Ti6554钛合金脉冲电流辅助压缩本构模型的建立及应用

目的 基于电辅助压缩试验,建立Ti6554钛合金的电辅助压缩本构模型,并对本构模型进行验证.方法 针对Ti6554钛合金材料,在一定脉冲电流参数(电流密度为40、32、24 A/mm2,频率为1、5、10 Hz,占空比为0.7、0.5、0.3)以及应变速率为0.002、0.005、0.01 s?1、下压量为50％的条件...     

TA15钛合金高温变形行为研究

通过热模拟压缩试验,研究了TA15钛合金的高温变形行为。结果表明:应变速率较小时,变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较小;应变速率较大时,变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较大。变形温度较低时,应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较大;变形温度较高时,应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较小。同时,还建立了TA15钛合金高温变形时的流动应力本构方程,方程的计算值与实验数据吻合较好。     

Cu-Ni-Si-Ag合金高温变形行为研究

通过高温等温压缩试验,对Cu-Ni-Si-Ag合金在应变速率为0.01～5s-1、变形温度为600～800℃的动态再结晶行为以及组织转变进行了研究。结果表明,在应变温度为750、800℃时,合金热压缩变形流变应力出现了明显的峰值应力,表现为连续动态再结晶特征。同时从流变应力、应变速率和温度的相关性,得出了该合金高温热压缩变形时的热变形激活能Q和流变应力方程。并综合考虑应变速率与温度的影响,采用动态材料模型建立了该合金的热加工图,并利用热加工图分析了该合金不同区域的高温变性特征以及组织变化。     

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。     

AlFeCoNiMo0.2高熵合金热变形行为及热加工图

目的 确定AlFeCoNiMo0.2高熵合金的热加工工艺参数,为该合金热挤压工艺的制定及优化提供有效依据.方法 采用Gleeble-3800热模拟试验机,在变形温度为900～1150℃,应变速率为0.001～1 s-1,真应变量为0.6的条件下对AlFeCoNiMo0.2高熵合金进行热压缩实验.基于Arrhennius模型对热压缩实验数据进行拟合,建立AlFeCoNiMo0.2高熵合金的Arrhennius本构方程,并绘制AlFeCoNiMo0.2高熵合金在不同真应变下的热加工图.结果 AlFeCoNiMo0.2高熵合金的流变应力值与应变速率呈正相关,与变形温度呈负相关;Arrhennius热变形本构方程的平均相对误差为3.97％;该合金热加工图中的流变失稳区分别为900～1120℃/0.1～1 s-1和1120～1150℃/0.2～1 s-1;热加工安全区为1075～1150℃/0.001～0.01 s-1;最佳热加工工艺参数为:1090～1125℃/0.001～0.002 s-1.结论 AlFeCoNiMo0.2高熵合金的热变形过程为加工硬化和动态再结晶为主的动态软化,建立的Arrhennius本构方程可较好地描述该合金的热变形行为,绘制的热加工图可为该合金热挤压工艺的制定及优化提供有效指导.     

基于位错密度的钛合金电辅助压缩仿真与实验验证

目的 以新型高强韧Ti?6Cr?5Mo?5V?4Al(Ti6554)近β钛合金为对象,探讨脉冲电流对材料变形行为和温度变化的影响规律,揭示Ti6554钛合金在不同电流密度下的位错密度演化规律。方法 对材料进行不同电流密度、占空比、应变速率条件下的电辅助压缩实验,建立考虑位错密度的修正电塑性本构模型,基于ABAQUS进行UMAT子程序开发,建立电?热?力三场耦合有限元模型,模拟Ti6554钛合金电辅助压缩变形过程,并进行实验验证。结果 随着电流密度和占空比增大流动应力减小,随着应变速率增大流动应力也增大;电辅助压缩实验结果与模拟结果相比的平均误差为6.31%,验证了模型的有效性;通过子程序状态变量输出位错密度的变化发现,电流密度为15.92、23.88、27.87、31.88、39.81 A/mm²的位错密度分别下降了15.34%、55.63%、68.23%、83.84%、89.13%,表明位错密度随电流密度的增大而降低。结论 建立了基于位错密度的电塑性本构模型和电-热-力多场耦合的有限元模型,能够模拟Ti6554钛合金的电压缩变形行为,并且表征了位错增殖、位错湮灭及动态回复,获得了其位错密度的演化规律。     

铸态Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金热压缩行为及热加工图

目的 研究铸态合金Mg?2Sc?2Y?0.5Zr合金热压缩行为及热加工图,根据合金的用途和再结晶程度,确定最佳热加工艺参数,为合金后续变形提供参考。方法 通过实验设计合金成分,称取一定质量的纯镁锭和二元中间合金,在真空熔炼炉中加热至760 ℃,保温至熔化,搅拌,静止,然后在钢磨具中空冷,得到合金锭。实际成分通过电感耦合等离子体原子发射光谱法测定;切取合适大小的铸锭进行X射线衍射实验。用于热压缩的铸态样品为圆柱形试样(?10 mm×15 mm) ,在进行热压缩实验前,对所有样品表面进行抛光。使用Gleeble?3800热压缩模拟试验机对铸态Mg?2Sc?2Y?0.5Zr合金进行热压缩试验,变形温度为573~723 K,应变速率为0.001~1 s^?1。经热压缩后将各试样立即进行水淬,以保持压缩变形组织。将压缩样品沿着纵轴切割压缩样品,然后抛光、蚀刻,并使用扫描显微镜进行检查,以观察微观结构的演变,计算该合金的变形激活能,并构建合金高温变形的本构方程,建立真应变为0.5时的热加工图。结果 得到了铸态Mg?2Sc?2Y?0.5Zr合金热变形本构方程及真应变为0.5时的热加工图,合金热变形发生了动态回复和动态再结晶,合金的热变形激活能Q为198.58 kJ/mol。结论 根据用途和再结晶程度,铸态Mg?2Sc?2Y?0.5Zr合金的最佳加工参数为变形温度623~673 K、应变速率0.001~0.01 s^?1,以及变形温度723 K、应变速率0.001~1 s^?1。     

Ti─17合金高温变形机理研究

用热模拟压缩试验研究了Ｔｉ－１７合金高温变形特点，通过金相组织和ＴＥＭ观察发现，β区变形是以扩散回复型变形机制占主导地位；高应变速率下只发生动态回复；低应变速率下发生连续再结晶。（α＋β）区变形是界面滑移，高应变速率下易发生动态再结晶。试验还确定了变形激活能Ｑ和应变速率敏感因子ｍ值，β和（α＋β）区中分别为１６１ｋＪ／ｍｏｌ、４３７ｋＪ／ｍｏｌ和０．３２、０．２５。     

Ti-Al-Nb合金的热变形与动态再结晶行为研究

目的 建立本构方程及动态再结晶模型,描述热变形条件对Ti-Al-Nb合金动态再结晶以及合金软化的影响规律。方法 基于热模拟压缩变形试验,获得Ti-Al-Nb系合金在不同热变形工艺参数下的应力应变曲线。采用双曲正弦模型表征流动应力,通过线性回归等数据处理方式求得各参数的具体数值。结果 求得动态再结晶活化能Q=197.626 kJ/mol,材料常数A的平均值为3.173×10⁶,建立流动应力本构方程。Z/A为无量纲参数,通过最小二乘线性拟合求得ε^*=344×10⁵(Z/A)^0.495,εc=16.15(Z/A)^0.24。结论 Ti-Al-Nb系合金在峰值应力出现之前均发生了动态再结晶:当应变速率较高时,在流动稳定前会发生强烈的软化,曲线显现双峰;当应变速率较低时,在加工硬化和软化作用达到平衡后逐渐进入稳定阶段,此时曲线显现单峰。研究结果将为Ti-Al-Nb系合金的精密塑性成形提供一定的技术参考和理论依据。     

Nb47Ti合金热变形行为及微观组织

目的 研究Nb47Ti合金在变形温度为600～750℃、应变速率为0.001～1s?1条件下的热变形行为和微观组织。方法 采用Gleeble-3500型热/力模拟试验机进行等温恒应变速率压缩实验,获得Nb47Ti合金热变形的真应力应变曲线,并利用EBSD技术手段分析热变形后的微观组织。结果 Nb47Ti合金在变形温度小于650℃、应变速率小于0.1s?1下热变形的真应力-应变曲线为动态再结晶型曲线,变形温度大于等于700℃时呈现为动态回复型曲线;峰值应力随变形温度的升高和应变速率的减小而减小;在变形温度为650℃、应变速率为0.001 s?1下热变形组织以再结晶晶粒和亚晶粒为主,随着应变速率的增大,动态再结晶晶粒不断减少,而亚晶粒和变形晶粒增多,晶粒得到显著细化。当应变速率为0.1 s?1时,随着变形温度的增加,晶粒尺寸增大,变形温度升高至750℃,热变形组织中亚晶粒所占比例高达50.5%。结论 Nb47Ti合金是温度和正应变速率敏感材料,随变形温度的升高和应变速率的增大,变形过程中动态回复软化机制更为显著,低温、高应变速率下变形获得的再结晶晶粒尺寸小。     

颗粒增强钛基复合材料等温热变形与组织演化规律

目的突破难变形颗粒增强钛基复合材料热加工关键技术,以满足航空航天、武器装备等领域对轻量化耐高温钛基复合材料的战略需求。方法采用等温热变形技术研究颗粒增强钛基复合材料(TiB+La_2O_3/Ti)的热变形行为及微观组织演化规律,在变形温度为850~1100℃、应变速率为0.001~1 s~(-1)的条件下,建立该复合材料的本构方程及热加工图,结合微观组织演化规律分析,确定该复合材料等温热变形最佳加工工艺范围。结果增强体的加入,使钛基复合材料的流变应力和变形激活能提高,缩小了有效加工区间;材料热加工图中存在2个功率耗散率峰值区域,分别位于α+β两相区(900~950℃,0.003~0.1 s~(-1))和β单相区(1075~1100℃,0.3~1 s~(-1));在两相区易于发生连续动态再结晶,而单相区则对应于β晶粒的"项链"再结晶和片状α相的动态回复。结论该难变形复合材料等温热变形的最佳工艺范围为温度900~950℃、应变速率为0.003~0.1 s~(-1)。     

TC1钛合金板材热加工性能研究

目的 研究新一代飞机用TC1钛合金板材在不同温度和应变速率下的热塑性变形行为,进行热变形本构建模,构建热加工图。方法 在Gleeble-3500热模拟试验机上开展TC1钛合金板材在温度为500～650℃、应变速率为0.01～0.0001 s^-1条件下的等温恒应变速率单向拉伸试验,利用应变补偿的双曲正弦模型进行热变形本构拟合,绘制热加工图。结果 在同一温度下,TC1钛合金的流动应力随应变速率的减小而降低,但伸长率增加,最大断裂应变增大;变形温度在500℃时,加工硬化占据主导地位,随着温度升高至550、600、650℃,硬化阶段变短,应力达到峰值后很快下降,发生软化,此时热软化占主要地位。结论 建立的应变补偿的双曲正弦本构模型能够有效描述TC1钛合金板材在不同温度和应变速率条件下的热塑性变形行为;根据建立的TC1钛合金板材热加工图,可以确定其热加工工艺窗口为600～650℃、0.000 1～0.001 s^-1,为TC1钛合金板的热加工提供科学指导。     

基于摩擦修正的 TA15 钛合金热变形行为及加工图

目的采用Gleeble-3500热模拟实验机,研究TA15钛合金在变形温度为900~1050℃、应变速率为0.01~1 s-1条件下的热压缩流变行为及变形组织。方法采用一种简单有效的方法修正了TA15钛合金热压缩实验中摩擦引起的误差;计算出了TA15钛合金的应力指数和热变形激活能,建立了含有Z参数的双曲正弦函数形式本构方程;基于Murty准则,建立了其加工图。结果TA15钛合金的热压缩流变行为可采用含有Z参数的双曲正弦函数形式本构方程来描述,其平均变形激活能为625.884 kJ/mol;通过分析热加工图,确定了最优热变形工艺参数为:T=950℃,ε=0.01 s-1。结论研究结果可为TA15钛合金的塑性变形数值模拟提供基础,对合理制定热加工工艺具有重要指导意义。     

钛合金热变形机制及微观组织演变规律的研究进展

综述了当前国内外钛合金在热加工过程中的变形机制及微观组织演变规律方面的研究成果.主要讨论了α,α β和β钛合金在β区、α区或α β两相区热变形的流变曲线特征,应力指数和变形激活能参数,α相和β相的变形方式、再结晶和回复以及α β两相组织的球化等组织演变机制及规律.     

Cu-3.0Ni-0.64Si合金的热变形行为

对Cu-3.0Ni-0.64Si合金进行了变形温度为750~900℃、变形速率为0.001~1s~(-1)条件下的等温压缩实验。结果表明,随着变形温度升高或变形速率降低,峰值应力明显降低,合金容易发生动态再结晶。通过线性回归分析,求得Cu-3.0Ni-0.64Si合金的变形激活能为410.4kJ/mol,建立了Cu-3.0Ni-0.64Si合金的高温热变形流变应力本构方程6)ε=e~(40.56)[sinh(0.017σ)]~(5.21)exp[-410.4×10~3/(RT)]。分别讨论了变形温度和变形速率对Cu-3.0Ni-0.64Si合金在等温压缩变形中显微组织的影响。最后基于动态材料模型理论,用Prasad失稳判据,得到不同真应变量下的热加工图。优化后的工艺参数为变形温度860~900℃和变形速率0.002~0.01s~(-1)。     

TC2钛合金的高温热变形行为

对TC2钛合金的高温变形行为进行了有限元模拟和热压缩实验研究,使用有限元自洽模型模拟提高流动应力曲线修正精度,分析材料的应力应变曲线特征,得到其高温流动本构方程和激活能,并进行了光学显微镜观察研究其微观组织演变规律,发现在高温低应变速率下α相的球化程度较高。绘制出TC2钛合金的功率耗散图和热加工图,结合应变速率敏感系数m研究了受m值控制的不同变形机制,最终确定了TC2钛合金的最佳加工窗口：(I)760~825℃、0.007~0.024 s^-1;(II)850~900℃、0.018~0.37 s^-1;(III)900~950℃、1~10 s^-1,在此区间功率耗散因子较大,在材料变形过程中发生充分动态再结晶,试样的微观组织呈细小等轴状。     

2195铝锂合金热变形流变行为与热加工图研究

目的 研究2195铝锂合金在实验温度360~510 ℃、应变速率0.01~10 s⁻¹条件下的热压缩变形行为,建立其本构模型及热加工图,获取该合金的安全加工工艺参数。方法 采用Gleeble−3500热模拟试验机进行热变形实验,分析合金的流变行为及热加工图,结合微观组织阐述其热变形机理,并对所得最优参数进行热挤压实验验证。结果 2195铝锂合金的流变应力随变形温度增加而减小,随应变速率增加而增加;其热激活能Q为203.643 9 kJ/mol、结构因子A为1.943 9×10¹⁴、应力因子α为0.013、应变硬化指数n为5.883 9。确定合金的主要失稳区工艺参数区间为379~420 ℃、0.75~10 s^–1和480~510 ℃、1～10 s⁻¹,安全加工区间为440~510 ℃、0.01~0.25 s⁻¹。铸态2195铝锂合金的屈服和抗拉强度分别仅为(179±6)MPa和(239±11)MPa,经热挤压实验后分别达到(605±6)、(633±3)MPa,分别提高了3.5和2.6倍;铸态合金的显微硬度仅为(115±1)HV,热加工后型材达到(178±4)HV,相较于铸态合金增加了54%。结论 2195铝锂合金的流变行为符合正应变速率敏感特征,其安全加工区域集中在高温低应变速率区,主要发生了动态再结晶,实验型材在此区域表现出卓越的力学性能。