工业纯钛TA1管材热压缩成型本构方程研究

利用Gleeble 3500热模拟试验机研究了工业纯钛TA1管材在660～780℃,应变速率为0.1～10 s~(-1)条件下的热压缩变形行为。利用线性拟合方法确定了材料常数及变形激活能,建立了双曲正弦函数形式本构方程。用Zenner-Hollomon参数对最大应力进行了预测,预测值与试验值能够较好地吻合。试验结果表明:工业纯钛TA1材料的应力-应变曲线表现出显著的加工硬化特征,流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的下降而减小。工业纯钛TA1热压缩变形过程中,流变应力受变形温度及变形速率的显著影响;流变应力随温度的升高而降低,随变形速率的下降而减小。     

工业纯钛TA1的双道次热压缩变形及软化行为

在Gleeble-3500热模拟试验机上对工业纯钛TA1进行单、双道次等温热压缩试验,变形温度为650~850 ℃,道次间隙时间为1~60 s,变形速率为10 s^-1,研究了工业纯钛TA1单、双道次热压缩过程中静态软化和动态软化行为。利用光学显微镜对变形后的微观组织进行观察,研究了工业纯钛TA1在不同变形条件下的微观组织演变。结果表明,工业纯钛TA1在单、双道次热压缩变形过程中表现出明显的硬化和软化行为,峰值应力前表现为加工硬化,峰值应力后表现为加工软化,最终达到动态软化和加工硬化的动态平衡。在道次间隙时间内发生静态软化,静态软化程度随着道次间隙时间的增加和温度的升高而增大。随着道次间隙时间的延长和温度的升高,道次间再结晶更加充分,第二道次变形后晶粒尺寸增加更明显,当发生完全再结晶时,软化程度达到最大。在热压缩变形期间,发生动态软化,650 ℃和750 ℃时以动态再结晶为主,850 ℃时以动态回复为主。     

基于改进摩擦修正模型的TA2纯钛热变形行为研究

在Gleeble-3500热模拟试验机上对TA2纯钛进行变形温度为800℃～950℃、应变速率为0.001～1s^-1,压下量为50%条件下的热压缩变形试验。采用一种考虑应变的改进摩擦修正模型对原始试验数据进行摩擦修正,在对TA2纯钛高温流变曲线进行分析的基础上,研究其高温变形行为,构建TA2纯钛热变形本构方程。结果表明,在低应变条件下TA2纯钛流变应力迅速增加,达到峰值应力后流变曲线趋于稳态变化;流变应力随变形温度的降低和应变速率的增大而增加;可采用包含Z参数在内的双曲正弦形式的本构方程来描述TA2纯钛高温热变形行为,材料热变形激活能为480.944kJ/mol;流变应力的模型预测值与试验值之间相关性较高,相关系数R为0.964,表明本文基于改进摩擦修正模型所建立的本构方程具有较高的精度。     

S34MnV钢热压缩变形的流变应力本构方程

S34Mn V钢是大型船用曲轴锻造专用钢,利用Gleeble-3800热模拟实验机对S34Mn V钢进行高温压缩实验,得到不同变形温度为950、1000、1050、1100、1150、1200和1250℃,不同应变速率为0.001、0.01、0.1、1和10 s~(-1)和压缩变形量为70%条件下的S34Mn V钢真实应力-应变曲线。结果表明,曲线形态符合钢的热变形力学特征,呈现出典型的单峰型动态再结晶的应力应变曲线特征,流变应力随着应变速率的降低和变形温度的升高而降低。采用Arrhenius双曲正弦关系描述S34Mn V钢的高温流变行为,确定其热变形激活能,建立了S34Mn V钢的流变应力本构方程,其结果可为大型船用曲轴曲拐成形工艺的数值模拟和工艺参数的确定提供参考。     

120°模具室温ECAP制备工业纯钛的压缩变形本构关系

在Gleeble-1500热模拟机上对120°模具室温Bc方式ECAP变形8道次制备的平均晶粒尺寸约为200 nm的工业纯钛进行等温变速压缩实验,研究超细晶工业纯钛在变形温度为298~673 K和应变速率为1×10-4~1×100s-1条件下的流变应力行为。结果表明:变形温度和应变速率均对流变应力具有显著影响,峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低;流变应力在变形初期随应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳,呈现稳态流变特征。采用双曲正弦模型确定了超细晶工业纯钛的变形激活能Q=104.46 kJ/mol和应力指数n=23,建立了相应的变形本构关系。     

TA1纯钛超声振动辅助压缩变形行为及本构建模

通过TA1纯钛的超声振动辅助压缩实验,探究了超声振动对材料流变行为以及微观组织演化的影响,分析了相应的声塑性作用机理,并基于遗传算法-人工神经网络(GA-ANN)建立了本构模型。结果表明：TA1纯钛中出现了明显的超声软化和残余软化现象。超声振动的残余软化效应可分为随应变衰减的非稳态部分和可长期保持的稳态部分,并且非稳态残余软化的占比随着超声振幅的增加而增加。超声振动作用下孪晶的快速饱和及下降导致了稳态的残余软化效应,而超声振动停止后均匀分布的位错的快速缠结则导致了非稳态残余软化效应的衰减。GA-ANN模型表现出较高的精度以及泛化能力,可准确描述随应变和超声振幅变化的超声软化和残余软化效应。     

粉末冶金高纯铱金属的热变形行为及本构方程

粉末冶金金属铱是铱制品热加工的重要原材料.利用Gleeble-3500型热模拟实验机,在变形温度1000～1300℃、应变速率0.001～0.1 s-1的变形参数下对粉末冶金态纯铱金属进行了动态热模拟压缩实验,建立了基于峰值应力的粉末冶金高纯铱金属本构方程,以及应变修正后的高精度热变形本构方程及在实验范围内的热加工图....     

AZ31B镁合金热压缩力学行为与本构方程建立

根据对铸态AZ31B镁合金在温度为280～440℃、应变速率为0.001～0.1 s-1条件下进行热压缩试验,分析了变形程度、应变速率和加热温度对其流动应力的影响,结果表明,该合金热变形时的流动应力对变形温度和变形速率极为敏感,随变形温度的升高而降低,随变形速率的增加而增大.在温度为440℃,应变速率小于0.01 s-...     

Ti26钛合金热压缩变形行为

在Gleeble1500热模拟试验机上对Ti26(Ti-V-Al-Cr-Sn-Nb-Zr系)钛合金进行了恒应变速率压缩变形试验,在温度范围为900～1150℃,应变速率范围为ε=10-3～10s-1,测试了其真应力-应变曲线。β区热压缩、变形的主要软化机制是动态回复,ε≥1s-1时,变形的过程中有动态再结晶现象发生;ε≤10-1s-1时,变形的主要软化机制是动态回复。结合Arrhenius方程并引用Zener-Hollomon参数建立了表征各参数关系的本构方程,求出了Ti26合金的变形激活能。     

挤压态ZK61 M镁合金热压缩变形行为与本构方程建立

为研究挤压态ZK61M镁合金的热变形行为,采用Gleeble-3800热模拟机在温度为300～450℃、应变速率为0. 001～0. 5 s~(-1)的条件下进行热压缩实验,分析了变形温度、应变速率对流变应力的影响,并对铸态镁合金和挤压态镁合金的变形激活能进行了研究对比,最终将本构方程应用于模拟软件中进行量化验证。结果表明,该合金的流变应力与变形温度负相关,与应变速率正相关,应力-应变曲线拥有动态回复和再结晶的特点。Mg-Zn-Zr系变形镁合金相对类似成分的铸造镁合金,具有更低的变形激活能,如ZK61M,大约为120 kJ·mol~(-1),且Mg-Zn-Zr系镁合金成分是决定变形激活能大小的主要因素,成分相同时,材料的变形激活能基本相近,模拟曲线与实验曲线趋势具有一致性,应力峰值接近。通过Arrenhenius本构方程计算出挤压态ZK61M镁合金的变形激活能Q=122. 685 kJ·mol~(-1),应力指数n=4. 13652,为Mg-Zn-Zr系变形镁合金的热加工工艺参数和制备提供了理论指导。     

MoNb合金热变形行为及本构关系

采用Gleeble-3800型热模拟试验机对MoNb合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究该合金在变形温度900~1200℃和应变速率0.01~10 s^-1条件下的热变形行为,计算其热变形激活能。结果表明:变形温度和应变速率对流动应力具有显著影响,流动应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。误差分析表明,采用多元线性回归法建立的MoNb合金本构关系模型具有较高的精度,该模型的预测值误差小于10%的数据点占总数的92.86%,相关系数和平均相对误差分别为0.976和4.08%,能较为准确的预测合金的高温流动应力。     

轧制态254SMo超级奥氏体不锈钢的热变形行为及本构方程

为优化后续轧制工艺,利用Gleeble-3800热力模拟机,对轧制态254SMo超级奥氏体不锈钢进行等温恒应变速率压缩试验,研究了254SMo超级奥氏体不锈钢在变形温度为900~1100℃,应变速率为0.005~5 s_^-1的热变形行为及微观组织演变。结果表明,随着变形温度升高及应变速率降低,峰值应力减小,且流变曲线的单峰特征变得明显,说明高温低应变速率下254SMo容易发生动态再结晶;三种形式的Arrhenius本构方程预测精度对比显示,指数形式的精度最高,相关系数达97.496%,变形激活能为546 kJ/mol。     

基于人工神经网络的超细晶纯钛热变形本构模型研究

对等通道转角挤压(ECAP)制备的超细晶纯钛,在温度为250~450 ℃、应变速率为10_-5~1s_-1的条件下进行热压缩实验。基于真应力和真应变实验数据,分别使用人工神经网络(ANN)和Arrhenius方程建立超细晶纯钛的热变形本构模型,研究其热变形行为。实验结果表明：在变形初期,流变应力随应变的增大而升高,随后趋于平缓,最终流变应力达到一个稳定值。人工神经网络训练和预测结果表明：人工神经网络最佳结构为3×12×1,人工神经网络模型预测的平均相对误差(AARE)为2.1%,相关系数(R)为0.9979,Arrhenius方程模型预测的AARE为11.54%,R为0.9464。即人工神经网络模型能够更加精确的描述超细晶纯钛的本构关系。通过对比不同温度下两种模型的误差,人工神经网络模型在高温条件下具有更好的稳定性。     

基于MATLAB的铸态C19400合金高温变形行为及本构方程

通过Gleeble-1500D数控动态热-力学模拟试验机对铸态C19400合金进行了高温等温热压缩试验,研究了该合金在变形温度700～950℃,应变速率0.001～10 s~(-1)条件下的高温变形行为。结果表明:在同一应变速率下,铸态C19400合金的流变应力随温度的升高而降低,在同一变形温度下,合金流变应力随应变速率的升高而升高。应变速率为0.001、0.01、0.1和1 s~(-1)时,动态软化以动态回复为主;应变速率为10 s~(-1)时,动态软化以动态再结晶为主,且再结晶程度随变形温度的升高而增加。此外,本文提出了一种基于MATLAB平台编程计算本构方程的方法,得到了基于Arrhenius双曲正弦本构关系的铸态C19400合金峰值流变应力本构方程,并计算得到该本构方程计算应力与试验应力的相对误差AARE为2.71%、相关系数R为0.9977,表明计算结果与试验结果高度吻合。     

6111铝合金热变形行为及本构方程

利用Gleeble-1500热模拟机,研究6111铝合金在变形温度为350℃～550℃、应变速率为0.01s-1～10s-1的热变形流变应力行为。研究结果表明,6111铝合金为正应变速率敏感材料,且随着变形温度升高抗拉强度减小,其热变形经历了从应变硬化阶段过渡到稳态变形阶段的过程,软化机制主要为动态回复;采用Zener-Hollomon参数建立6111铝合金的本构方程,该方程可用于模拟6111铝合金材料一般加载情况下的热成形过程。     

6082铝合金热变形流变应力曲线修正与本构方程

利用Gleeble 3500热模拟试验机研究了6082铝合金在300℃~450℃、0.001s-1~1s-1条件下的流变力学行为。基于摩擦修正理论,优化摩擦修正方法,获得材料流变曲线并构建全应变本构方程。结果表明,在应变速率为1s-1的变形过程中,温度波动较小,对应力的影响较小,由温度波动造成的应力波动1MPa;通过线性回归分析计算得到6082铝合金材料的应变硬化指数n=5.78以及变形激活能Q=155.98kJ·mol-1,构建6082铝合金高温条件下的全应变本构方程,对流变应力预测的最大误差10%,平均相对误差为1.52%。     

N08811耐热合金的热变形行为与本构模型

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了N08811耐热合金在变形温度为900～1150℃、变形速率为0.1～5 s^-1条件下的高温变形行为。结果表明,N08811合金的流变应力随着应变速率的增大及变形温度的下降而增加,是一种正应变速率敏感材料。通过对显微组织的研究,发现当应变速率为1 s^-1时,N08811合金优先在变形晶粒的晶界处发生动态再结晶,再结晶晶粒数目及尺寸均随变形温度的升高而增加,至变形温度为1150℃时已发生完全再结晶。当变形温度一定时,高应变速率会降低N08811合金的再结晶温度,增加晶粒尺寸。依据真应力-真应变曲线,采用双曲正弦本构模型建立了N08811合金的流变应力本构方程,得到其热变形激活能为509.998 kJ·mol^-1。     

一种钛基复合材料的热变形本构模型

在Gleeble-1500热模拟试验机上进行热压缩试验.研究了变形温度为900～1150℃、应变速率为0.001～10 s~(-1)时TiC颗粒增强钛基复合材料的热变形行为,根据所得应力应变曲线分析了该合金的热变形特征,并采用双曲正弦模型建立了该钛基复合材料的本构关系.计算了α+β区域的平均变形激活能为691 kJ/mol,β区域平均变形激活能为202 kJ/mol.     

GH2907合金热变形本构方程

采用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温热压缩实验,分析了GH2907合金在变形温度950℃~1100℃、应变速率0.01s_-1~10s_-1、变形量60%条件下的高温流变行为。结果表明：合金的流变应力随着变形温度的升高或应变速率的降低而显著降低。利用Arrhenius双曲正弦方程和Zener-Hollomon参数计算得出合金的热变形激活能Q为463.043kJ.mol_-1;合金的应力-应变曲线具有明显的动态再结晶(DRX)特征,变形量、变形温度以及应变速率对DRX体积分数均具有显著影响。基于应力-位错关系和DRX动力学,建立了加工硬化-动态回复和动态再结晶两个阶段的机理型本构模型,可用于描述流变应力与应变速率和变形温度之间的关系。误差分析相关系数R为0.987,预测值与实验值吻合良好,可用于表征预测GH2907合金的热变形行为。     

车轴用LZ50钢的热变形行为及高温塑性本构方程

借助Gleeble-1500D热模拟试验机,在温度1050~1200 ℃,应变速率0.01~1 s^-1,变形量在50%的条件下对LZ50高速铁路车轴钢试样进行热变形压缩试验。通过试验测得该材料不同工艺参数下的真应力-应变曲线,采用Arrhenius双曲正弦函数推导LZ50钢的高温塑性本构方程,并分析了不同热加工条件下LZ50钢的动态再结晶行为。结果表明,LZ50钢对温度和应变速率的变化较为敏感,温度越高,应变速率越低,所对应流动应力值越小。LZ50钢的变形激活能为217 920.626 J/mol。变形温度越高,应变速率越低,再结晶现象越容易发生。