GH141镍基高温合金的热变形行为和组织演变

通过热压缩实验研究了GH141镍基高温合金在变形温度为1040～1160℃、应变速率为0.01～10 s^-1条件下的热变形行为和组织演变，分析变形温度和应变速率对流变行为的影响，对流变应力进行摩擦、温度和应变修正补偿，用修正后的流变应力构建更加精准的本构方程并绘制热加工图，分析不同热加工区的微观组织演变以验证得到的最优热加工区。结果表明：压缩流变应力对变形温度和应变速率较为敏感，综合摩擦、温度变化和应变补偿修正的本构方程能较好地预测不同变形条件下的热压缩流变应力，结合热加工图及不同热加工区域内的微观组织演变确定最优热加工区为变形温度1130～1145℃、应变速率为0.1～5 s^-1，此区域内动态再结晶完全，晶粒内部几乎不存在畸变，晶粒组织为等轴晶，且较均匀。     

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。     

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。     

DH780钢的热变形行为及热加工图

采用Thermecmastor-Z热模拟试验机研究了试验钢在800~1150 ℃、应变速率0.01~10 s^-1的热压缩变形行为,并观察变形后显微组织。基于试验数据分析,确定了试验钢在奥氏体区的热变形方程,建立试验钢在0.8真应变下的热加工图。结果表明:试验钢的流变应力和峰值应变随变形温度的升高而减小;试验钢在奥氏体区的热变形激活能为385.91 kJ/mol。根据试验钢功率耗散及流变失稳判据确定最佳热加工工艺参数为热变形温度范围1050~1150 ℃和应变速率0.01~0.1 s^-1。在该范围内,试验钢发生完全动态再结晶,功率耗散系数为17%~32%。     

铸态Cr5钢热变形行为及热加工图的研究

以支承辊常用材料铸态Cr5钢为研究对象，在单道次热压缩试验的基础上，对其在不同试验参数下的热变形行为及热加工图进行分析研究。试验中，变形温度为850～1220℃,变形速率为0.01～1 s^-1,真应变为0.7。利用试验数据绘制了铸态Cr5钢的真应力-真应变曲线，得出影响流变应力的因素。并通过拟合曲线计算了各待定材料系数，给出了铸态Cr5钢的流动应力方程。最后，基于真应力-真应变曲线，绘制了0.1～0.6应变范围内的热加工图。结果表明：提高变形温度以及减小应变速率可以降低Cr5钢的流变应力，有助于动态再结晶的发生；而随着应变的增加，失稳区域与功率耗散因子变大。Cr5钢高温下最适宜的加工参数区间为：变形温度为1000～1200℃,应变速率为0.03～0.37 s^-1。     

TC21钛合金热压缩本构方程及热加工图

为准确获得TC21钛合金塑性加工的变形特征和热加工条件，合理设计锻造工艺参数，利用Gleeble-3500热模拟机进行等温恒应变速率热压缩试验，研究了TC21钛合金在变形温度为830～1010℃、应变速率为0.01～10 s^-1条件下的热变形行为，采用Arrhenius双曲线正弦函数推导出TC21钛合金本构方程。并基于动态材料模型(Dynamic Materials Model, DMM)建立了TC21钛合金的热加工图。结果表明，在本试验的变形条件下，该合金的流变应力随着变形温度的降低和应变速率的升高而增大。根据热加工图确定了合金的热加工安全区域为：变形温度为900～940℃、应变速率为0.01～0.05 s^-1和变形温度为970～1010℃、应变速率为0.01～0.08 s^-1。     

2507超级双相不锈钢的流变应力本构关系及热加工图

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了热变形温度为950~1200 ℃、应变速率为 0.01~10 s^-1条件下2507超级双相不锈钢的热压缩变形行为,并借助光学显微镜观察了不同变形过程中的微观组织演化。基于试验数据分析,建立2507超级双相不锈钢的流变应力本构关系及热加工图。结果表明:流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而逐渐降低,在高应变速率下,流变曲线出现“类屈服平台”。试验钢的热变形激活能为414.57 kJ·mol^-1,应力指数为4.18,峰值应力本构方程为ε·=3.69×10¹⁵[sinh(0.0101σ)]^4.18exp-414.57RT,根据微观组织分析及热加工图确定出试验钢的最佳热加工区域为热压缩温度1060~1120 ℃,应变速率0.01~0.1 s^-1。     

0.30C-Cr-W渗氮轴承钢的热变形特性

为了探究0.30C-Cr-W渗氮轴承钢的最佳动态再结晶条件和热变形机理,利用Gleeble3800热模拟试验机对试验钢进行了等温热压缩模拟试验,试验变形温度为750~1050 ℃,应变速率0.01~10 s^-1,变形量60%。结果表明,峰值应力随变形温度的降低和应变速率的升高而增大,在应变速率为0.01∼0.1 s^-1,变形温度为950~1050 ℃时,发生明显动态再结晶;具有双曲正弦函数型的本构方程能较好地描述0.30C-Cr-W渗氮轴承钢的流变行为;0.30C-Cr-W渗氮轴承钢的形变激活能为442.022 kJ/mol。基于动态材料模型和流变应力数据建立了热加工图。通过热加工图及微观组织的观察确定了变形温度950∼1050 ℃,应变速率0.01∼0.15 s^-1为最佳热变形条件;变形温度750∼950 ℃,应变速率1.2∼10 s^-1为流变失稳区。     

316L/Q420双金属热变形行为及热加工图

为研究不锈钢和低合金高强钢双金属的高温变形行为，对316L/Q420双金属进行了温度为950～1150℃、应变速率为0.01～10 s^-1、最大变形量为50%的单向热压缩试验，通过观察试验结果，研究了该双金属的热变形行为，进而构建了基于Z参数的Arrhenius本构方程，并应用动态材料模型和Prasad失稳判据绘制了应变分别为0.1、0.3、0.5和0.7时的热加工图。结果表明，316L/Q420双金属热变形具有典型的动态再结晶型特征，流变应力随温度的升高和应变速率的降低而减小；根据所建本构方程得到的预测应力与试验值之间有良好的线性相关性。对应热加工图，综合分析了碳钢侧微观组织状态和脱碳层厚度，确定了最优热加工工艺窗口为：变形温度为1110～1150℃,应变速率为1.284～10 s^-1。     

Cu-15Ni-8Sn合金热变形行为及热加工图

利用Gleeble-1500D热力模拟机对Cu-15Ni-8Sn合金进行热压缩试验,研究了该合金在变形温度700～900℃,应变速率为0.003～5 s^-1,总变形量为60%下的热变形行为和热加工性能。结果表明：合金的流变应力随变形程度的增加先急剧增加到最大值后持续下降,流变应力峰值随温度升高而降低,随应变速率增加而增加。基于合金流变应力曲线关系分别构建了耦合应变的修正的Arrhenius双曲正弦模型和热加工图,并得到合金热变形激活能为195976 J·mol^-1,试验范围内Cu-15Ni-8Sn合金最佳热加工参数：变形温度800～900℃,应变速率0.003～5 s^-1。在较优工艺条件下,合金组织主要由动态再结晶晶粒和变形晶粒组成。     

Mg-4Zn-2Y合金的高温拉伸流变本构关系

通过对轧制态Mg-4Zn-2Y合金在不同热变形温度以及应变速率下进行高温拉伸试验,研究了Mg-4Zn-2Y合金在不同工艺参数下进行热变形时流变应力的变化规律,并绘制了热加工图。结果表明,流变应力与变形温度以及应变速率均有关系,热变形温度不变时,材料的最大流变应力会随着应变速率的提高而增大;在应变速率不变时,材料的最大流变应力随着变形温度的升高会逐渐下降。采用双曲正弦修正的本构模型确定了轧制态Mg-4Zn-2Y合金的变形激活能Q=242 233.2 J·mol^-1,应力指数n=8.09。通过热加工图确定了Mg-4Zn-2Y合金的可加工区域为472.15~545.00 K,10^-3~10^-4 s^-1和545.00~672.15 K,10^-4~10^-1 s^-1。     

耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN的热变形行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机，研究了耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN在变形温度为900～1200℃、应变速率为0.01～1 s^-1、变形量为0.5条件下的热压缩变形行为和微观组织演化规律。基于真应力-真应变曲线分析不同变形温度和应变速率对试验钢热变形行为的影响，采用Arrhenius双曲正弦方程构建耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN的流变应力本构模型，并结合动态材料模型(DMM)绘制了热加工图。结果表明，流变峰值应力随变形温度升高或应变速率下降而降低，在应变速率为0.1 s^-1时，变形温度达到1000℃后开始出现再结晶，且随变形温度升高再结晶晶粒越大；在不同温度下组织中均发现有δ铁素体，其含量随温度升高而增加。结合热加工图和微观组织分析，确定了耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN的最佳热加工区域为1068～1172℃, 0.08～0.12 s^-1。     

00Cr12Ni11Mo1Ti2高强度不锈钢的热加工图与显微组织分析

为了获得00Cr12Ni11Mo1Ti2高强度不锈钢热加工图，优化其热加工工艺参数，采用Gleeble-3800型热模拟试验机，在变形温度为850～1150℃,应变速率为0.01～10 s^-1的条件下对试验钢进行了热压缩试验，研究了其热变形行为。构建了试验钢在峰值流变应力下的本构方程，并且基于动态材料模型构建了能量耗散图，并分别采用Prasad和Murthy两种失稳判据构建了试验钢的塑性失稳图。结果表明：00Cr12Ni11Mo1Ti2钢在能量耗散率低于0.3的变形区间内同样可以发生动态再结晶，在应变速率为1.0～10 s^-1,变形温度为850～1000℃的区间内，试验钢仅发生了部分动态再结晶且伴有大量的局部变形带产生，与Murthy准则预测的塑性失稳区更加吻合；在变形温度为1050～1150℃,应变速率为0.01～10.0 s^-1的区间内试验钢具有最佳的热加工性能，可获得细小均匀的原奥氏体晶粒组织。     

含铝节镍型奥氏体耐热钢(AFA钢)的热变形行为与热加工图

为了预测含铝节镍型奥氏体耐热钢(AFA钢)的热变形行为,利用Gleeble-3500热力模拟试验机对AFA钢进行了温度950～1150℃、应变速率0.01～10 s^-1、真应变为0.51～1.2的高温热压缩试验,构建了本构方程,并建立了热加工图。结果表明,在同一应变速率下,随着变形温度的升高,AFA钢的流变应力逐渐降低,在同一变形温度下,随着应变速率的增加,流变应力随之增加。在真应变为0.69(变形量为50%)下,预测应力与实际应力的线性相关系数R²为0.998 53,随着应变的增加,材料的失稳区域先减小后增大,集中于低温区;高效率区域变大,且高效率区域集中于变形温度为1100～1150℃、应变速率为0.01～0.1 s^-1之间,说明AFA钢适合在高温低应变速率的情况下进行热加工。     

新型Al-Mg-Si-RE合金的热变形行为

设计制备了4种不同Mg/Si比并添加稀土元素Ce、Er、Zr和B的新型Al-Mg-Si合金,并研究了其显微组织与导电率及抗拉强度。然后以一种优化成分的Al-Mg-Si-RE合金为研究对象,通过 Gleeble-3500热模拟机进行热压缩试验,研究了变形温度为300~450 ℃,应变速率为0.001~1 s^-1时该新型合金的热变形行为。通过试验数据构建该合金的本构方程和热加工图,通过光学显微镜研究显微组织的演变。结果表明,当Mg/Si比为1.4时,该合金具有优异的性能,该合金流变应力随着变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。计算得到该合金的热变形激活能为176.188 kJ/mol,所得本构方程对该合金的流变行为具有指导作用。由热加工图可知,该合金适宜在变形温度为300~320 ℃,应变速率为0.001~0.015 s^-1或变形温度为430~450 ℃,应变速率为0.001 s^-1或1 s^-1附近的条件下进行热加工。     

轻轨用55Q钢的高温流变应力本构模型

通过Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率为0.1～20 s^-1、变形温度为900～1200℃的条件下对轻轨用55Q钢进行轴向单道次压缩实验,得到55Q钢的真应力-真应变曲线,并分析研究了不同热加工条件对55Q钢高温流变应力的影响。实验结果表明：在相同变形温度下,低应变速率时的流变应力较低,在相同应变速率下,高温时的流变应力较低,说明低应变速率和高温有利于动态软化。对流变应力、应变速率和变形温度之间的关系进行线性拟合,建立了55Q钢的修正Johnson-Cook本构模型和基于应变补偿的Arrhenius本构模型,对比两种模型发现,基于应变补偿的Arrhenius本构模型的预测精度更高,能够较好地揭示55Q钢的热变形特性。     

34CrNiMo6钢的高温流变行为及热加工图

研究了34CrNiMo6钢的高温流变特性，并获得了其最佳热加工工艺窗口。首先，使用Gleeble-3500热模拟实验机对34CrNiMo6钢在变形温度为1173～1473 K、应变速率为0.001～1 s^-1条件下进行等温热压缩实验，得到了不同应变速率和变形温度下的真实应力-真实应变曲线，并用Arrhenius模型对材料本构关系进行多元非线性回归，结果表明其回归精度较高。其次，使用流变数据构建了34CrNiMo6钢的热加工图并进行分析，考虑到所有应变情况，34CrNiMo6钢热加工工艺窗口应避开变形温度低于1300 K、应变速率高于0.05 s^-1和变形温度高于1400 K、应变速率高于0.14 s^-1的区域。最后，金相分析表明：34CrNiMo6钢在应变速率敏感系数、能量耗散率及失稳判据较小的区域具有晶粒不均匀、晶界不规则的特点，这是由于此时动态再结晶不完全；而在应变速率敏感系数、能量耗散率及失稳判据较大的区域发生完全动态回复和动态再结晶，组织比较均匀。     

低碳马氏体不锈钢热变形行为及本构方程

为研究低碳马氏体不锈钢的热变形行为，利用Gleeble-3800热模拟试验机对该材料进行不同温度的压缩变形试验，利用流变应力曲线构建了基于Arrhenius双曲正弦模型的本构方程，并建立试验材料的热加工图，最后对比分析试验材料在不同变形条件下的显微组织。结果表明，材料在高变形温度与低应变速率下变形时主要发生动态再结晶现象，在低变形温度与高应变速率下变形时主要发生加工硬化现象，流变应力的理论值与实测值的线性相关系数为0.995 5,验证了本构方程的准确性；结合热加工图分析和显微组织观察，得出该材料的失稳工艺窗口区域为变形温度1 020～1 120℃、应变速率0.01～1 s^-1;材料的最佳工艺窗口区域为变形温度900～1 150℃、应变速率0.003～0.01 s^-1。变形温度的提高有利于将粗大变形组织逐渐转变成细小的等轴组织，应变速率的降低同样有利于发生动态再结晶，但过低则会延长变形时间，导致再结晶晶粒逐渐长大与粗化。     

COST FB2钢热变形行为及热加工图

利用Thermecmastor-Z热模拟试验机对COST FB2钢进行了等温压缩试验，研究了其在不同热变形工艺参数下的热变形行为、显微组织演变规律以及最优的热加工工艺窗口。结果表明，热变形过程中，流变应力随着变形温度的升高及应变速率的降低而降低，在不同的应变速率与变形温度下，流变应力曲线呈现出动态再结晶、动态回复与加工硬化特征。基于Arrhenius方程和Zener-Hollomon函数，求得COST FB2钢的热变形激活能Q为449.56 kJ·mol^-1。建立了本构模型，该模型预测值与试验值吻合度较高。基于Prasad失稳判据建立了COST FB2钢热加工图，结合热变形后的显微组织特征，发现失稳区主要集中分布于变形温度900～950℃、应变速率0.04～0.5 s^-1范围内，其显微组织为沿变形方向拉长的带状组织，并存在局部流动性，对应的功率耗散值η较低；安全区显微组织主要特征是部分动态再结晶组织，功率耗散值η较高。确定了其0.8应变量下合理的热加工工艺窗口为：变形温度975～1050℃、应变速率0.01～0.14 s^-1     

Cr5钢的热加工性能分析

使用Gleeble-1500D热模拟试验机进行了Cr5钢在变形温度为800～1250℃,应变速率为0.001～1 s^-1条件下的热拉伸试验和单道次热压缩试验,并用S-4800扫描电镜和电子显微镜分别对热拉伸断口的形貌和组织进行了观测。基于热拉伸试验研究了Cr5钢的断裂规律和热塑性。结果表明,在900～1250℃、0.001～1 s^-1的变形条件下Cr5钢均具有良好的热塑性,在研究的参数范围内,热塑性随变形温度和应变速率的升高而增强。基于热压缩试验分析研究了不同参数下的微观组织和热加工图。结果表明,温度越高,应变速率越低,材料的动态再结晶程度越高,且材料在低温、高应变速率下变形会出现失稳。Cr5钢的最佳热加工参数为1050～1200℃、0.1～0.01 s^-1。