GH4720Li合金流变力学Arrhenius本构方程的建立和再结晶形核机制分析

在MTS热模拟试验机上对GH4720Li合金进行了热模拟试验研究,根据所得结果绘制了其应力-应变曲线,构建了表征其流变力学的Arrhenius本构模型。结果表明:在应变为0.1条件下,GH4720Li合金的材料常数为:Q为638.82 kJ/mol、lnA为53.36、n为3.35、α为0.0081,并揭示了GH4720Li合金的动态再结晶形核机制。组织分析结果表明:在应变0.35、应变速率0.001 s~(-1)、变形温度1140℃条件下,γ′相有效地阻碍了GH4720Li合金晶界的转动和滑动,大大降低了其动态再结晶晶粒长大速率和晶界迁移速率,对晶界起到一定的钉扎作用;在应变0.5、变形温度1140℃时,应变速率为0.001、0.01、0.1、1 s~(-1)时,应变速率越低,晶粒具有充足的长大时间,越能够促进动态再结晶过程,动态再结晶过程越完全,应变速率越高,材料的变形畸变能稳定,为形核提供了足够的驱动力。在应变0.5、变形温度1140℃条件下,应变速率为0.01 s~(-1)时,GH4720Li合金的晶粒形貌最好。     

粗晶GH4720Li合金热变形行为与动态再结晶特点

为了模拟难变形镍基高温合金GH4720Li开坯锻造过程,采用Gleeble-3800热模拟试验机研究经均匀化处理的GH4720Li铸锭高温压缩变形时的力学流动行为,分析高温变形过程中微观组织演化规律。结果表明,GH4720Li合金在1100℃,0.1 s-1条件下应力水平达到250 MPa,且应力对热变形温度和应变速率敏感,动态再结晶是主要的软化机制。粗晶组织提高了合金动态再结晶临界变形温度和应变速率,如在变形量为60%,变形条件为1140℃,0.001 s-1和1180℃,0.001s-1才能发生完全动态再结晶。计算的粗晶GH4720Li合金热变形激活能Q=1171kJ/mol,较高的热变形激活能表明粗晶组织不利于热塑性变形和动态再结晶的发生。基于本研究,铸态GH4720Li合金开坯温度应高于1140℃,同时保证较低的应变速率,以确保动态再结晶的充分发生,实现枝晶组织破碎。     

粗晶GH4720Li合金热变形行为与动态再结晶特点

为了模拟难变形镍基高温合金GH4720Li开坯锻造过程,采用Gleeble-3800热模拟试验机研究经均匀化处理的GH4720Li铸锭高温压缩变形时的力学流动行为,分析高温变形过程中微观组织演化规律。结果表明,GH4720Li合金在1100℃, 0.1 s~(-1)条件下应力水平达到250 MPa,且应力对热变形温度和应变速率敏感,动态再结晶是主要的软化机制。粗晶组织提高了合金动态再结晶临界变形温度和应变速率,如在变形量为60%,变形条件为1140℃, 0.001 s~(-1)和1180℃,0.001s~(-1)才能发生完全动态再结晶。计算的粗晶GH4720Li合金热变形激活能Q=1171kJ/mol,较高的热变形激活能表明粗晶组织不利于热塑性变形和动态再结晶的发生。基于本研究,铸态GH4720Li合金开坯温度应高于1140℃,同时保证较低的应变速率,以确保动态再结晶的充分发生,实现枝晶组织破碎。     

TC4 ELI钛合金的热变形行为及本构关系研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机对TC4 ELI钛合金在两相区温度为750~950℃、应变速率为0.001~70s-1条件下进行等温恒应变速率压缩试验,分析了该合金的热变形行为,并采用Arrhenius方程和BP人工神经网络模型建立了该合金的本构关系模型。结果表明,应变速率与变形温度对TC4 ELI钛合金流变应力影响显著,流变应力随变形温度升高和应变速率降低而降低;在两相区热变形时,原始组织α相发生了不同程度的球化/动态再结晶,并且低应变速率会促进球化/动态再结晶的发生;采用Arrhenius方程和BP人工神经网络模型建立的本构方程平均误差分别为17.51%和1.36%,BP人工神经网络模型具有更高的精度,更适合用于TC4 ELI钛合金的流动应力预测。     

GH4720Li合金双道次热压缩变形过程的组织演变

对GH4720Li合金在1080~1180℃、应变速率为0.1s~(-1)条件下的双道次压缩过程的热变形行为进行研究。结果表明:动态再结晶是GH4720Li合金的主要软化机制。在双道次压缩间歇期内,合金发生亚动态再结晶、静态再结晶和晶粒长大;低于1120℃的变形间歇期,亚动态再结晶、静态再结晶和晶粒长大的速度缓慢;1120℃及以上温度的变形间歇期,亚动态再结晶、静态再结晶和晶粒长大的速度加快。随变形温度升高和第一道次变形量增大,道次间歇期的亚动态再结晶和静态再结晶速度加快。γ′相在热变形过程中发生协调变形,并发生细化。     

7150铝合金高温热压缩变形流变应力行为

在Gleeble-1500热模拟机上对7150铝合金进行高温热压缩实验,研究该合金在变形温度为300~450 ℃和应变速率为0.01～10 s~(-1) 条件下的流变应力行为.结果表明:流变应力在变形初期随着应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳;峰值应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大;可用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系来描述合金的热流变行为,其变形激活能为226.698 8 kJ/mol;随着温度的升高和应变速率的降低,合金中拉长的晶粒发生粗化,亚晶尺寸增大,再结晶晶粒在晶界交叉处出现并且晶粒数量逐渐增加;合金热压缩变形的主要软化机制由动态回复逐步转变为动态再结晶.     

Al-Mg-Si合金热变形行为与本构关系

采用热模拟压缩实验法研究了Al-0.62Mg-0.73Si合金的热变形行为,分析了热变形过程中温度、应变速率对其流变应力影响规律,并通过构建包含应变的Arrhenius本构关系模型系统地描述了热变形参量对流变应力的影响规律。实验结果表明,在所研究的热变形参数条件下,流变应力曲线均呈现出明显的动态再结晶软化特征。数据分析结果显示应变补偿的Arrhenius本构关系模型可以较为准确地预测Al-0.62Mg-0.73Si合金的热变形流变应力。本研究结果可用于优化Al-0.62Mg-0.73Si合金热变形工艺参数,并为更为全面地研究铝合金热变形行为提供了理论参考。     

Effect of Deformation Conditions on the Dynamic Recrystallization of GH690 Alloy

采用Gleeble-3500热模拟试验机进行高温等温压缩实验,研究了变形条件对GH690合金高温变形动态再结晶的影响。结果表明:GH690合金动态再结晶过程是一个受变形温度和应变速率控制的过程,在应变速率为0.001～1s-1的实验条件下,GH690合金获得完全动态再结晶组织所需的温度随变形速率的增大而升高;动态再结晶晶粒尺寸随变形温度升高而增大。采用力学方法直接从流变曲线确定了GH690合金发生动态再结晶的临界应变量,并回归出临界应变量与Z参数的关系式:εc=1.135×10-3Z0.14233。GH690合金的主要动态再结晶机制是原始晶界凸起形核的不连续动态再结晶机制(DDRX),而新晶粒通过亚晶逐渐转动而形成的连续动态再结晶机制(CDRX)则起辅助作用。     

非真空熔铸Cu-Cr-Zr合金的热变形行为

采用Gleeble-1500热模拟实验机对Cu-0.92Cr-0.068Zr合金进行高温热压缩实验,研究该合金在变形温度为500 ～ 800℃、应变速率为0.01～1 s-1工作条件下的流变应力行为和组织演变.结果表明:变形温度和应变速率对合金的高温变形有显著影响,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的降低而减小;流变曲线表现出动态回复和动态再结晶两种特征.可用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦函数算出Cu-0.92Cr-0.068Zr热变形激活能和高温热变形流变应力本构方程.合金形变组织受变形温度影响强烈.     

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。     

GH4720Li合金热变形行为和相变

对GH4720Li合金在1080~1180℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下的单道次压缩变形行为进行了研究。利用压缩实验的应力-应变关系曲线,计算了变形条件下的热变形激活能,建立了相应的本构方程和热加工图。结果表明:动态再结晶是GH4720Li合金的主要软化机制;合金在1120~1180℃、应变速率在0.1~1 s~(-1)、真应变0.7时实现完全动态再结晶,最佳变形温度为1120~1140℃;γ′相的析出行为引起峰值应力和热变形激活能显著变化;热变形激活能在1160℃,达到最小值602 k J/mol;应变速率达到1 s~(-1)以上,合金出现失稳现象。     

GH625镍基高温合金动态再结晶模型研究

在Gleeble热模拟机上对GH625合金进行了等温热压缩试验,获得了不同变形条件下该合金的真应力-真应变曲线,并对热压缩试样的微观组织进行了分析。通过对实验数据的计算,获得了GH625合金发生动态再结晶所需的临界变形量与变形温度和应变速率的函数关系;建立了合金动态再结晶的运动学方程,用该方程预测的动态再结晶体积分数与实测值吻合较好,误差的平均值为13%;构建了GH625合金的晶粒长大模型,用该模型预测的晶粒尺寸值与实测值之间的误差平均值为7.52%。GH625合金动态再结晶的形核方式主要为晶界弓出形核和亚晶合并长大形核。     

GH4141高温合金热变形行为及组织演变

通过热压缩实验研究了经均匀化处理后的GH4141合金在变形温度为1000～1200℃和应变速率为0.01-5 s^-1条件下的热变形行为,构建了GH4141合金的热变形本构方程,并分析了热变形过程中微观组织的演变规律。结果表明,GH4141合金的峰值应力和峰值应变均随着变形温度的升高和应变速率的减小而显著降低。当变形温度为1100～1150℃时,由于动态再结晶的发生,动态软化逐渐与加工硬化达到平衡,流变应力基本不变,真应力-真应变曲线趋于平稳状态。基于Zener-Hollomon参数的双曲正弦模型可以很好地描述GH4141合金热变形过程中峰值应力与变形温度和应变速率的关系。GH4141合金热变形过程中的再结晶程度随着变形温度升高、应变速率减小和变形量增加而增加。当变形温度≥1100℃,应变速率为0.01～0.1 s^-1,变形量≥50%时,合金发生完全动态再结晶。     

Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金的高温塑性变形行为

在Gleeble-1500热模拟机上对Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金进行高温热压缩实验,研究该合金在变形温度为750~900℃、应变速率为0.001~1 s 1条件下的流变应力行为。利用光学显微镜分析合金在不同变形条件下的组织演化规律。结果表明:合金的流变应力随着应变速率的增大和变形温度的降低而增大;流变应力随着应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳;变形过程中的流变应力可用Arrhenius双曲正弦本构关系来描述,平均变形激活能为454.2 kJ/mol;各种变形条件均可细化原始晶粒尺寸。随着温度的升高和应变速率的降低,合金的主要软化机制由动态回复逐渐变为动态再结晶;在(α+β)相区变形(750~850℃)时,α相对β晶粒的动态再结晶的发生起到阻碍作用。     

锻态C-276镍基合金热变形行为及热加工图

为研究锻态C-276镍基合金的热变形行为,采用Gleeble-3180D热模拟试验机对该合金在变形温度950~1200℃以及应变速率0.01~10 s^-1条件下进行一系列热压缩实验。结果表明,合金的流变应力曲线都呈现明显的动态再结晶特征,并且流变应力随变形温度的提升或者应变速率的下降而降低。根据Arrhenius模型构建该合金峰值应力下的本构方程,得出合金的变形激活能为510.484 kJ/mol。依据材料动态模型绘制合金在0.6应变下的热加工图,并结合组织分析提出该合金最优的热加工参数为(1100℃,0.01 s^-1)以及(1150℃,0.01~1 s^-1)。另外,合金的组织变化规律表明,温度的增加或应变速率的降低能够促进合金的动态再结晶晶粒的形核与长大。     

Cu-Ni-Si合金动态再结晶行为及组织演变研究

采用Gleeble-1500D热模拟试验机,对Cu-Ni-Si合金在变形温度为600～800℃、应变速率为0.01～5.00 s-1条件下,分析了合金在高温变形时的流变应力与应变速率及变形温度之间的关系,在热压缩过程中组织的变化.结果表明,应变速率和变形温度的变化对合金的再结晶影响较大,变形温度越高,合金越容易发生动态再结晶,应变速率越小,合金也越容易发生动态再结晶;在同一应变速率下合金动态再结晶的显微组织受到变形温度的影响;利用Arrhenius双曲正弦函数求得Cu-Ni-Si合金热变形激活能为245.4 kJ·mol-1.     

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。     

Al-Cu-Mg-Ag合金热压缩变形的流变应力行为和显微组织

采用热模拟实验对Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金进行热压缩实验,研究合金在热压缩变形中的流变应力行为和变形组织.结果表明:Al-Cu-Mg-Ag耐热铝合金在热压缩变形中的流变应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大;该合金的热压缩变形流变应力行为可用双曲正弦形式的本构方程来描述,其变形激活能为196.27 kJ/mol;在变形温度较高或应变速率较低的合金中发生部分再结晶,并且在合金组织中存在大量的位错和亚晶;随着温度的升高和应变速率的降低,合金中拉长的晶粒发生粗化,亚晶尺寸增大,位错密度减小,合金的主要软化机制逐步由动态回复转变为动态再结晶.     

新型耐热合金TG700C热变形及动态再结晶行为

利用等温热压缩实验,研究了TG700C合金变形温度为1050~1250℃、应变速率为1~20 s-1、变形量为60%变形条件下的热变形及动态再结晶行为。对材料高应变速率下的变形热效应进行了温升修正,获得了该合金的流变曲线和热变形本构方程,热变形过程的表观激活能为Q=624.762 k J/mol。该合金经过温升修正后的流变曲线呈现稳态的流变应力,不同变形温度和应变速率下合金的流变应力存在差异。合金的动态再结晶形核方式为应变诱导晶界迁移形核,在高温低应变速率下,动态再结晶形核容易发生,再结晶的比例随着温度的升高和应变速率的降低而提高。     

Ni_(55)Ti_(45)形状记忆合金高温变形特性及机制

采用Gleeble-3500热模拟试验机对锻态Ni_(55)Ti_(45)合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究了该合金在变形温度为650~850℃、应变速率为0.01~1 s~(-1)范围内的高温变形特性,并分析其变形机制。结果表明,应力-应变曲线呈"应变软化"型,热变形激活能为317.304 k J/mol,根据双曲正弦函数建立了峰值流变应力本构方程。微观组织观察表明,在650℃、1 s~(-1)和700℃、1 s~(-1)时发生了局部塑性流动的失稳变形,主要由变形热效应导致。高温、低应变速率利于动态再结晶的发生,但动态再结晶晶粒尺寸更大。动态再结晶形核机制以晶界弓出机制为主,同时伴随有少量的PSN机制。