基于加工图的塑性失稳准则比较研究

介绍基于加工图理论的各种塑性失稳准则,比较分析各个准则的区别,以及各参数的物理意义,并以Ti2AlNb基合金为研究对象建立Prasad、Murty、Gegel和Malas准则的热加工图.结合试验结果分析和对比4种塑性失稳准则下加工图的区别发现:Prasad和Murty准则的塑性失稳图相似,均位于高应变速率区,且Murty准则的塑性失稳区稍窄;Gegel和Malas准则的塑性失稳图相似,塑性失稳区比Prasad和Murty准则的明显偏大,除高应变速率外,还能预测高温低应变速率的塑性失稳现象;解释可能出现各种失稳现象的原因,并结合各种塑性失稳准则提出判断材料塑性变形失稳的选用原则.     

GH3535合金的热变形和热加工图(英文)

通过热压缩实验研究GH3535合金在温度区间1000~1200°C和应变速率区间0.01~50 s-1的热变形行为。在实验数据基础上得到合金应力曲线和热加工图,且其激活能为356.3 k J/mol。热加工图分为2个区域,稳定区域发生在所有温度区间和应变速率区间0.01~1 s-1,失稳区域发生在应变速率区间1~50 s-1。显微组织观察表明,完全动态再结晶发生条件为(1150°C,0.01 s-1),(1200°C,0.01 s-1)和(1200°C,0.1 s-1),不同条件下得到的晶粒尺寸不同且有未溶解碳化物。流变失稳区域有局部流变和裂纹出现。     

粉末冶金Ti-47Al-2Cr-0.2Mo合金的流变行为及加工图(英文)

采用Gleeble-1500热模拟试验机进行等温压缩实验,在变形温度为1000-1150°C、应变速率为0.001-1s-1的条件下,研究粉末冶金Ti-47Al-2Cr-0.2Mo合金的流变行为。结果表明:变形温度和应变速率对该合金的流变行为有显著影响,流变应力随应变速率的增加和变形温度的降低而增大。不同应变条件下的加工图表明该合金的加工图对应变量很敏感。应变量为0.5时,对应的加工图表明粉末冶金Ti-47Al-2Cr-0.2Mo合金合适的加工区域是:温度1000-1050°C、应变速率0.001-0.05s-1;温度1050-1125°C、应变速率0.01-0.1s-1。对热变形后合金的显微组织和加工图进行分析,发现1000°C,0.001s-1是该合金进行热变形的最佳工艺参数。     

新型Al-Zn-Mg-Cu合金高温塑性变形行为的加工图

采用Gleeble-1500热模拟机进行恒温和恒速压缩变形实验,变形温度为300～450℃和应变速率为0.001～1 s-1,研究了新型Al-Zn-Mg-Cu合金的高温塑性变形行为,并根据动态材料模型（DMM）建立了合金的加工图。结果表明,合金高温压缩变形均存在稳态流变特征且属于正应变速率敏感材料;在实验范围内,变形温度450℃、应变速率0.001 s-1的高温低应变速率变形区域的功率散耗率最大,约为0.61;合金热变形的最佳工艺参数为：热加工温度390～410℃,应变速率0.018～0.135 s-1。     

GH738高温合金热加工行为

采用Gleeble-1500热模拟机对GH738镍基高温合金进行高温热压缩变形实验,分析该合金在变形温度1000~1160℃、应变速率0.01~10s-1、工程变形量15%~70%条件下流变应力的变化规律。确定GH738合金热变形方程,建立热加工图(Processing map),并通过组织观察对热加工图进行解释。GH738合金热变形激活能Q为499kJ/mol;热加工图随不同变形量而变化,在应变速率较低,温度较高的状态下,能量耗散效率较高。综合应变量为0.2,0.4,0.6和0.8应变量下的热加工图,确立了该合金最佳热加工"安全通道",为GH738高温合金热加工工艺优化提供理论依据。     

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。     

基于神经网络的镍基高温合金流变行为分析

研究了镍基高温合金GH4169的高温流变行为,并建立了神经网络预测模型。结果表明,基于神经网络的镍基高温合金流动应力计算结果与实验测量值吻合较好,说明该模型的准确性较高。     

GH674高温合金的热变形行为

采用Gleeble-1500热模拟机对GH674高温合金在应变速率为0.01s-1~1.0s-1、变形温度为950℃~1200℃、真应变为1的条件下的热变形行为进行了研究。结果表明,在试验研究的变形条件下,GH674型高温合金在热压缩变形过程中发生明显的动态再结晶;用Zener-Hollomon参数的指数函数能较好地描述该合金高温变形时的流变行为;所获得的峰值应力热变形方程为σp=21.3139ln.ε+9.580495×105/Τ-538.11638;其热变形激活能Q为373.7102803kJ/mol。     

Al-Zn-Mg-Sc-Zr合金的热变形行为及加工图

在Gleeble-1500热模拟试验机上对Al-5.5Zn-1.5Mg-0.2Sc-0.1Zr铝合金进行高温等温压缩实验,研究该合金在变形温度为300～500℃、应变速率为0.01～10s-1条件下的流变行为,建立合金高温变形的本构方程和加工图,采用电子背散射衍射(EBSD)分析变形过程中合金的组织特征.结果表明流变应力随变形温度的升高而降低;当应变速率ε=10s-1,变形温度为300～500℃时,合金发生了动态再结晶.Al-5.5Zn-1.5Mg-0.2Sc-0.1Zr合金的高温流变行为可用Zener-Hollomon参数描述.在热变形过程中,随着真应变增加,合金的变形失稳区域增大.该合金适宜的变形条件如下变形温度300～360℃、应变速率0.01～0.32s-1,或变形温度380～500℃、应变速率0.56～10s-1.     

镁合金AZ31B的高温塑性变形及加工图

采用加工图理论系统分析了AZ31B镁合金在高温变形过程中的变形行为.结果表明:采用加工图理论分析材料的高温变形行为能准确直观地反映出材料在不同变形条件下的组织演变规律.分析加工图发现,AZ31B镁合金在300℃以上具有很好的塑性,但是在变形温度为300～350℃时则需要采用较高的应变率,反之则会出现流变失稳现象,合金的塑性显著降低.     

15Cr-25Ni-Fe基合金高温塑性变形行为的加工图

在Gleeble-1500热模拟机上对15Cr-25Ni-Fe基合金GH2674进行了热压缩实验,采用动态材料模型的加工图研究了其在950-1200℃和0．001-10S^-1条件下的热变形行为．结果表明：GH2674合金在热变形时呈现两个微观机制不同的动态再结晶峰区．再结晶Ⅰ区：功率耗散效率峰值为38％,峰值对应的温度和应变速率分别为1040℃与10s^-1;再结晶Ⅱ区：功率耗散效率峰值为40％,峰值对应的温度和应变速率分别为1075℃与0．04s^-1．在1075-1100℃温度区间内,可能是晶界相M382的溶解造成该合金的晶粒粗化,这在一定程度上会影响合金的热加工性能．在应变速率小于0．01s^-1、形变温度高于1050℃条件下,合金呈现晶粒急剧粗化现象,进而导致在热变形过程中楔形裂纹的产生;在应变速率高于0．1s^-1、形变温度低于1000℃条件下,合金有出现剪切变形带的趋势．根据上述加工图对GH2674合金的热变形工艺进行了初步设计．     

Hot deformation of spray formed nickel-base superalloy using processing maps

The hot compression testing of hot isostatically pressed（HIPed） spray formed（SF） nickel-base superalloy was carried out by thermal mechanical simulator in the temperature range of 1 050-1 140 ℃ at strain rates of 0.01-10 s^-1 and engineering sWain of 50%. A processing map was developed on the basis of these data by using the principles of dynamic materials modeling. The microstructural evolution of deformed samples was also examined on the basis of optical and electron microscopic observations. The map exhibits two domains： the instability domain at the temperatures of 1 050 ℃-1 110 ℃ and strain rate of 0.01 s^-1, the stability domain at the temperatures of 1 110℃- 1 140℃and strain rates of 1 s^-1- 10 s^-1, with a peak efficiency of about 40%. The dynamic recrystallization（DRX） is observed in the stability domain and the deformed specimens are no cracking or instabilities. However, there is no DRX in the instability domain and the alloy exhibits flow instability with cracks due to poor workability. The optimum hot working condition was determined in the stability domain.     

基于DMM加工图的7050铝合金热塑性变形参数优化识别

采用Gleeble-1500热物理模拟试验机对7050铝合金在变形温度573～723 K、应变速率0.01 ～10 s-1、最大压缩量80％的条件下进行了等温压缩实验,得到该合金多组真实应力-应变数据,以此作为计算应变速率敏感指数(m值)、功率耗散系数(η值)、失稳判据(ζ值)三重判据的底层材料数据.通过m值、η值和ζ值的正负分布而三重递进识别出不同应变下稳定变形参数区和失稳区,最后将不同应变下的功率耗散图和失稳图叠加以构建含应变影响的系列加工图,基于此识别出高η值和高ζ值的最优化稳定变形参数区,以及负m值、负η值和负ζ值的最大化失稳变形参数区,可以为确定最佳的热变形工艺参数提供理论指导.     

Cu-Cr-Zr-Y合金热压缩力学行为及热加工图

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cu-Cr-Zr-Y合金进行高温等温压缩试验,变形温度和应变速率分别为650~850℃和0.001~10 s-1,对合金高温热压缩过程中的变形行为进行研究。结果表明:其流变应力随应变速率的提高而增大,随变形温度的升高而减小。并根据动态材料模型绘制和分析了该合金的热加工图,得出了热变形过程的最佳工艺参数为:温度为800~850℃,应变速率范围为0.001~0.1 s-1。     

GH4169高温合金的静态再结晶动力学

对GH4169高温合金在Gleeble-3500热模拟实验机进行了双道次和单道次热压缩实验。分析了变形温度、应变速率、间隔保温时间、变形量和初始晶粒尺寸对GH4169高温合金静态再结晶体积分数的影响。实验结果表明:变形温度越高、应变速率越大、道次间隔时间越长,变形量越大,初始晶粒度越小,静态再结晶体积分数越大。根据实验结果,建立了GH4169高温合金的静态再结晶模型,并将所建立的模型的预测结果和实验结果进行了对比分析,二者比较吻合。     

Hot working characteristics of HEXed PM nickel-based superalloy during hot compression

To study the hot deformation behavior of a new powder metallurgy nickel-based superalloy, hot compression tests were conducted in the temperature range of 1020–1110 °C with the strain rates of 0.001–1 s⁻¹. It is found that the flow stress of the superalloy decreases with increasing temperature and decreasing strain rate. An accurate constitutive equation is established using a hyperbolic-sine type expression. Moreover, processing map of the alloy is constructed to optimize its hot forging parameters. Three domains of dynamic recrystallization stability and instability regions are identified from the processing map at a strain of 0.7, respectively. The adiabatic shear band, intergranular crack and a combination of intergranular crack and wedge crack are demonstrated to be responsible for the instabilities. Comprehensively analyzing the processing map and microstructure, the optimal isothermal forging conditions for the superalloy is determined to be t=1075–1105 °C and =10⁻³–10^−2.8 s⁻¹.     

GH4049合金的热加工图研究

在Gleebe-1500热模拟机上对0H4049合金进行了热模拟压缩实验,采用动态材料模型建立了合金的热加工图.基于热加工图研究了GH4049合金在温度为1060～1180℃、应变速率为0.1～50s-1条件下的热变形特性.结果表明,GH4049合金的热变形失稳区域集中在温度为1060～1110℃、应变速率为0.7～50s-1及温度为1120～1180℃、应变速率为1.8～50s-1的两个区域内;在合金的热变形稳定区域内,温度为1110～1175℃、应变速率为0.1～1.8s-1是合金典型的动态再结晶区域,对应的峰值效率为32％.