针片Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr热加工过程中的球化动力学及有限元仿真

α相形态是影响钛合金力学性能的重要因素。为了预测初始层状α的Ti-55531（Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr）的微观组织演变,采用Avrami方程对Ti-55531热变形过程中的动态球化动力学模型进行了表征。为了确定方程的参数,为了获得应力σ-应变ε曲线进行了一系列热模拟实验。通过进一步将应力σ-应变ε曲线转化为应变硬化速率dσ/dε-ε曲线,可以获得临界应变εc（对应dσ/dε的最小值）和峰值应变εp（dσ/dε=0时的应变）。还测量了不同变形条件下的动态球化分数fg。接下来,通过线性拟合应变率,温度和动态球化部分之间的关系来确定Avrami方程中的参数。得到的Avrami方程表示为fg=1-exp[-0.5783（（ε-εc）/εc）0.907],其中εc=0.6053εp,εp=1.249×10-4?0.0807exp（58580/RT）。最后,将获得的动态球化动力学模型植入有限元程序中模拟动态球化动力学。将动态球化动力学模型与有限元方法相结合,有效地预测了针片α动态球化动力学过程。     

节镍型高氮奥氏体不锈钢的动态再结晶行为

对节镍型高氮奥氏体不锈钢在不同应变速率、不同变形温度下进行热变形模拟试验,并根据试验数据绘制应力-应变曲线。利用加工硬化率θ与应力-应变σ的曲线拐点和-dθ/dσ-σ曲线最小值点判定动态再结晶开始状态。确定动态再结晶临界应力σ_c和临界应变ε_c。同时计算出临界应变ε_c与峰值ε_p间的关系:ε_c≈0.378ε_p。构建出节镍型奥氏体不锈钢动态再结晶临界应变预测模型:lnε_c=0.026 85lnZ-4.7358。     

TiAl基合金动态再结晶临界模型建立

依据粉末冶金Ti-47Al-2Nb-2Cr合金热模拟压缩实验结果,研究了变形温度为950～1150 ℃、应变速率为0.001～0.1 s(-1)条件下材料的流变力学行为。采用Poliak和Jonas所提出的临界条件动力学理论,确定了该合金的动态再结晶临界应变(ε_c)和临界应力(σ_c),揭示了变形温度与应变速率对ε_c和σ_c的影响规律。结果表明,温度补偿应变速率因子Z与ε_c、σ_c、ε_p(峰值应变)和σ_p(峰值应力)间的关系可以采用指数函数形式表征。建立了该合金动态再结晶临界发生模型:ε_c=1.2×10~(-3)Z~(0.147),动态再结晶临界应变与流变应力曲线峰值应变的比值约为 0.73。根据对模型的分析表明,临界应变与 Z 参数之间呈现正相关性,即随着 Z 参数的减小(变形温度升高或应变速率降低),材料发生动态再结晶的临界应变减小,说明变形温度的升高与应变速率的下降能够促进动态再结晶行为的发生。通过对热变形后微观组织的观察,验证了所建立动态再结晶临界模型的可靠性。     

粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金动态再结晶临界表征模型

对粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金进行变形温度995~1075℃、应变速率0.001~1 s-1条件下的热模拟压缩试验。研究了该合金在热加工过程中的流动应力与变形机制,根据Poliak和Jonas提出的临界动力学条件和温度补偿应变速率因子Z,构建了粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金的动态再结晶临界表征模型。结果表明,确定了发生动态再结晶所需激活能为410.172 k J/mol。此外,ε_p可通过Z参数的指数函数形式表示,即:ε_p=0.00011Z~(0.15)。ε_c与临界应力(σ_c)随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小,这说明较小的Z参数能促进粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金动态再结晶行为的发生。     

B_4C_p/6061Al复合材料动态再结晶临界条件（英文）

通过等温热压缩实验对25%B_4C_p/6061Al(体积分数)复合材料的热变形行为和动态再结晶临界条件进行了研究,采用的温度范围为350~500℃,应变速率范围为0.001~1 s~(-1)。应力-应变曲线显示动态再结晶是复合材料热变形过程中主要的软化机制,并采用峰值应力构建了基于Arrhenius形式的本构方程。基于加工硬化率曲线,求解了表示动态再结晶发生的临界应变与临界应力值。结果表明,临界应力与峰值应力存在线性关系:σ_c=0.8374σ_p–0.33708。此外,引入Zener-Hollomon参数描述变形条件对临界条件的影响,得到临界应变与Z参数的关系:ε_c=2.39×10~(-4)Z~(0.11022)。最后,通过θ-ε曲线得到了复合材料完成动态再结晶时的稳态应变,并绘制了动态再结晶图。     

加工硬化率法研究Ti-10V-2Al-3Fe合金β区变形动态再结晶的临界条件

采用Thermecmaster-Z型热/力模拟试验机在变形温度为825～1125℃,应变速率为0.001～1 s~(-1)条件下对Ti-10V-2Al-3Fe合金进行热模拟压缩实验,分析了热变形参数对其流变行为的影响,并通过加工硬化率方法研究了该合金的动态再结晶临界条件。结果表明:合金的流变应力随变形温度的降低或应变速率的提高而增大;通过lnθ～ε曲线出现拐点及dlnθ/dε～ε曲线出现最小值判据,确定了该合金的动态再结晶临界应变;动态再结晶临界应变随应变速率的增大及变形温度的降低而增加;Z参数方程能较好地反映合金动态再结晶临界应变与热变形条件间的关系,动态再结晶临界应变与Z参数间的关系可表示为ε_c=2.6735×10~(-2)Z~(0.0817);临界应变与峰值应变之间存在线性关系,即ε_c=0.508ε_p。     

基于Al-Cu-Li合金流变行为的动态再结晶动力学与形核机制

对Al-Cu-Li合金进行温度300~500℃、应变速率0.001~10s~(-1)的等温热压缩,分析合金的流变行为:结合TEM和EBSD研究合金热变形过程中的组织演变。结果表明:合金流变曲线分为3个阶段:加工硬化阶段、过渡阶段和稳态变形阶段;变形温度越高,流变应力达到动态平衡所需应变量越小。基于应变硬化率(θ)与流变应力(σ)之间的关系,确定动态再结晶的临界应变(ε_c);不同热变形条件下的临界应变(ε_c)与峰值应变(ε_p)之比为0.30342~0.92828;临界应力(σ_c)与峰值应变(σ_p)之比为0.88492~0.99782。引入最大软化率应变(ε~*)和中间变量Z/A,建立ε_c和ε~*与Z/A的关系表达式。构建Al-Cu-Li合金动态再结晶动力学模型,模型表明,温度越高或应变速率越低,越有利于促进动态再结晶分数的增加;显微组织分析结果与模型预测规律一致。Al-Cu-Li合金动态再结晶形核机制主要为晶界突出形核机制、亚晶合并长大机制以及粒子促进形核机制,随温度升高和应变速率的降低,晶内亚晶合并长大机制得到加强。     

Cu-0.4Zr-0.15Y合金动态再结晶临界条件

利用Gleeble-1500D型热模拟试验机对Cu-0.4Zr-0.15Y合金进行高温单次轴向热压缩试验,研究该合金在应变速率范围为0.001~10 s~(-1),热变形温度为550~900℃条件下的热变形行为。通过真应力-真应变数据得出材料的加工硬化率θ,结合lnθ-ε曲线和-(lnθ)/ε-ε曲线特征,研究Cu-0.4Zr-0.15Y合金热变形过程的再结晶临界条件。结果表明:Cu-0.4Zr-0.15Y合金应力-应变具有动态再结晶特征;该合金的lnθ-ε曲线拐点处对应于-(lnθ)/ε-ε曲线的最小值,最小值所对应的应变是临界应变ε_c;临界应变ε_c的变化与应变速率和变形温度有关,临界应变ε_c与Zener-Hollomon参数Z之间的函数关系为ε_c=6.4×10~(-3)Z~(0.07768),且临界应变ε_c与峰值应变ε_p之间满足ε_c/ε_p=0.448。同时,Cu-0.4Zr-0.15Y合金发生动态再结晶组织演变与变形温度和应变速率有关。     

20MnNiMo钢热塑性变形与动态再结晶软化的耦合行为

采用热物理模拟压缩实验获得退火态20MnNiMo钢在不同温度和应变速率下的真应力-应变曲线,作为计算动态再结晶模型的底层数据.基于d σ/dε-σ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退火态20MnNiMo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,在应变后期发生剧烈软化;在中等应变速率下,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.     

低碳贝氏体钢的动态再结晶行为

为了研究低碳贝氏体钢在热加工过程中的动态再结晶行为,采用Gleeble-1500热模拟试验机分别在800~1200℃的变形温度和0.01~25 s~(-1)的应变速率范围内对材料进行了单道次压缩试验。通过分析加工硬化率的变化确定了材料动态再结晶的峰值应变ε_p、临界应变ε_c和稳态应变ε_s。引入Zener-Hollomn参数建立了相关参数关系方程并得到该材料动态再结晶的变形激活能为435 217 J/mol。最后利用JMA方程确定了该材料的动态再结晶动力学模型,并验证了相关参数与Zener-Hollomn参数之间的关系。     

AlCu4SiMg合金的动态再结晶体积分数模型构建及其在有限元模型中的应用（英文）

为了更好地剖析AlCu4SiMg合金的动态再结晶(DRX)行为和流变行为的耦合效应,实施了具有DRX演变模型的有限元模拟。利用Gleeble-3500热模拟试验机,在温度为648～748K,应变速率为0.01～10s~(-1)的变形条件下对该合金进行等温压缩实验。依据实验所得的真实应力-应变数据,拟合应变硬化率曲线(表征dσ/dε与σ之间的关系),并识别产生动态再结晶时的临界应变值(ε_c)。通过对材料参数的求解,确定DRX的体积分数方程和DRX达到50%时的应变方程。构建DRX体积分数演变的有限元(FE)模型,对一系列等温压缩实验进行模拟仿真。DRX体积分数演变可视化结果显示:在同一应变速率条件下,达到相同DRX体积分数的应变量随温度的降低而增加;在同一温度条件下,该应变量随应变速率的增加而增加。最后,通过金相分析验证AlCu4SiMg合金的DRX动力学模型及有限元模拟结果的可靠性。     

SAE8620RH齿轮钢的动态再结晶临界条件

在Gleeble-3800热模拟机上采用单道次压缩试验研究了SAE8620RH齿轮钢在变形温度为850～1100℃、应变速率为0.02～8 s~(-1)条件下的动态再结晶行为,基于应力-应变曲线计算出Zener-Hollomon参数,采用双曲正弦方程构建本构方程,并利用加工硬化率的方法处理流变应力数据。结果表明:SAE8620RH钢的高温变形激活能为295.274 kJ/mol;结合lnθ-ε曲线的拐点及dlnθ/dε-ε曲线的最小值判据,确定了SAE8620RH钢热塑性变形中动态再结晶发生的临界条件,并建立临界条件与温度补偿的应变速率因子Z之间的函数关系:ε_c=3.21×10~(-4)Z~(0.23687)。     

高强硼钢高温软化机制及动态再结晶临界条件

采用Gleeble-1500热模拟压缩试验获得了高强硼钢在880~1000℃、0.01~10 s-1、最大变形55%条件下的真应力-真应变曲线,通过对试验数据的处理和分析,研究了高强硼钢在试验条件下的软化机制及动态再结晶临界条件。结果表明:利用真应力-真应变曲线来判断高强硼钢的软化机制存在宏观判断误区,通过分析θ-σ曲线和晶粒金相可以发现,高强硼钢在本文变形条件下均可以发生动态再结晶;通过lnθ-ε曲线拐点及-(lnθ)/ε-ε曲线最小值判据可以确定高强硼钢动态再结晶临界应变,进而通过σ-ε曲线可以获得临界应力;随变形温度降低或应变速率提高,动态再结晶临界应力或应变值随之提高,且临界应力/应变与峰值应力/应变之间存在如下关系:σc=0.92σp,εc=0.57εp;临界应力/应变与变形条件的关系分别为:σc=17.4048ln Z-450.2409,εc=0.0195ln Z-0.4710。     

Ti-55531钛合金β相区热变形行为及本构方程的研究

为了提高Ti-55531钛合金β相区锻造的损伤容限,通过Gleeble-3800热模拟试验机对Ti-55531合金在β相区进行了应变速率为0.001～1s-1,温度为860～950℃的等温压缩试验,获得了流动应力曲线。对Ti-55531合金在试验条件下热变形行为及流动应力变化进行了研究。结果表明,Ti-55531合金的流动应力曲线为稳态流动型,在相同的应变速率下,变形温度越低,流动应力越大;在相同的温度下,应变速率越快,流动应力越大。通过对试验数据拟合得到了0～0.7应变量的Ti-55531合金本构方程。方程的准确度高,平均误差为8.99%。在试验条件下,平均热激活能为209.204 kJ/mol,最小值为200.389 kJ/mol。     

Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr合金β相区热变形行为及位错密度内变量本构模型

通过热压缩模拟试验机Gleeble3500进行了Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr(Ti-55531)合金在β相区的热模拟压缩试验(变形温度为860、885、910、935℃,应变速率为0.001、0.01、0.1、1 s~(-1)),采用光学显微镜分析了材料的组织演化行为。结果发现,Ti-55531合金变形过程中的动态软化效应以动态回复为主,在低应变速率下,组织呈现再结晶特征。为了通过材料变形机制去描述流动应力行为,考虑加工硬化和动态软化机制对位错密度的影响,建立了Ti-55531合金在β相区的位错密度内变量本构模型。结果表明,该模型能够准确预测Ti-55531合金在β相区的热变形行为。     

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。     

氢在铁中的应变场

计算了有应力和无应力状态下产生非球对称应变的氢原于的化学位之差,μ_σ-μ_0=-VΣσ_iε_(ii)~′,其中U就是氢应变场和外应力场的互作用能.对纯剪应力τ,则U=-0.55133Vτ(ε_(11)-ε_(22)),因而当氢在α-Fe中引起四方畸变时,它和剪应力就有互作用,从而可导致氢在45°面上富集,这就可解释充氢的无裂纹扭转试样以及III型裂纹试样能沿45°面产生氢致滞后断裂的实验事实.当非球对称应变的氢择优分布时,在拉伸和压缩条件下的氢浓度公式并不相同,分别为C_t=C_0exp[(0.70089ε_(11) 0.29911ε_(22))Vo/RT],C_0exp[(0.14956ε_(11) 0.85044ε_(22))Vσ/RT].因此,根据氢渗透实验所获得的C_t/C_0和C_p/C_0,就可定出ε_(11)/ε_(22).例如,用Bockris的数据可得ε_(11)/ε_(22)=1.27.这表明氢在α-Fe中的应变是非球对称的.     

Hastelloy C-276合金热变形动态再结晶模型研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Hastelloy C-276镍基合金在不同变形条件下的热压缩流变应力曲线,热变形过程中发生了动态再结晶行为。利用加工硬化率-应力关系曲线确定了动态再结晶临界条件,采用Johnson-Mehl-Avrami(JMA)方程计算再结晶体积分数实验值,建立了C-276合金动态再结晶体积分数和晶粒尺寸预测模型。结果表明:C-276合金动态再结晶体积分数随着应变量的增加,呈现典型的"S型"曲线;获得临界应变条件表达式:lnε_c=0.144lnZ-7.173;动态再结晶体积分数表达式X_(drx)=1-exp{-1.4034[(ε-ε_c)/ε_(0.5)]~(2.58384)},预测值和实验值的平均误差为2.16%;晶粒长大表达式d_(drx)=6.58×10~3Z~(-0.168),预测值和实验值的平均误差为6.63%。     

STRAIN FIELD OF HYDROGEN ATOMS IN IRON

计算了有应力和无应力状态下产生非球对称应变的氢原于的化学位之差,μ_σ-μ_0=-VΣσ_iε_(ii)~′,其中U就是氢应变场和外应力场的互作用能.对纯剪应力τ,则U=-0.55133Vτ(ε_(11)-ε_(22)),因而当氢在α-Fe中引起四方畸变时,它和剪应力就有互作用,从而可导致氢在45°面上富集,这就可解释充氢的无裂纹扭转试样以及III型裂纹试样能沿45°面产生氢致滞后断裂的实验事实.当非球对称应变的氢择优分布时,在拉伸和压缩条件下的氢浓度公式并不相同,分别为C_t=C_0exp[(0.70089ε_(11)+0.29911ε_(22))Vo/RT],C_0exp[(0.14956ε_(11)+0.85044ε_(22))Vσ/RT].因此,根据氢渗透实验所获得的C_t/C_0和C_p/C_0,就可定出ε_(11)/ε_(22).例如,用Bockris的数据可得ε_(11)/ε_(22)=1.27.这表明氢在α-Fe中的应变是非球对称的.     

C_(sf)/AZ91D复合材料高温变形动态再结晶临界条件

采用真空压力浸渗法制备了短切碳纤维体积分数为15%的AZ91D镁基复合材料(C_sf/AZ91D),通过等温恒应变率压缩试验,研究了复合材料在变形温度为400~460℃、应变速率为0.001~0.1s~(-1)、最大真应变为0.7条件下的流变应力和动态再结晶行为。结果表明,复合材料流变应力曲线呈现显著的动态再结晶软化特征,动态再结晶临界应变随变形温度升高或应变速率降低而减小,其与Z参数之间的函数关系为εc=1.6×10~(-3) Z~(0.037 2);动态再结晶临界应变和峰值应变之间的关系为ε_c=0.385 2ε_p;同等变形条件下,复合材料动态再结晶的临界应变远小于AZ91D镁合金,短切碳纤维促进了基体镁合金动态再结晶发生,同时细化了其再结晶晶粒。