轴向拉伸变形初期以基面滑移系为主,由于基面滑移的施密特因子较低,导致屈服应力较高;随着应变的增加,棱柱面滑移成为主导变形机制,应变硬化率降低,应力-应变曲线较平稳;轴向压缩变形初期,临界剪切应力较低的拉伸孪晶大量开启导致屈服应力较低;随着拉伸孪晶相对活性的快速降低,应变硬化率迅速提高;轴向压缩后期,随着应力的持续升高,压缩孪晶开始启动,塑性变形积累的应力得到释放,导致应变硬化率降低。另外,从典型晶粒的颜色和孪晶迹线方面解释了沿ED方向压缩时孪晶体积分数较小的原因。     

铸态ER8车轮钢的热变形行为及本构模型研究

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形温度为900~1250℃、应变速率为0.001~1 s^-1的条件下对铸态ER8车轮钢进行热压缩试验,得到真应力-真应变曲线。结果发现:其真应力-真应变曲线符合动态再结晶型软化机制,变形初始阶段,材料发生硬化,真应力快速增加,随着变形的继续,材料发生动态回复,加工硬化速率减缓;在材料变形过程中,材料畸变的应变储存能增加,动态再结晶激活,真应力迅速降低,后硬化及软化达到动态平衡。并分析了变形温度和应变速率对该材料高温下真应力的影响,发现真应力的大小随着变形温度的升高及应变速率的降低而减小。通过对试验数据的归纳整理得出,铸态ER8车轮钢的热变形激活能为258.4 k J·mol^-1。建立了Arrhenius双曲正弦本构方程,用作图法求解加工硬化速率,找出峰值应变及临界应变,基于此建立动态再结晶体积分数模型。其能精准地预测此材料的高温软化行为,为有限元数值模拟提供了理论基础。     

Springback After the Lateral Bending of T-Section Rails of Work-Hardening Materials

This paper studies the springback after the lateral bending of T-section rails, considering the work-hardening materials. A linear-hardening model and an elastic-plastic power-exponent hardening model of the material are adopted and compared with the real experimental stress-strain curve obtained from the uniaxial tension tests. The analytical formulas for the springback and residual curvatures are given. The numerical results indicate that the material hardening directly affects the accuracy of springback prediction compared with the experimental results. Besides, springback prediction is not sensitive to hardening parameters in the beginning of elastic-plastic bending deformation. Although there is an apparent yield stage in the true stress-strain curve, the adopted hardening models can achieve an allowable relative error, if hardening parameters are properly selected.     

基于Yoshida-Uemori硬化模型的高强钢冲压件回弹预测研究

基于LS-DYNA软件对高强钢薄板零件的冲压成形进行仿真分析与回弹预测,研究了不同材料硬化模型对回弹预测精度的影响。在仿真分析中应用各向同性硬化模型和考虑包申格效应的Yoshida-Uemori随动硬化模型,将模拟回弹值同试验回弹量进行比较,验证了Yoshida-Uemori材料模型在高强钢回弹预测中的可靠性,为实际生产中模具设计及修正提供理论指导。     

铍铜带材弯曲应力松弛的力学行为

测定了3种铍铜合金带材经时效处理后的静态及动态弯曲应力松弛特性,并根据应力松弛行为提出了MAXWELL线弹性－粘性体模型,建立了剩余应力与时间及温度参数的关系式,对静态和动态应力松弛特性进行了计算及预测,研究表明,铍铜材（1．7％－2．0％Be)应力松弛曲线可分为2个阶段,在第1阶段,应力松弛速率很高,温度高时,应力松弛更快,在第2阶段,应力松弛比第1阶段慢,但随温度的升高,应力松弛加快,给出了3种铍铜合金静态及动态应力松弛特性的计算式,比较计划结果与实验数据可见,该模型对应力松弛行为的预测有较好的精确度。     

形变强化金属材料表面状态特征的疲劳演变研究进展

概述了形变强化技术对金属材料疲劳性能的增强机理,主要归因于残余压应力、加工硬化、微观组织等表面状态特征的协同作用。重点综述了形变强化处理后金属材料表层的残余应力、加工硬化以及微观组织等表面状态特征在热载荷、机械载荷影响下疲劳演变的研究进展,分别总结了热载荷、机械载荷以及热–机械耦合载荷等作用条件下残余应力松弛行为、加工硬化松弛行为以及微观组织的疲劳演变规律与机理,并就热载荷、机械载荷作用下残余应力松弛行为的理论预测模型进行了归纳总结。在此基础上,讨论了关于残余应力、加工硬化以及微观组织等表面状态特征因素之间内在联系的研究进展,并指出了对于上述三者之间的逻辑关系目前研究存在的不足之处,以及尚待解决的问题。最后分析了当前金属材料表面形变强化研究中存在的一些问题与不足,并对表面形变强化抗疲劳制造技术未来的发展趋势进行了展望。     

Al-Zn-Mg-Cu铝合金变温双级蠕变时效模型

针对Al-Zn-Mg-Cu合金变温双级蠕变时效过程,建立了一种考虑蠕变应变与屈服强度的本构框架,通过实验数据的简单拟合方法获得了模型参数。模型不仅以简单的形式具备了处理蠕变时效过程中的应力松弛、强化响应和温度变化的能力,而且能够应用到有限元软件中模拟构件的蠕变量、屈服强度和回弹。模型结果不仅能够适应不同外加应力下实测的蠕变应变曲线,且有限元模拟结果与实测结果能够很好地吻合。