42CrMo4钢高温拉伸断裂准则与机理的研究

由于变形温度和应变速率是影响42CrMo4钢高温变形损伤断裂行为的重要因素,因此综合考虑了变形温度和应变速率对材料断裂的影响。基于Cockroft-Latham断裂准则,引入温度补偿应变速率因子Zener-Hollomon参数作为修正系数对Cockroft-Latham断裂准则进行改进。通过Gleeble-3800D热模拟试验机对42CrMo4钢进行了温度为950～1100℃、应变速率为0.01～10 s~(-1)条件下的高温拉伸试验。利用试验结果采用线性拟合确定修正系数,得到改进后的断裂准则,将准则预测结果与试验结构对比验证,二则能很好吻合。利用扫描电镜观察试样拉伸断裂断口的组织形貌。结果表明:42CrMo4钢高温拉伸断裂是典型韧窝型韧性断裂,随着温度的提升,材料塑韧性明显提高;随应变速率的提高,材料塑韧性随之不显著降低。     

AZ31B镁合金高温拉伸变形行为的研究

通过高温拉伸试验,研究了AZ31B镁合金板材在250～450℃以及应变速率0.001 s-1、0.01 s-1条件下的高温变形行为,获得了材料的厚向异性系数、伸长率等成形性能参数及有关组织特征.结果表明,不同变形条件下AZ31B合金的真应力-真应变曲线均出现峰值,峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小;硬化速率随变形温度的升高而降低,在温度高于250℃时变化不大.当变形温度为250 ℃,应变速率为0.001 s-1时,合金的厚向异性系数达到最大.随变形温度的升高,AZ31B镁合金的塑性显著提高.合金的动态再结晶温度为250℃,随着应变速率增大,合金发生动态再结晶的速度加快.     

退火态42CrMo钢的热变形行为

为了研究退火态42CrMo钢的热变形行为，利用Gleeble3800热模拟试验机进行了单道次热压缩实验，获得了变形温度930～1230℃、应变速率0.001～1 s^-1条件下的高温流变应力曲线。分别应用Arrhenius方程和Yada模型构建了42CrMo钢的高温本构模型和动态再结晶动力学模型，并基于动态材料模型应用不同变形条件下的峰值应力构建了其热加工图。结果表明，在大部分变形条件下，高温流变应力曲线呈典型动态再结晶特征，由于动态再结晶的作用，流变应力随变形温度的升高或应变速率的降低而减小。基于峰值应力构建的42CrMo钢高温本构模型和动态再结晶模型可以用于预测不同变形条件下的流变应力和微观组织演变。此外，根据42CrMo钢的热加工图，最佳热加工工艺参数范围为1100～1230℃、0.01～1 s^-1。     

铸态42CrMo钢高温拉伸变形中工艺参数和动态再结晶对空洞演化的影响及微观损伤机理分析北大核心CSCD

用热模拟实验机对铸态42CrMo钢进行高温拉伸实验,分析了断口及断口附近的微观组织、空洞演化与温度、应变速率及应变之间的关系,探讨了工艺参数和动态再结晶行为对空洞演化的影响,研究了铸态42CrMo钢的微观损伤机理。结果表明:铸态42CrMo钢的变形温度控制在1423~1473 K,并控制应变速率和应变,可以抑制高温拉伸变形中的空洞萌生、长大和聚集;发生动态再结晶行为时,微空洞不易形核和长大,空洞之间聚集的间距减小,增加了断裂应变;铸态42CrMo钢高温拉伸变形过程中,氧化硅、硫化锰、氧化铝和氧化钙等夹杂物的脱落或破裂导致空洞形核,且马氏体晶粒之间也可形核。     

基于微观机理的电磁铸造35CrMo钢的高温流变本构方程

采用Gleeble-3810热模拟试验机,在变形温度为850~1150℃,应变速率为0.01~10 s-1条件下对电磁铸造35CrMo钢进行等温恒应变速率压缩试验,研究了应变温度、应变速率对35CrMo钢的高温流变应力行为的影响。以应力-位错关系和动态再结晶动力学为基础,分别构建了35CrMo钢临界应变前后的本构方程。结果表明:35CrMo钢的流变应力与应变速率呈正相关,与应变温度则呈负相关;高温低应变速率下的流变应力曲线呈现明显的动态再结晶现象,显微组织分析显示,降低应变温度和提高应变速率能有效细化变形组织晶粒。而Deform-3D有限元模拟表明,构建的本构方程能够准确预测电磁铸造35CrMo钢的高温流变应力。     

42CrMo钢中温成形性研究

为了研究42CrMo钢中温成形性,本文通过Gleeble-1500D热模拟机开展了钢在不同温度下的等温热压缩试验。确定了合理的中温成形温度区间,并在该温度内研究了成形温度和应变速率对塑性变形行为和微观组织演化的影响。结果表明:42CrMo钢合理的中温成形温度为600~750℃;钢的真应力随成形温度的升高和应变速率的减小而降低,并且在高应变速率下,真应力-应变曲线呈现出明显的波动;在中温成形过程中,钢原始组织中的片状珠光体发生了明显的球化,铁素体和球状珠光体分布均匀性提高,并且随着成形温度的升高,球状珠光体聚集现象逐渐减少,得到的微观组织是球状珠光体均匀分布在42CrMo钢组织的铁素体基体上。     

铸态42CrMo钢的高温塑性变形特性

利用Gleeble 1500D热模拟试验机,在应变速率为0.01~10 s-1、变形温度为1000~1150℃、变形量为60%的条件下对铸态42Cr Mo钢的高温塑性变形特性进行了研究。结果表明,材料的流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大;试验钢的峰值应力激活能Q=325.63 k J/mol,稳态应力激活能Q=271.84 k J/mol;变形过程中动态再结晶晶粒平均尺寸随温度的增大而增大,随应变速率的增大而减小,其自然对数与Zener-Hollomon参数的自然对数成线性关系。     

42CrMo钢亚动态再结晶行为研究

利用双道次热压缩的方法,研究了42CrMo钢在高温变形道次间隔时间内奥氏体的亚动态再结晶行为。基于试验结果,建立了42CrMo钢的亚动态再结晶动力学模型。讨论了工艺参数对亚动态再结晶晶粒大小的影响规律。结果表明,42CrMo钢很容易发生亚动态再结晶,道次间隔时间越长,材料软化程度增大,亚动态再结晶越明显。随着变形温度的升高、应变速率的增大,完全亚动态再结晶所需时间迅速减少;将亚动态再结晶动力学模型的预测结果与试验结果进行比较,二者吻合较好;变形温度越低、应变速率越大,亚动态再结晶晶粒越小。相同形变条件下,亚动态再结晶晶粒明显细于静态再结晶晶粒。     

HC1150/1400MS马氏体钢的高温本构模型

利用Gleeble1500热模拟试验机在温度范围600~900℃、应变速率范围10-2~10 s-1等对HC1150/1400MS马氏体钢试件进行等温拉伸试验,进而构建了马氏体钢热加工过程的数值模拟需要的高温本构模型,用以根据应变、应变速率及变形温度预测流动应力。试验得到该材料奥氏体组织在不同温度及应变速率下的真应力、真应变曲线,显示材料的流动应力随变形温度的降低和应变速率的提高而增大,随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。选用修正的Arrhenius双曲正弦模型对其高温力学行为进行描述,采用四次多项式拟合获得Arrhenius本构方程中参数α,β,n1,n,ln A,Q与应变的对应关系,最终确定包含变形温度及应变速率的流变应力计算方程。采用拟合度表示计算应力与实测应力的相关性,拟合度结果表明该本构模型对HC1150/1400MS马氏体钢高温流动应力的预测较准确。     

温度及应变速率对Q235B钢连铸坯高温力学性能的影响

采用Gleeble-1500D热/力模拟试验机对Q235B连铸坯高温力学性能进行了测试。测试了试验温度为950℃,应变速率分别为1×10-3、5×10-3、1×10-2、5×10-2s-1时Q235B钢连铸坯的高温力学性能,以及应变速率为5×10-3s-1的条件下,测试温度在700~1000℃时Q235B钢连铸坯的高温力学性能。结果表明:Q235B钢连铸坯的高温抗拉强度和屈服强度随应变速率的升高而增大,而断面收缩率随着应变速率的升高则降低;应变速率对Q235B钢连铸坯高温强度的影响分为敏感区和不敏感区,温度为950℃时,临界应变速率ε觶c为1×10-2s-1;随温度升高,Q235B钢连铸坯的高温抗拉强度和屈服强度均降低,Q235B钢连铸坯的断面收缩率Z随温度的升高总呈上升趋势;在850~950℃内出现了脆化区,在900℃左右时,Z值为58%;温度对硬化指数n的影响较为复杂,硬化指数n随应变速率的增大而降低。     

2205双相不锈钢中温塑性变形行为及本构方程

在AG-10TA万能材料试验机上进行2205双相不锈钢拉伸实验,实验温度473K¹073K,拉伸速率0.001s-11073K,拉伸速率0.001s-1⁰.1s-1,测定拉力和变形数据,得到真应力-真应变曲线。结果表明,2205双相不锈钢的变形抗力随应变速率的增大而增大,随变形温度的升高而减小;在中温时有明显的加工硬化现象,硬化指数n约为0.3,高温时材料发生再结晶,曲线平缓无明显加工硬化;在不同温度和应变速率下变形时,材料的延伸率均高于25%,并且随温度的升高而增大,随应变速率的变化不明显;本构方程能较好的反映2205双相不锈钢在中温变形过程中流变应力的变化,拟合精度高。     

Incoloy825高温合金热变形行为及动态再结晶模型

采用Gleeble-3800热模拟试验机，对Incoloy825高温合金在应变为0.92、温度为950～1150℃和应变速率为0.001～1 s^-1条件下进行单道次压缩试验。依据真应力-真应变曲线建立了动态再结晶临界方程和动态再结晶动力学模型。结果表明，Incoloy825高温合金热变形对温度和应变速率较为敏感，真应力-真应变曲线整体满足硬化-软化-稳态的流变过程，动态再结晶是Incoloy 825高温合金材料的主要软化机制。在热变形过程中，动态再结晶临界应变随变形温度的升高和应变速率的降低呈减小趋势。对动态再结晶动力学模型进行分析发现，动态再结晶百分含量随变形温度的升高和应变速率的降低而增大，表明高变形温度和低应变速率对动态再结晶具有促进作用。     

42CrMo钢热变形行为及热加工图研究

使用Gleeble-3800热模拟机对42CrMo钢在变形温度为1 123～1 223 K,变形速率为0.1～10 s^-1下进行热压缩实验,研究了其热变形行为,构建了42CrMo钢的本构方程;通过对材料常数(α,n,Q和ln A)的分析,得到了流动应力的预测模型;绘制了42CrMo钢的热加工图,得到最优热加工工艺区间。结果表明：材料对温度、应变速率敏感,其流变应力随着变形温度增加和应变速率降低而减小。流动应力预测模型预测精度为0.987,42CrMo钢最优工艺范围为：变形温度1 140～1 223 K,应变速率0.1～1.5 s^-1。本研究可对42CrMo钢热变形加工工艺制定提供指导。     

2A12硬铝合金热拉伸流变行为及本构建模

在变形温度350~500℃、应变速率0.01~1 s~(-1)条件下,利用Gleeble-3500热模拟实验机对2A12硬铝合金板进行热拉伸实验。结果表明:峰值应力随温度升高而减小,随应变速率提高而增大;随着应变速率减小,断裂总伸长率升高,而均匀伸长率降低;应变速率较低时,其断裂总伸长率在350~450℃时较高,升高到500℃时迅速降低,均匀伸长率则对温度变化不敏感;应变速率较高时,试样断裂总伸长率对温度变化不敏感,均匀伸长率随温度升高而降低。根据实验结果,采用Z参数建立的流变应力本构模型,能较好地描述2A12铝合金板材热拉伸变形下的流变行为。     

A356.2铝合金高温拉伸本构行为研究

从低压铸造后的A356.2铝合金铸旋轮毂的旋压坯料中取样,利用电子万能试验机进行高温拉伸试验,研究应变速率在0.0001~0.1 s~(-1),变形温度在573~673 K范围内该合金的高温拉伸流变行为。使用光学显微镜分析低压铸造后的原始铸态组织与拉伸断口处的显微组织。结果表明应变速率与变形温度对该合金的流变行为有显著影响,流变应力随温度的降低与应变速率增加而上升;伸长率随变形温度的升高和应变速率的减小而增大。变质处理后的A356.2铝合金中共晶体与α-Al枝晶分布均匀,共晶硅呈点状或蠕虫状。温度为573 K时的拉伸断口附近的金相组织没有发生明显变化,而673 K时的拉伸断口处的金相组织呈现出明显的塑性变形现象。A356.2铝合金的高温拉伸流变行为可以用Zener-Hollomon参数模型描述。通过线性回归计算出变形激活能Q=317.43 k J·mol~(-1),材料常数A=1.558×1023 s~(-1),n=7.94,α=0.0165 MPa~(-1),得出A356.2铝合金Arrhenius方程;利用双曲正弦模型建立了高温拉伸条件下的流变应力本构模型。     

X12CrMoWVNbN钢的热变形行为及热加工图

利用Gleeble3180热模拟试验机,在变形温度为950~1100 ℃,应变速率为0.001~1 s^-1,真应变为0.7的条件下,对X12CrMoWVNbN钢进行了高温单向热压缩试验。通过不同条件下的高温流变曲线分析了变形温度和应变速率对试验钢热变形力学行为的影响。以Arrhenius方程为本构模型,建立了能够预测该钢流动应力的本构方程。基于动态材料模型和试验参数、结果,绘制了该钢不同应变量下的热加工图并结合图进行了组织分析。结果表明,流变峰值应力和稳态应力随温度降低或应变速率升高而升高;功率耗散系数随应变速率降低和变形温度的升高而增大;最优热加工区域功率耗散系数η的值都在0.4以上,且这些区域的变形组织晶粒均匀细小;0.3、0.4、0.5和0.6应变下的最优热加工区域都处于变形温度1050~1100 ℃、应变速率0.001~0.003 s^-1的范围。     

薄壁纯钛管室温力学性能的研究

通过单向拉伸试验研究了四种规格薄壁纯钛管在三种拉伸速率下的室温基本力学性能。结果表明:随着管壁晶粒尺寸的减小,材料的抗拉强度、硬化指数增大;随拉伸速率的增大,抗拉强度逐渐增大,伸长率、硬化指数逐渐减小;薄壁纯钛管的应变速率敏感性指数总体较小,且随着应变的增大而逐渐减小。     

航空TC4钛合金高温力学性能

在温度200~1000℃、应变速率0.1~4 mm/min条件下对航空TC4钛合金进行高温拉伸试验,研究了拉伸温度和应变速率对钛合金力学性能的影响。采用金相显微镜和SEM进行微观组织及形貌观察、使用显微硬度计进行硬度测试,并用XRD进行物相分析。结果表明:随拉伸温度的升高,该合金的屈服强度和抗拉强度线性降低;伸长率先升高后降低;高温断口呈现蛇形滑移微观形貌,白色絮状物为钛的氧化物;硬度呈折线性变化趋势。随拉伸速率的增大,屈服强度和抗拉强度增大,伸长率先增大后减小。     

低合金钢FQK400高温拉伸的流变特性

测定了FQK400低合金钢在不同温度、不同速率下的应力-应变曲线,分析了高温应力流变规律,对抗拉强度、峰值应变和拉伸温度、拉伸速率之间的关系进行了数学回归.结果表明,FQK400钢发生动态再结晶的条件是温度在850℃以上、拉伸速率在10×10-3s-1以下.钢的抗拉强度随拉伸温度的提高呈抛物线降低;峰值应变随温度的升高呈抛物线状先降后升,谷值温度为700℃,最大应变随温度的升高先升高后降低,700℃时最高.抗拉强度、峰值应变也随拉伸速率的提高呈抛物线关系上升,而最大应变则随拉伸速率的提高而降低.800℃下、拉伸速率为0.02 s-1以下时为韧性断裂,拉伸速率为0.1 s-1以上时为脆性断裂.     

AZ91D变形镁合金的动态应变时效现象

在应变速率为1.11×10-4～1.67×10-3s-1、温度为248～523K的条件下,对固溶态AZ91D变形镁合金进行拉伸试验。结果表明:在一定的拉伸应变速率和温度区间拉伸时,AZ91D镁合金在形变过程中发生动态应变时效(DSA)现象,其典型特征表现为其拉伸曲线出现锯齿波,所对应的锯齿波类型分别呈A型及A+B混合型;应变速率敏感性系数为负值;且出现加工硬化速率峰值;出现锯齿屈服的临界应变量随变形温度升高而减小,而随应变速率增加而增大;当形变温度大于323K时,加工硬化速率随着温度升高反而急剧增大,在368K时达到峰值。