Al-Si-Cu-Mg-Ni活塞合金热压缩变形行为研究

针对高功率柴油发动机活塞在高温下变形和烧蚀严重,导致活塞早期失效,使用寿命不能满足设计要求的问题,文中采用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)和热模拟实验机等实验仪器,研究了在不同热压缩变形参数下,Al-Si-Cu-Mg-Ni活塞合金显微组织以及流变应力的变化规律,利用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数来描述Al-Si-Cu-Mg-Ni活塞合金热压缩变形流变应力行为。研究结果表明:该合金在高温压缩变形过程中存在动态回复和动态再结晶现象,流变应力值随应变速率的增大而增大,随温度的升高而减少;在高温低应变速率下,组织形貌由于动态再结晶而形成完整的亚晶结构;该合金的热变形激活能Q=294.08 kJ·mol~(-1),建立了Al-Si-Cu-Mg-Ni活塞合金热压缩变形条件下的流变应力本构方程。     

石墨烯增强铝基复合材料的热变形本构方程研究

采用热模拟实验机对石墨烯增强7075铝合金复合材料进行高温热压缩实验,变形温度为300～450℃、应变速率为0.001～1 s^-1,分析其在不同应变速率及温度条件下的高温流变应力特征,并以实验数据为基础,通过函数拟合确定包含应变、应变速率和温度等变形参数的双曲正弦本构方程。研究结果表明：铝基复合材料热压缩变形时流变应力随应变增加迅速增大,达到峰值应力后略有下降且出现锯齿状波动;给出的双曲正弦本构方程可以较好地描述流变应力与应变、应变速率及温度之间的关系,计算值与实验值吻合良好。     

7055铝合金高温压缩变形的流变应力

在Gleeble 1500热模拟试验机上,采用高温等温压缩试验,研究了7055铝合金在250～450℃温度范围内压缩变形的流变应力变化规律.结果表明,应变速率和变形温度的变化强烈影响合金的流变应力,流变应力随变形速率的提高而增大;随变形温度的提高而降低.7055铝合金高温变形时的流变应力可用Zener Hollomon参数来描述.     

AZ81E镁合金的高温流变应力模型及热加工图研究

在应变速率为0．003—3．0s^-1、温度为340～430℃的变形条件下,采用Gleeble-1500热模拟机对AZ81E镁合金进行高温热压缩变形特性研究。结果表明：流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小,峰值应力随温度的降低和应变速率的升高向应变较大处转移,进入稳态阶段的临界应变明显增大。结合Arrhenius方程并引入Zener-Hollomon参数,构建AZ81E镁合金的高温流变应力模型,其平均变形激活能为166．15kJ／mol。根据材料动态模型,计算并分析AZ81E镁合金的热加工图。利用热加工图确定热变形的流变失稳区,获得试验参数范围内的热变形过程最佳工艺参数：热加工温度范围为380～420℃,应变速率范围为0．01～0．03S^-1.     

碳化硅颗粒增强6168铝基复合材料热变形本构关系

利用Gleeble-3500热模拟试验机研究碳化硅颗粒增强6168铝基复合材料(SiCp/6168Al)在变形温度为340~540 ℃、应变速率为0.001~10 s-1、真应变为0.7的条件下的热变形行为。结果表明:应变速率和变形温度对流变应力有明显的影响,在应变速率相同的条件下,流变应力随变形温度的升高而降低,相同的变形温度下,随应变速率的增加,流变应力也随之升高。采用双曲正弦模型求解SiCp/6168Al复合材料在不同真应变ε下的材料常数,并使用5次指数函数拟合出n、lnA、α和Q与真应变ε的关系式,建立流变应力σ与真应变ε的本构方程。利用该方程可以计算任意变形条件下的流变应力,该模型能较好地反映该复合材料的实际热变形行为。       

挤压态ZK60镁合金棒材的热变形行为

采用MMS-200热力模拟试验机对挤压态ZK60镁合金棒材进行热压缩实验,为ZK60镁合金热压缩变形时合理选择参数范围提供理论指导。分析应变速率、变形温度和流变应力之间的关系;构建ZK60镁合金流变应力本构方程;采用金相显微镜观察微观组织演化规律。结果表明:峰值应力随着应变速率的提高和变形温度的降低而增大,且真应力-真应变曲线中表现出动态再结晶的特征;在给定参数下,通过本构方程计算得到ZK60镁合金的变形激活能Q为128.91kJ/mol,应力指数n为4.8519;降低变形温度、提高应变速率有助于减小再结晶晶粒的平均尺寸。     

HAL62—3—3—0.7合金的高温本构方程

采用压缩试验法研究了HAL62-3-3-0.7合金的热变形规律，在不同的变形参数条件下，根据其真实σ-ε曲线拟合了可以反映HAL62-3-3-0.7合金流变应力与各变形参数之间关系的高温本构方程，研究结果表明：HAL62-3-3-0.7合金热变形的流变应力随温度的升高和应变速率的降低而减小，在变形过程中，应力很快达到高峰，而后出现软化过程，其真实σ-ε曲线趋于平缓，证明该合金在高变形速率的条件下动态再结晶过程十分明显。     

含稀土的23Cr型双相不锈钢的高温变形行为

利用Gleeble-3500热力模拟试验机在950-1200℃,应变速率为0.1-10s-1条件下进行了含稀土的23Cr型双相不锈钢的热压缩变形,获得了流变曲线,建立了热变形方程,分析了变形组织。结果表明：在流变曲线上既存在峰值应力也有稳态应力;在高温低应变速率条件下,峰值应变减小。上述变形条件下,试验钢的热变形激活能Q=436kJ/mol,表观应力指数n=3.91,热变形方程为：ε=2.41×1016[sinh（0.012σs）]3.91exp （-436000/RT）。奥氏体的动态再结晶在试验钢的动态软化机制中起主导作用且随着温度的升高和应变速率的降低越来越充分;而大应变下,铁素体的软化主要表现为较充分的动态回复。稀土元素影响了热变形时两相中Mo元素的再分配是稀土改善双相不锈钢高温塑性的重要原因之一。稀土使Mo在铁素体中浓度较低温度下降低,高温下升高;而奥氏体相中,使得Mo浓度在较低温度下升高而高温下降低。     

Al-10Sn-4Si合金高温塑性变形的流变应力特征

采用高温压缩试验法,测定了新型Ａｌ－１０Ｓｎ－４Ｓｉ合金高温变形过程的真应力一直应变曲线;在温度为１００－４００℃范围和应变速率为０．０１－１．０ｓ＾－１范围的变形条件下,研究了该合金的流变应力变化规律。结果表明,Ａｌ－１０Ｓｎ－４Ｓｉ合金为正应变速率敏感材料,表现出稳态流变特征：稳态流变阶段,流变应力基本保持不变;稳态流变应力随变速率的增加而增大,随变形温度的升高而降低,进一步分析表明,这种稳态     

Al-Mg-Si合金热压缩变形的流变应力方程

为了给制定和优化热加工工艺参数提供理论依据,采用Gleeble-1500热模拟机研究了含锆Al-Mg-Si合金在变形温度为653~803 K、变形速率为0.01~10s^-1条件下的热压缩变形的流变应力行为,并通过回归法建立材料变形的流变应力数学模型.结果表明：该合金为正应变速率敏感材料,真应力-真应变曲线存在明显的稳态流变特征;流变应力随着变形速率的增加以及变形温度的降低而增加;在较低变形温度条件下,真应力〖CDF*3〗真应变曲线为动态回复曲线;在较高变形温度条件下真应力-真应变曲线为动态再结晶曲线.该合金流变应力σ可用包含Arrhenius项的Zener Hollomon参数的函数来描述,式中A、α和n的值分别为1.89×10¹⁰s^-1、0.024MPa^-1和7.46,热变形激活能Q为166.85kJ/mol.     

AZ80镁合金热变形本构方程

在变形温度为533～683K,应变速率为0.001～10s~(-1)条件下,采用热拉伸实验方法测试AZ80镁合金的真实应力-应变曲线,分析应力-应变曲线的变化规律及AZ80镁合金热变形时的微观组织变化规律。结果表明,在一定变形温度条件下,应变速率越高,动态再结晶发生的越充分,再结晶晶粒尺寸越小;在应变速率为0.01s~(-1)时,随着变形温度升高,动态再结晶程度提高;依据Arrhenius本构方程形式,确定适合于AZ80镁合金热变形的本构关系模型,该本构关系模型的相对误差小于18.5%。     

一种含氮高铬冷轧辊用钢的热变形行为研究

对一种8%Cr冷轧辊用钢在950～1200℃以0.1～10s~（-1）的变形速率进行热压缩变形,通过流变曲线分析、动力学分析及热加工图技术等方法表征其热变形时的力学行为,并对变形后的显微组织进行观察。结果表明：Cr8N钢的加工硬化率和流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而降低,功率耗散百分数随着Z参数的增大而降低;上述变形条件下Cr8N钢的热变形激活能为542kJ/mol,加工硬化指数为5.25;获得了该钢的热变形方程以及Z参数和峰值应力间的关系。     

37Mn5钢热变形行为与流变应力模型研究

利用Gleeble-1500热模拟实验机研究37Mn5钢在变形温度为800～1150℃、变形速率为0．1～10s^-1条件下的热压缩变形行为。采用应变硬化率-应力曲线图较精确地获得峰值应力,并用双曲正弦方程描述37Mn5钢热压缩变形过程中的峰值应力与Zener—Hollomon参数的关系。回归分析得到方程中变形激活能及各材料常数的值,获得37Mn5钢在高温条件下的流变应力本构方程。结果表明,采用该本构方程计算出的流变应力值与实验所得应力值非常接近。     

Cr8合金钢热变形行为及位错密度演变规律

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cr8合金钢在变形温度为900～1200℃、应变速率为0.005～5s~(-1)条件下进行热压缩试验,并对热变形后的试样进行X射线衍射试验,研究了Cr8合金钢的热变形行为及位错密度演变规律。基于试验得到的数据,建立了考虑位错密度演变及包含多参数的两段式本构模型。结果表明:在低应变速率下,Cr8合金钢真应力-真应变曲线具有典型的动态再结晶特征;Cr8合金钢热变形激活能Qact为423.41 kJ/mol,本构模型的计算值与试验值数据吻合较好;在试验条件下,Cr8合金钢的总位错密度均达到10~(14)cm~(-2)以上,总位错密度随应变速率增加、变形温度减小而增加。     

GH4169合金热轧过程流变应力模型

以GH4169合金应变温度在950~1 100℃,应变速率在0.1~100.0 s-1范围的应力-应变曲线为研究对象,基于Arrhenius方程和Zener-Hollomom参数构建合金的流变应力模型,采用此模型对GH4169合金在等温等速压缩过程中变形温度、变形速率、变形程度与流变应力的关系进行数值仿真分析。结果表明,除流变失稳区域(950℃和100.0 s-1)的曲线外,在其他应变速率和温度范围,模拟所得应力-应变曲线与实测曲线取得较高的拟合精度,能较好地反映GH4169合金在不同热力学参数下的变形特征。本文构建的流变应力模型适用于合金热轧过程的基于有限元法的数值仿真分析。     

半固态Al—4Cu—Mg合金加工图研究

根据动态材料模型。建立了半固态Al-4Cu—Mg合金加工图．利用加工图确定了试验材料热变形的流变失稳区,结果表明半固态成形时的流变失稳区范围与应变速率有关．此外,获得了等温压缩试验参数范围内的热变形最佳工艺参数,半固态加工最佳工艺参数为加热温度560℃,应变速率0．001s^-1。     

挤压态稀土镁合金高温单轴拉伸行为特征研究

使用Instron3382电子拉伸试验机研究了挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Zr稀土镁合金的高温拉伸变形行为,分析并归纳了该合金在温度为250～350℃,应变速率为10~(-2)～10~(-4) s~(-1)条件下的峰值应力随温度和应变速率的变化关系.研究结果表明:温度和应变速率是影响高温变形力学性能的重要因素,随着温度的升高和应变速率的降低,峰值应力减小;随着变形温度的升高,应变速率敏感性增加,应力指数减小,其平均值为6.75;在试验温度范围内,随着温度的升高和应变速率的增加,变形激活能降低,位错的攀移和滑移为塑性变形的主要机制.     

核电用12Cr13马氏体不锈钢的热变形行为及可挤性

以核电用12Cr13马氏体不锈钢为研究对象,进行Gleeble热模拟等轴热压缩实验,研究材料的热变形行为;结合DEFORM-2D有限元软件分析高应变速率下材料小口径厚壁管的可挤性,且在卧式42 MN挤压机上进行试制试验。结果表明:流变应力与变形温度和应变速率分别呈负相关和正相关关系,高应变速率下变形温升显著,促进材料发生动态再结晶;随挤压速度的提高,最大应变速率显著提高,挤压坯料的温升显著,流变抗力逐步增加;结合实际工况,根据实验和有限元分析结果,成功挤出合格的核电用12Cr13马氏体不锈钢小口径厚壁管坯。     

融冰期北极海冰单轴压缩强度的试验研究

为了评估融冰期北极海冰的单轴压缩强度,其中在中国第七次北极科学考察期间,现场钻取冰芯,测量冰层温度、盐度、密度和晶体结构;在低温实验室内将冰芯加工成标准试样并测量单轴压缩强度,其中试验应变速率为10~(-7)～10~(-2)s~(-1),温度分别为-3℃、-6℃和-9℃,加载方向为垂直冰面加载。试验结果表明:融冰期北极海冰表现出高温、低盐、低密度的物理性质;随应变速率增加,单轴压缩强度先增加再降低最后稳定,试样破坏形态由主裂缝贯穿转变为产生较多微裂缝;随孔隙率增加,单轴压缩强度降低。试验建立了以应变速率和孔隙率评估海冰单轴压缩强度的计算模型,通过冰层物理参数计算孔隙率,给出了融冰期北极冰层垂直方向的极限单轴压缩强度参考值。     

FGH96合金的热变形行为及其热加工图

通过热压缩试验研究了FGH96粉末高温合金在应变速率为0.001~0.1 s-1,变形温度为1000~1 100℃条件下的热成形性能,建立了FGH96的热变形方程。综合考虑变形温度和应变速率对FGH96合金的变形行为和可加工性的影响,基于动态材料模型建立了应变为0.07~0.5的能量耗散图,根据稳定性判据得到非稳定区,将两者叠加,就构成FGH96的热加工图。根据热加工图确定了实际可行的热变形工艺参数范围。