新型超高强度热冲压用钢的热变形行为及本构关系

利用Gleeble-1500D热模拟机对新型超高强度热冲压用钢22MnB5Nb进行等温单向拉伸实验,研究了其在变形温度为650~950℃,应变速率为0.1,1.0,10s~(-1)下的热变形行为,并采用3种本构分析方法,即基于传统拟合回归方法的Arrhenius型、考虑材料常数应变补偿的Arrhenius型和本工作新提出的基于Quasi-Newton BFGS算法的Arrhenius型本构方程来描述22MnB5Nb钢的热变形行为。结果表明:22MnB5Nb钢表现出典型的加工硬化和动态回复软化行为,变形温度与应变速率均对其流变应力有较大影响;3种方程均可以准确预测实验钢的峰值流变应力,其中,Quasi-Newton BFGS算法具有可一次性求解所有材料参数、求解步骤简单和预测精度最高(R=0.99578,Re=11.03MPa,E=2.48%)的特点,考虑材料常数应变补偿的Arrhenius型本构方程预测精度相对较低,但能直接预测不同变形条件下的流变应力曲线且可以较好地预测变形过程中的加工硬化效应、动态回复软化效应和应变速率强化效应。     

基于应变补偿和PSO-BP神经网络Ti-2.7Cu合金本构关系

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0.001～10s~(-1)范围内的热变形行为;并在Arrhenius型双曲正弦函数方程基础上引入应变量构建了基于应变补偿的本构模型,同时构建了基于PSO-BP神经网络的本构关系模型。结果表明:合金的流变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变应力降低;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。经过误差计算得出,基于应变补偿的本构模型,预测值偏差在15%以内的数据点占85.28%;采用PSO-BP神经网络建立的本构模型,预测值偏差在15%以内的数据点占96.67%,PSO-BP神经网络模型具有更高的精度,能准确预测Ti-2.7Cu合金的高温流变应力。     

Zirlo锆合金高温变形行为及本构关系EI北大核心CSCD

采用Gleeble-3800型热模拟试验机,对Zirlo合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在变形温度550~700℃,应变速率0.01~10 s^(-1)范围内的热变形行为;并在Arrhenius型双曲正弦函数方程基础上引入应变量,构建了基于应变补偿的Arrhenius本构模型,同时构建了基于位错密度演化加工硬化模型和基于唯象型的软化模型的分段唯象型本构模型。结果表明:Zirlo合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的提高而升高,低应变速率下流变应力呈现更高的温度敏感性,流变应力曲线在不同变形条件下分别呈现加工硬化、动态回复、动态再结晶特征。经过误差分析可知,基于应变补偿的Arrhenius本构模型大部分预测值的误差均在15%以内,具有较高的准确性,而分段唯象型本构模型相对平均绝对误差最大值不超过3%,具有97%以上的准确率,可以很好地预测合金的应力-应变曲线,具有良好的拓展性,并且可初步判断曲线类型,具有良好的实用性。     

高强汽车中锰钢的热压缩变形行为研究

目的 为第三代汽车中锰钢工业化生产的加工工艺制定提供参考。方法 采用Gleeble-3800型热力模拟试验机对汽车用中锰钢进行了变形温度900～1 150℃、应变速率0.1～20 s^-1的热压缩变形处理(变形量为50%),基于不同热压缩变形条件下的应力应变数据建立中锰钢的流变应力本构方程,并对本构方程进行应变补偿,验证考虑应变补偿的流变应力本构方程预测值与试验结果的一致性。结果 应变速率不变时,中锰钢的峰值应力随着变形温度的升高逐渐减小;变形温度不变时,中锰钢的峰值应力随着应变速率的增大整体逐渐增大。在变形温度900～1 150℃、应变速率0.1～20 s^-1的条件下,汽车用中锰钢考虑应变补偿的流变应力的散点预测值与实测值吻合较好;进行应变补偿处理后,汽车用中锰钢流变应力本构方程的相关系数为0.986,绝对平均误差3.36%,相较于未考虑应变补偿的流变应力本构方程,考虑应变补偿后相关系数变大,绝对平均误差变小。结论 考虑应变补偿的流变应力本构方程可以对汽车用中锰钢热压缩变形过程中的流变行为进行准确预测。     

20CrMnTi钢热压缩实验研究

使用Gleeble-1500D热模拟试验机对20CrMnTi钢进行等温压缩实验,选择应变速率为0.01、0.1、1和5 s-1,变形温度为900℃、950℃、1 000℃、1 050℃和1 100℃;通过金相观察,分析了变形参数对流变应力的影响;采用Arrhenius型模型建立流变应力本构方程。结果表明,20CrMnTi钢动态再结晶的显微组织受变形条件影响显著;流变应力随变形温度升高而减小,随应变速率的提高而增大;用Arrhenius型方程描述20CrMnTi钢热变形行为时,其变形激活能Q为327.874 9 k J/mol。     

A100超高强度钢的流变应力曲线修正与唯象本构关系

在Gleeble-3500型热模拟试验机上对A100超高强度钢进行热压缩实验,获得了在变形温度为850~1200℃,应变速率为0.001~10s -1 以及变形程度为60%条件下的流变应力曲线,分析热压缩过程中摩擦和温升效应对流变应力的影响,修正了流变应力曲线;并在Arrhenius双曲正弦函数方程的基础上引入应变量参数构建了基于应变量耦合的唯象本构模型。结果表明:随着变形温度的降低或应变速率的增加,摩擦和温升效应对流变应力的影响逐渐显著;所建立的本构模型预测值与实验值的绝对平均相对误差为4.902%,相关系数为0.99,能够用于准确预测不同应变下的流变应力。     

30Cr4MoNiV超高强度钢热变形本构方程的构建与优化

采用Gleeble-3500热模拟机在温度为1 173～1 373 K和应变速率为0.01～10 s^-1的条件下通过热压缩试验研究了30Cr4MoNiV超高强度钢的热变形行为,引入应变补偿建立了优化的本构方程。结果表明：流动应力随应变速率的增大和变形温度的降低而增大。采用幂律函数、指数函数和双曲正弦函数构建的三种本构方程中,双曲正弦函数的准确度最高。基于双曲正弦函数并引入应变补偿优化后的本构方程可以较为准确地预测30Cr4MoNiV超高强度钢在热加工过程中的流动应力。     

含稀土汽车用耐热镁合金的热变形行为

目的 为了开发出汽车用低成本、高性能Mg-Sm系耐热镁合金,需要考察镁合金热变形过程中变形温度、应变速率等对镁合金流变行为的影响,并建立流变应力本构方程,从而为实际工业生产中的加工工艺提供理论依据。方法 采用Gleeble-3800型热力模拟试验机在变形温度350～450℃、应变速率0.001～1 s^-1的条件下对Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr镁合金进行等温压缩变形,建立Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr镁合金的流变应力本构方程,并对本构方程模型进行应变补偿。结果 均匀化态Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr镁合金中可见20～40μm的等轴晶晶粒和未回溶的第二相,主要物相为α-Mg和(Mg,Zn)₃Sm相。Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr镁合金的热变形激活能Q=238.95kJ/mol,应力水平参数α=0.0140,结构因子A=3.6628×10¹⁶。建立了Mg-3.8Sm-1.2Zn-0.5Zr镁合金的双曲正弦Arrhenius流变应力本构方程,并用温度补偿变形速率因子参数Z表达了Mg-3....     

新型Ti-Al-Zr-Nb-Mo-Si钛合金热变形行为及基于BP神经网络模型的本构关系研究

通过热压缩模拟实验,研究了一种新型Ti-Al-Zr-Nb-Mo-Si高强度、高弹性模量钛合金在温度为950～1 150℃、应变速率为0.05～1 s~(-1)条件下的流变行为。真应力-真应变曲线表明,变形温度、应变速率对该合金的流变应力影响显著。基于实验数据,利用包含应变参量的双曲正弦型Arrhenius方程和BP人工神经网络模型分别构建了变形参数和流变应力的本构关系,并对两种模型进行了对比评价。结果表明,两种模型的平均相对误差值分别为11.21%和2.163%,整体上均可以较好地预测Ti-Al-Zr-Nb-Mo-Si钛合金热压缩流变应力;但相对传统Arrhenius方程,BP人工神经网络模型具有更高的精度和可靠性。     

基于修正的Arrhennius方程钛合金高温本构方程研究

为了更准确地描述钛合金的高温变形行为,对Arrhennius方程进行修正得到钛合金高温本构方程.通过对一种新型钛合金在热模拟试验机上进行恒应变速率等温压缩实验,研究其在700~1 000℃、应变速率0.01~10 s-1条件下的热变形行为,分析了材料的真实应力-真实应变曲线.采用最小二乘拟合的数据回归处理,得到该钛合金在α+β双相区和β单相区的热变形激活能,并通过引入温度变量,获得了Arrhennius方程参数A随温度变化的函数关系,建立了该材料的高温流变应力本构方程.实验结果表明,随着变形增加,流变应力开始急剧增加,随后出现软化并趋于稳态,同时峰值应力对于温度和应变速率具有很强的敏感性.通过在Arrhenius方程中引入温度变量,有利于提高本构方程的准确性.     

基于人工神经网络智能算法的9310钢本构模型优化

目的 研究9310钢在变形温度为800～1 200℃、应变速率为0.01～50 s^-1和高度压下量为70%条件下的热变形行为,建立预测效果相对较好的9310钢本构模型。方法 使用Gleeble-3800热模拟机对9310钢进行等温恒应变速率热压缩实验,基于热压缩实验数据,分析了应变速率对9310钢流动软化效应的影响,建立了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型与支持向量回归(SVR)本构模型,并进行了模型精度分析,之后引入人工神经网络(ANN)智能算法优化了Arrhenius本构模型。结果 与变形温度相比,应变速率对9310钢流动软化效应的影响更为显著。相较于支持向量回归(SVR)本构模型,考虑应变补偿的Arrhenius本构模型精度更高,其相关系数R为0.993 4,平均相对误差(AARE)和均方误差(MSE)分别为0.055 6和89.362,它在预测高应变速率(1、10、50 s^-1)流动应力时出现了较大偏差,经ANN智能算法优化后,相关系数R提高至0.999 1,AARE和MSE分别降至0.019 9和9.998,且绝对误差在±10...     

A100钢的热变形行为及加工图

目的 研究A100钢的热变形行为,确定热加工范围并优化工艺参数.方法 使用Gleeble-3800热模拟实验机,对A100钢进行应变为0.6,变形温度为1073～1473 K,应变速率为0.01～10 s–1的等温热压缩实验.利用A100钢的热压缩实验数据,建立在不同变形温度、不同应变速率下的真应力-真应变曲线.建立A100钢基于唯象的本构模型与基于物理的本构模型以及基于Murty失稳准则的热加工图.结果 当应变速率一定,温度升高或一定,应变速率下降时,A100钢的流变应力会减小,流变应力曲线上主要表现为动态再结晶的软化机制.结论 构建的基于唯象的本构方程可以对A100钢在应变为0.6时的流变应力进行较好的预测,基于物理的本构方程可以反映出A100钢的物理特性,通过构建的基于Murty失稳准则的加工图可以得到A100钢的加工范围是温度为1173～1223 K,应变速率为0.01～0.1 s–1和温度为1323～1373 K,应变速率为0.05～0.15 s–1时.     

B92SiQL钢的高温流变行为及变形机制研究

B92SiQL钢因高强度及抗扭转能力在预应力镀锌钢丝领域备受青睐,但热加工参数对其变形行为及性能产生重要影响。本研究对B92SiQL钢进行了变形温度为1 173～1 373 K、应变速率为0.1～20 s^-1的热压缩实验,并基于Zener-Hollomon参数和线性拟合,建立了应变补偿型Arrhenius本构模型。结果表明,流变应力随变形温度的升高或应变速率的降低呈减小趋势,B92SiQL钢的热变形激活能(Q)约为305.865 kJ/mol。该模型得到流变应力预测值与实验值的线性相关系数(R)约为0.994,平均绝对相对误差(AARE)约为2.800%。在较低变形温度下,微观组织中依然存在被拉长的原始晶粒;在1 373 K-0.1 s^-1热变形条件下,B92SiQL钢几乎发生了完全的动态再结晶(DRX),晶粒产生明显粗化;应变速率增大至10 s^-1时,晶粒尺寸明显减小。根据加工硬化率与流变应力曲线确定了B92SiQL钢发生DRX的临界应力和应变,得到临界条件与Z参数呈指数关系。根据传统的Avrami方程建立了B92Si...     

Zn-10Al-2Cu合金高温热压缩流变行为研究

采用Gleeble-3800热模拟试验机对Zn-10Al-2Cu合金在变形温度为150~330℃、变形速率为0.01~10s-1条件下的流变行为进行研究。结果表明:Zn-10Al-2Cu合金在热压缩变形中,当应变速率一定时,流变应力随变形温度的升高而减小;而当变形温度一定时,流变应力随着变形速率的增大而增大,达到峰值后下降趋势平缓。Zn-10Al-2Cu合金的热压缩流变行为可用双曲正弦形式的本构方程来描述。在本实验条件下,该锌铝铜合金热变形应力指数n为5.4、热变形激活能Q为137kJ/mol,高温流变应力用含Zener-Hollomon参数的Arrhenius方程描述为:σ=123ln{(Z/(1.22×1013))1/5.4+[(Z/(1.22×1013))2/5.4+1]1/2}。     

等轴细晶TC4钛合金应变补偿本构关系及热加工图的研究

本工作对等轴细晶TC4钛合金进行了热压缩实验,研究了变形温度为800～950℃、应变速率为0.01～10 s-1下TC4钛合金的变形行为,并建立相应的Arrhenius型本构方程和热加工图,再基于实验获得的真应力应变曲线对本构方程进行应变补偿修正.结果表明:合金的真应力值随温度升高、应变速率下降而减小;修正后本构方程真应力预测值与实验值相关系数R为0.985,相对误差ARRE为6.8％.结合热加工图和相应区域的电子背散射衍射(EBSD)分析可知:失稳区的温度为875～950℃,应变速率为0.3～10 s-1,组织特征表现为长条状晶粒;最适宜加工区的温度为800～875℃,应变速率为0.01～0.3 s-1,组织特征表现为等轴细晶.     

FeCrNiMn高熵合金本构方程的建立

在变形温度为900～1050℃、应变速率为0.001～1 s-1下对FeCrNiMn高熵合金进行热压缩试验.通过真应力-真应变曲线,分析流变应力与变形参数之间的关系.在Arrhenius型双曲正弦方程的基础上建立了FeCrNiMn高熵合金本构方程.误差分析表明,所建立的本构方程与实验值基本吻合,可以作为热变形工艺参数选择的依据.     

热挤压态Ni-Co-Cr基粉末高温合金热加工行为EI北大核心CSCD

利用Gleeble-3500D型热模拟实验机进行等温压缩实验,系统研究一种新型热挤压态Ni-Co-Cr基粉末高温合金在变形温度为1020~1110℃、应变速率为10-3~1 s-1条件下的热压缩变形行为,对获得的流变应力曲线进行摩擦修正,利用摩擦修正后的数据分别建立合金的热压缩本构关系方程和考虑应变补偿的流变应力模型;同时,构建热加工图,并结合显微组织分析,优化合金的热变形工艺参数。结果表明:合金在热压缩过程中发生了明显的动态再结晶现象,流变应力随应变速率的降低或变形温度的升高而降低。利用所建立的考虑应变补偿的合金流变应力模型进行流变应力的预测,其预测值与实验摩擦修正值吻合良好。根据构建的热加工图并结合微观组织分析,提出了合金较合理的热加工参数:变形温度约为1076~1103℃、应变速率约为10-3~10-2.77 s-1。     

20 A 钢热塑性变形的应力-应变本构模型研究

目的研究20A低碳钢在高温条件下的热变形行为及本构模型。方法采用Gleeble-1500型热模拟压缩试验,研究在不同变形温度及变形速率条件下,材料的真实应力-应变之间的关系。结果 20A钢属于对温度和应变速率都敏感的材料,其流变曲线呈现出周期性动态再结晶特征。结论通过对实验数据运用最小二乘法、多元线性回归方法及Arrhenius方程处理,得到了20A材料热变形本构模型为σ=8.8650ε0.1445ε·0.1283exp(3475.23/T),为20A钢塑性加工过程的控制及模拟提供了理论基础。     

Ti−6Mo−5V−3Al−2Fe−2Zr合金热变形行为及热加工图

目的 建立近β钛合金Ti−6Mo−5V−3Al−2Fe−2Zr(质量分数)的热变形本构方程,绘制热加工图,确定该合金的流变失稳区和适宜加工区,为其在工业生产中热加工工艺参数的制定提供指导。方法 在变形温度700~ 850 ℃、应变速率0.000 5~0.5 s⁻¹、真应变0.7的条件下,对近β钛合金Ti−6Mo−5V−3Al−2Fe−2Zr进行热压缩实验;基于Arrhenius方程建立该合金的热变形本构方程,并对方程进行验证;根据Prasad失稳准则,构建该合金的热加工图。结果 该合金的流变应力随着变形温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大;其热变形激活能为226.29 kJ/mol,本构方程为;通过热变形本构方程得到的峰值应力计算值与实验值平均误差为4.21%。结论 建立的热变形本构方程预测了流变应力,描述了该合金的热变形行为;通过叠加合金的能量耗散图和流变失稳图,获得了该合金的热加工图。基于热加工图确定该合金的流变失稳区为变形温度700~755 ℃与784~850 ℃、应变速率0.5~0.05 s⁻¹,最佳加工区为变形温度836~850 ℃、应变速率0.000 5~0.005 s⁻¹。     

考虑摩擦效应的工业纯钛TA2热压缩变形本构方程及热加工图

目的 研究工业纯钛TA2在变形温度为800～950℃、应变速率为0.001～1 s-1、压下量为50%条件下的热压缩变形行为,构建材料高温本构方程及热加工图。方法 利用Gleeble–3500热模拟试验机进行热压缩试验,对实测流变曲线进行摩擦修正,通过线性回归拟合等方法建立本构方程,基于动态材料模型构建工业纯钛TA2热加工图,确定材料最佳热变形区域。结果 工业纯钛TA2热变形激活能Q为473.491 kJ/mol,应力指数n为3.876 6;最佳热变形参数为变形温度850～950℃、应变速率0.02～0.35 s-1。结论 工业纯钛TA2摩擦修正后的流变应力值均低于实测值,流动应力随变形温度的升高和应变速率的减小而降低。所建立的Arrhenius本构模型可较为准确地描述工业纯钛高温流变行为。工业纯钛TA2在中高温中等应变速率条件下加工性能良好,该区域材料发生了动态再结晶组织转变。