42CrMo钢热塑性变形诱导动态再结晶行为的动力学描述

通过对挤压态42CrMo高强钢在不同温度和应变速率下的热压缩实验获得真应力-应变曲线,作为研究其高温动态再结晶行为的底层数据。基于d#/dε-#曲线,识别了真应力-应变曲线上能表征动态再结晶演变过程的特征点:临界应变εc,峰值应变εp及最大软化速率应变ε*。引入表征晶体动力学的双曲正弦模型,通过线性回归求解得到动态再结晶激活能Q,建立流变应力本构方程。设计无量纲参数Z/A,对已修正的Avrami方程作线性回归分析,表征了不同变形条件对挤压态42CrMo钢动态再结晶体积分数演变的影响,并详细描述了动态结晶对应力软化的影响。结果表明:在高应变速率下,发生剧烈的软化后趋于稳定;在低应变速率条件下,出现硬化和软化的周期性循环。     

高铁螺纹道钉钢TD16的高温塑性变形行为

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对高铁螺纹道钉钢TD16进行热压缩变形实验,探索该材料在不同温度和应变速率条件下的热塑性变形行为。研究温度与应变速率对真应力-真应变曲线的影响规律,结合显微组织分析,阐明真应力-真应变曲线发生变化的原因。结果表明,在低应变速率下,流变应力峰值较明显,具有明显的动态再结晶特征。在较高应变速率下,峰值应力不明显,流变应力曲线属于动态回复型,未发生动态再结晶。通过回归分析,建立高铁螺纹道钉钢TD16在实验条件范围内的峰值流变应力本构关系的数学模型。所建立的流变应力本构方程与实验值吻合较好,最大相对误差为7.03%,可以用该本构方程来预测高铁螺纹道钉钢TD16的高温流变行为。     

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。     

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。     

3Cr20Ni10W2耐热合金钢高温塑性变形本构描述

通过等温热压缩试验获得了挤压态3Cr20Ni10W2耐热合金高温热塑性变形的真应力-应变曲线。结合Arrhenius双曲正弦本构方程,通过线性回归分析求解得到不同变形条件下本构模型中的热变形激活能Q,材料常数n、α及A,从而构建了用于表征3Cr20Ni10W2耐热合金流变应力与应变量、温度、应变速率之间内在关系的本构方程。流变应力的预测值与试验值较吻合,而且预测的最大相对误差为7.99%,相关系数为0.995。     

挤压态42CrMo钢热塑性加工图及稳态变形参数识别

通过挤压态42CrMo钢多组试样的热压缩实验获得应变速率为0.01～10 s-1、变形温度为1123 ～1148 K条件下的真应力-应变数据,以此作为计算应变速率敏感指数(m值)、能量耗散因子(η值)和失稳判据(ξ值)三重判据的底层材料数据.利用三重判据构建的加工图对挤压态42CrMo高强度钢的热成形过程进行分析,得到了挤压态42CrMo强度钢在成型过程中的稳定区域和流变失稳区.结果表明:42CrMo钢的最优变形热力参数处于具有较高η值和较高ξ值的区域内.     

铸态P91耐热合金钢高温流变行为及本构方程

为了研究铸态P91耐热合金钢的高温变形流变特性,建立铸态P91耐热合金钢高温流变应力本构方程,采用Gleeble-3500热模拟实验机对铸态P91耐热合金钢进行等温热压缩实验,研究了变形温度为900~1200℃、应变速率为0.01~5 s-1、变形量为60%条件下的热变形行为。研究结果表明,随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶现象越容易发生,流变应力显著降低,曲线由加工硬化型向动态回复及动态再结晶型转变。在双曲正弦修正的Arrhenius型方程及Zener-Hollomon参数的基础上,考虑真应变对流动应力的影响,建立了铸态P91耐热合金钢的流变应力模型及本构方程。误差分析表明,所建立的本构方程具有良好的精度。     

铸态42CrMo钢热压缩本构模型的建立

以Gleeble- 1500热物理模拟试验为基础,研究了热压缩变形过程中不同变形速率和形变温度对流变应力的影响.通过线性回归确定了铸态42CrMo钢的应变硬化指数以及形变激活能,结合试验数据拟合了铸态42CrMo钢在高温条件下的流变应力本构方程.     

挤压态ZK60镁合金的热压缩变形行为

为了研究挤压态ZK60镁合金的热变形行为,利用Gleebe-3500热模拟机在变形温度为523~723 K、应变速率为0.01~10 s~(-1)的条件下对挤压态ZK60合金进行了热压缩变形试验。通过真应力-真应变曲线分析了挤压态ZK60合金流变应力与应变速率、变形温度之间的关系,通过引入Z参数建立了挤压态ZK60合金的流变应力本构方程,并观察了其在热压缩过程中的显微组织变化。结果表明:挤压态ZK60合金的真应力-真应变曲线属于动态再结晶型,并且合金的流变应力在高变形温度或低应变速率条件下较低。在变形温度降低或应变速率升高时,动态再结晶晶粒变小,但动态再结晶进行的不充分,再结晶晶粒分布不均匀。通过本构方程计算出挤压态ZK60镁合金的变形激活能Q=122.884 k J/mol,应力指数n=5.096。     

基于应变补偿TC4-DT钛合金高温变形本构模型

通过TC4-DT钛合金在1181~1341 K,0.01~10 s~(-1)条件下热模拟压缩试验,得到其在不同条件下高温变形真应力-真应变曲线。采用回归分析和多项式拟合建立了应变补偿高温变形本构方程。结果表明:各变形条件下的流变应力曲线均呈现应变硬化和流动软化,低温高应变速率特征更明显。当应变速率低于1 s~(-1)时,预测值与实验值吻合程度较高,相关系数和平均相对误差绝对值分别为0.9952和5.78%,此修正模型可作为TC4-DT钛合金高温变形本构方程。     

95CrMo钢高温流变应力的本构方程

采用Gleeble3500热模拟试验机对95CrMo钢进行了等温单向热压缩试验,得到了其在应变速率为0.1、1和10 s-1,变形温度为750~1050℃时的流变应力曲线。结果表明,应变量、变形温度和应变速率对95CrMo钢流变应力的影响是通过动态回复和动态再结晶软化机制造成的,这种软化机制是三者共同作用的结果。基于试验结果,建立了一种同时考虑应变量补偿、变形温度补偿和应变速率补偿的95CrMo钢流变应力本构方程。从相关系数、平均相对误差和标准偏差3个方面将该方程与周纪华-管克制模型进行了对比,发现该本构方程相比周纪华-管克智模型具有更高的精度和可靠性,更适用于数值仿真领域。     

高强渗碳钢高温热变形的本构方程

采用Gleeble-3800热模拟试验机,在温度为1173~1473 K,应变速率为0.01~10 s-1的变形条件下,对一种航空用高强度渗碳钢-9310钢进行热压缩实验,基于真应力-应变曲线,研究了两种高温变形流变应力的本构方程模型-位错模型和Sellars模型在该钢上的应用,根据动态再结晶是否发生,建立了不同热变形阶段下9310钢的流变应力本构方程。研究表明,在ε0.1条件下的动态软化和稳态流变阶段中,基于位错密度和动态软化机制的位错模型方程,精度误差在15%以下,但该方程参数多,计算量大,而基于Sellars模型的本构方程,在低温热变形(T1273 K)及大应变(ε0.5)条件下的精度误差更小,且方程相对简单,便于应用。在高强渗碳9310钢的热加工生产中,建议采用Sellars模型作为大应变条件下流变应力的预报方程,精度误差控制在10%以下;为了提高方程精度,Sellars模型下由于动态再结晶软化引起的应力降低值Δσ中,相关参数的取值还有进一步修正的可能。     

退火20MnNiMo合金高温流变行为的一种本构描述

通过20MnNiMo钢多组试样的热压缩实验获得应变速率为0.01～10 s-1、变形温度为1173～1473 K条件下的真应力-应变数据。结合Arrhenius双曲正弦本构方程,通过线性回归分析求解得到不同变形条件下本构模型中的热变形激活能Q,材料常数n、α及结构因子A,从而构建了用于表征20MnNiMo钢流变应力与应变量、温度、应变速率之间内在关系的本构方程。研究结果表明:20MnNiMo钢在热压缩变形过程中发生了明显的动态软化行为,流变应力水平随应变速率的增加而增加,随温度的升高而降低;流变应力的预测值与实验值较吻合,而且预测的最大相对误差仅为7.54%。     

基于应变补偿及修正的Q460NH高强耐候钢本构方程北大核心CSCD

为分析Q460NH钢的高温变形行为,利用Gleeble-3800热模拟实验机进行变形温度为600~900℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)、变形量为60%的热压缩实验。将Zener-Hollomon参数与材料参数函数导入Arrhenius方程,建立了Q、A、n、α与真应变的本构关系的Arrhenius双曲正弦方程。考虑真应变对流动应力及700~800℃下实验误差的影响,对本构方程进行修正,用八阶多项式建立表示真应变和材料参数关系的数学模型,进一步建立了包含变形温度、应变速率及应变相关的Q460NH钢的高温变形本构方程。为了检验该本构方程计算所得理论值的有效性,对计算所得理论值和实验数据进行了对比及平均误差分析,相关系数r值为0.956、平均相对误差AARE值仅为7.23%。结果表明:修正后的本构方程计算得到的应力理论值和实验数据吻合较好,具有较高的准确性。     

42CrMo钢的本构关系与转向节臂成形工艺研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机,在900℃~1 200℃变形温度、0.1s~(~(-1))~10s~(~(-1))应变速率下,针对工业用42CrMo钢锻坯进行变形量为60%的热压缩试验,并对其高温塑性变形行为和金相组织进行研究。基于试验数据,建立了包含变形温度、应变速率及应变的锻态42CrMo钢的高温变形本构方程及微观组织模型。基于动态材料模型建立了其真应变为0.9时的热加工图,在900℃~1000℃、0.1s~(-1)~0.2s~(-1)和1050℃~1125℃、3s~(-1)~10s~(-1)范围下为完全动态再结晶,且晶粒细小。对转向节臂的锤锻成形工艺进行研究,验证了所建立应力及微观组织模型的正确性。     

微合金化高强钢的热变形行为及物理本构方程北大核心CSCD

采用Gleeble-1500型热模拟机对微合金化高强钢在变形温度为900~1100℃、应变速率为0.01~30 s^(-1)的条件下进行热压缩实验,得到流变应力曲线。分析高强钢的动态再结晶行为,分别采用综合考虑杨氏模量E和奥氏体自扩散系数D对绝对温度依赖性的、包含可变应力指数n的物理本构方程和蠕变应力指数为5的物理本构方程,建立实验钢应变补偿的流变应力预测模型。结果表明:随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶更易于发生。利用应变补偿的物理本构方程预测流变应力的精度较高,其中,包含可变应力指数n的物理本构方程的预测精度(相关系数R=0.991,平均相对误差δ=4.81%)高于蠕变应力指数为5的物理本构方程(相关系数R=0.989,平均相对误差δ=6.49%)。这是由于:当物理本构方程中的蠕变应力指数为5时,材料的变形机制仅有滑移和攀移,而包含可变应力指数n的物理本构方程综合考虑了所有的变形机制,预测精度更高。     

铸态GH706合金的热变形行为研究

通过热模拟压缩试验,得到了温度为1100,1130,1160和1190℃、应变速率为0.01,0.1和1 s-1下的铸态GH706合金流变曲线,分析了流变曲线的特征及成因,并通过与锻态材料对比,得出铸态材料在高应变速率下更容易产生应变硬化的结论;应用Arrhenius模型对实验数据进行回归分析,建立了0.2~0.8应变范围内铸态GH706合金的本构关系,统计计算了模型预测的流动应力和实验值之间的最大相对误差为13.1%;应用Voce方程建立了铸态GH706合金应变0~0.2范围内的本构关系,模型预测流动应力和实验值之间的平均相对误差为0.2%,很好地反映了低应变条件下材料的硬化行为。     

ZK60镁合金低挤压比棒材的热压缩变形行为

采用Gleebe-3500热模拟机研究了ZK60镁合金低挤压比棒材(挤压比为15),在变形温度为523~723K、应变速率为0.01~10s~(-1)条件下的热压缩变形行为。分析了应变速率、变形温度对合金流变应力的影响,引入Zenner-Hollomon参数建立了挤压态ZK60镁合金的流变应力本构方程,通过金相观察分析了热压缩过程中的组织演化。结果表明:挤压态ZK60镁合金热变形时的真应力-真应变曲线具有明显的动态再结晶特征;流变应力随着变形速率的提高和变形温度的降低而升高,同时,动态再结晶的晶粒尺寸和体积分数也随之变小;通过本构方程计算,得出在挤压比为15条件下,变形态ZK60镁合金的变形激活能Q为143.025 k J/mol,应力指数n为3.074。     

挤压态镁合金流变行为及本构模型研究

通过Gleeble热模拟机,在变形温度250~500℃、应变速率0.005~5 s-1下对挤压态镁合金进行热压缩实验,得到应力-应变曲线,基于加工硬化与软化机制,分析了温度和应变速率对流变曲线及峰值应力的影响。其次,考虑变形中温升,在高应变速率下采用温度补偿修正流变应力。最后,运用双曲正弦模型构建不同流变应力范围的本构模型,得到流变应力与温度、应变速率和应变的定量关系。将模型预测应力值与实验值进行对比。结果表明:实验值与预测值的相关性系数为0.984,平均相对误差绝对值为3.87%,说明所建立的本构模型能够准确预测成形过程中不同变形量下镁合金的流变应力值。     

30CrNi3MoV钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机对30CrNi3MoV钢进行单向热压缩试验,研究了其在变形温度950~1150 ℃、应变速率0.01~10 s^-1的热变形行为,构建了应变补偿型流变应力本构方程,并绘制出该钢的热加工图。结果表明,30CrNi3MoV钢真应力-真应变曲线有3种不同特征:高温小应变速率时,表现为典型的动态再结晶过程;低温小应变速率时,曲线为动态回复特征;应变速率较大时,应力随应变的增大而增大,无明显的峰值应力。采用5次多项式拟合构建的应变耦合流变应力本构方程具有高的精确度,采用该方程获得的预测值与试验值的平均相对误差为3.2%,相关性系数R值为0.993。从热加工图中得到试验钢最佳的热加工工艺参数范围是:变形温度为1020~1150 ℃、应变速率为0.03~0.35 s^-1。