TA15钛合金流变行为的一种本构模型

在Gleeble- 1500热物理模拟机上对多组TA15钛合金试样进行压缩试验,获得了不同变形温度、应变速率和应变下的应力-应变曲线.结果表明,应力迅速达到峰值后呈下降趋势,峰值应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增加而增大;引入包含软化因子的本构模型,并采用多元线性回归法可求解相应的系数.     

TA32新型钛合金高温流变行为及本构模型研究

为了研究TA32钛合金的高温流变行为,建立该材料本构模型,对TA32钛合金进行了温度范围为650～850℃,应变速率为10-1～10-4s-1条件下的高温拉伸试验。结果表明,TA32型钛合金较高的温度依然能保持较好的综合性能,在650～750℃区间内应变速率为10-1～10-3s-1条件下,变形呈现出明显的加工硬化和再结晶现象,当温度升至800℃及以上时其塑性延伸率显著提高而强度下降,同时出现了稳态流动应力。随后,基于统计学和正则化原理,提出一种修正本构模型参数的方法,并建立了TA32新型钛合金的Arrhenius-type型应力流变本构模型。通过对比验证实验结果可知,相对于传统的最小二乘法得到的模型,该修正方法得到的模型能有效地提高模型的精度。     

TB6钛合金热变形行为及本构模型研究

研究材料的热变形行为及建立其本构模型是进行材料加工与模拟的基础。通过对TB6钛合金热变形行为分析,表明流变应力受应变速率的影响较显著,而变形温度对流变应力的影响程度与应变速率的大小有关。采用Arrhenius型双曲正弦方程建立了TB6钛合金流变应力本构模型。研究变形条件对TB6钛合金流变应力的影响。结果表明,可通过控制应变速率和变形激活能来控制热加工的应力水平和力能参数,为TB6钛合金塑性加工过程控制和模拟提供前提条件。     

高温、高应变率下Ti6321合金的力学行为及本构模型

为了研究Ti6321合金在高温、高应变率下的力学行为,采用分离式霍普金森压杆装置对Ti6321合金进行室温(25℃)和高温(200、400、600℃)动态压缩试验,对其在高温和高应变率下的力学性能、应变率敏感性和温度敏感性进行了研究。采用聚类全局优化算法构建了双态组织Ti6321合金在103s-1下的Johnson-Cook本构模型。结果表明,双态组织Ti6321合金在室温和高温下均存在应变率硬化效应,但试验温度对流变应力的影响比应变率的影响更大。随着压缩试验温度升高,流变应力显著降低,温度敏感因子升高。Johnson-Cook模型拟合的曲线与实验曲线吻合良好,可以用于Ti6321合金高应变率下的力学仿真计算。     

高应变率下TC4-DT钛合金的动态力学性能及塑性本构关系

为研究TC4-DT钛合金的动态力学性能及其本构关系,在1000~8000 s-1应变率范围内,利用分离式Hopkinson压杆试验装置对该材料进行动态压缩试验,得到高应变率下的真实应力-应变曲线。结果表明:高应变率时TC4-DT钛合金材料存在应变率增强、增塑以及应变强化效应,其流变应力表现出较强的应变率敏感性。通过微观组织观察,发现高应变率变形时出现绝热剪切带是材料流变应力急剧减小的主要原因。改进Johnson-Cook本构模型中的温度项,利用试验数据对TC4-DT钛合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,得到室温下该材料的动态塑性本构方程,模型计算结果和试验结果证明该模型可以更好地预测TC4-DT钛合金高应变率下的塑性流变应力。     

Ti80钛合金两相区高温变形本构模型及热加工图

为了确定Ti80钛合金热变形的最佳工艺窗口,采用Gleeble3500热模拟试验机对Ti80钛合金进行了高温压缩试验,试验变形温度为850~1050 ℃,应变速率为0.05~1 s^-1。结果表明,Ti80钛合金对变形温度和应变速率极其敏感,流变应力随着应变速率的增加和变形温度的降低而显著升高,近β区的流变应力分布会发生突变。应用线性回归方法,建立Ti80钛合金的高温本构方程,计算出Ti80钛合金在两相区的变形激活能为308 kJ/mol,并基于Prasad失稳准则,建立Ti80钛合金的热加工图,最终确定在变形温度为880~930 ℃的两相区变形条件下,Ti80钛合金在高应变速率下可以充分发生动态再结晶,从而获得理想的组织性能。     

高强双相钢动态力学本构模型对比分析

研究了高强双相钢的动态力学特性和本构模型,以典型双相钢材料HC440/780DPD+Z为研究对象,对静态力学性能和应变速率为0.001、0.1、1、10、100、200、500和1000 s-1的动态力学特性进行了测试,获取了关键参数随应变速率的变化规律;采用多种经典本构模型方程对测试材料的本构模型参数进行了拟合,通过...     

TC4钛合金热变形行为研究及本构模型

利用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验,研究了TC4钛合金在温度800~950℃、应变速率0.001~10s-1条件下的流动软化行为。研究发现随变形温度降低和应变速率增大TC4钛合金的流动软化程度增大,且800~850℃、应变速率1~10s-1变形时的流动软化主要是塑形流动失稳引起的,温度900~950℃、应变速率0.001~0.1s-1条件变形时,流动软化主要是片状α相的等轴化引起的。引入应变对材料常数α、n、A和Q的影响,建立了考虑应变的TC4钛合金Arrhenius本构方程,建立的本构模型精度较好,在800℃、850℃和10s-1条件以及在900℃、950℃和0.1s-1条件下,模型平均绝对误差分别为4.2%和4.3%。TC4钛合金的平均变形激活能为403kJ/mol,平均应变速率敏感指数为0.26。     

钽钨合金动态力学行为及其本构模型研究

本文对两种钽钨合金（Ta-2.5W和Ta-10W,钨的质量分数分别为2.5 %和10 %）的准静态和动态变形行为进行了系统研究。根据准静态压缩实验、霍普金森压杆（SHPB）实验结果,表明两种钽钨合金的屈服应力对加载应变率和钨的含量较为敏感,并拟合得到了两种钽钨合金的JC本构模型。其次,为验证本构模型的合理性,开展了泰勒撞击实验和数值模拟研究,应变率范围为103~104 s-1,数值模拟得到的泰勒杆侧轮廓与撞击端面轮廓与实验吻合较好。最后,为研究钽钨合金变形后的细观特性,对杆件进行了光学显微照片分析。本文的研究方法与结果可为材料本构关系的确定提供借鉴。     

2519A铝合金的动态力学性能及本构关系

为研究应变速率及温度对2519A铝合金流变应力的影响,对2519A铝合金进行动态力学性能测试及准静态拉伸实验,结合光学显微镜及透射显微电镜分析应变速率及温度对微观组织演化的影响。研究结果表明：2519A铝合金具有应变速率效应及温度敏感性。采用变量分离与非线性拟合方法对准静态及霍普金森压杆（SHPB）实验数据进行拟合,得到2519A铝合金的Johnson-Cook本构模型参数,曲线拟合与实验结果吻合较好,为力学性能的研究及抗弹性能有限元分析提供了参考。     

高强7A62铝合金动态力学响应及其J-C本构关系

利用万能试验机和Hopkinson拉杆(SHTB)对7A62铝合金进行了准静态和动态拉伸性能测试,研究该合金室温及高温塑性流动应力动态响应特征,结合OM、SEM、TEM、DSC、LFA等测试对该合金的物理性能及原始微观组织进行分析。结果表明:7A62铝合金在大量高密度细小沉淀析出物粒子及亚微米级高熔点平衡析出粒子复合强化作用下,准静态屈服强度可达608 MPa。在室温动态变形过程中,该合金应变率强化效应显著。随着应变率高于684 s^-1时,合金屈服强度对应变率敏感性显著增强。在1100 s^-1、25~500℃条件下,合金表现出温度敏感性的沉淀强化相回溶及动态再结晶的热软化效应,500℃高温动态屈服强度超过200 MPa。在动态力学性能变化规律的基础上,建立了7A62铝合金的Johnson-Cook(J-C)本构模型。     

TA32钛合金超塑性变形行为及本构模型研究

通过单向拉伸实验研究了TA32钛合金在温度880~940 ℃、初始应变速率5×10-4~1×10-2 s-1条件下的超塑性变形行为和微观组织演变,构建了修正Johnson-Cook本构模型和BP神经网络本构模型。结果表明,TA32钛合金的流动应力与断后伸长率对温度和应变速率敏感,应变速率敏感性指数随应变量增加而减小,随温度升高而增大。温度升高和变形程度增大促进了α→β相转变和两相晶粒长大,应变速率降低使得两相晶粒有所长大。β相晶粒形貌随变形条件改变有显著变化,α相晶粒则保持等轴状。TA32钛合金的超塑性断裂模式为孔洞生长扩展导致的微孔聚集性断裂。相较于修正Johnson-Cook本构模型,BP神经网络本构模型在大范围变形条件下的预测精度更高。     

基于修正J-C和BP神经网络模型的超细晶纯钛动态本构行为

为研究超细晶纯钛在高温、高应变速率加载下的复杂力学行为,建立能够准确描述其动态力学行为的模型,对超细晶纯钛在温度为300~450 ℃,应变速率为2000~3000 s-1下进行了动态冲击实验,获得真应力-真应变曲线。结果表明：在所研究的条件下,真应力-真应变曲线均表现为明显的“双应力峰”特征,晶界处的位错湮灭、重新排列及后续绝热剪切带的形成是两次应力减小的主要因素,流动应力均表现出正应变速率敏感性和负温度敏感性。综合考虑应变硬化、应变速率硬化和热软化效应,提出一种修正J-C本构模型和BP人工神经网络模型,并对两种模型进行了准确性分析。结果表明BP人工神经网络模型能够更好地预测超细晶纯钛的动态力学行为,相关系数可达0.97065,平均相对误差仅为4.63%。     

Johnson-Cook dynamic constitutive relationship for TC 16 titanium alloy

The true stress--strain curves of TC16 alloy with a wide range of strain rates were investigated under uniaxial quasi-static tension and uniaxial dynamic compression with the lnstron 8032 test machine and the split Hopkinson bar respectively. The results indicate that the true stress increases with increasing strain rate, while decreases with increasing temperature. Under the 105 s^-1 high strain rate and temperature higher than 673 K, the true stress would even be less than that under quasi-static condition. A new method incorporating TCl6＇s stress strain curve developing item was proposed to determine the coefficients in J-C model easily and to avoid the estimation of the adiabatic temperature rising. The Johnson-Cook dynamic constitutive relationship for TC16 was obtained for the first time. Good agreement was obtained between the model prediction and the experimental stress--strain curves for TC16 under both quasi-static and dynamic loadings.     

TC21钛合金动态拉伸行为的率-热效应及其本构关系研究

本文对TC21两相钛合金材料在不同温度下从准静态到高应变率范围（0.001-1200s-1）的动态拉伸力学行为进行了试验研究。通过静态试验机与分离式Hopkinson拉杆装置,获取了TC21钛合金在单轴拉伸载荷下的应力-应变响应曲线。同时通过动态拉伸复元试验方法得到了材料在高应变率下的等温应力-应变响应曲线。由试验结果可见TC21钛合金的动态拉伸力学行为具备应变率-温度敏感特性,其初始屈服应力随应变率增加而增大,随温度升高而减小,通过引入两个敏感度系数对TC21材料的率-热效应进行了探究。同时根据等温试验数据对Johnson-Cook唯象本构模型进行修正来描述TC21钛合金率-热相关性的本构行为。对比模型预测结果与试验数据,二者吻合良好验证了修正模型的准确性。     

新型超高强韧钛合金热变形行为研究

采用Gleeble3800热压缩模拟试验机研究了新型超高强韧TB17钛合金775～905℃温度范围内、应变速率0.001～10 s~(-1)条件下的热变形行为。分析了该合金在热变形过程中流变应力软化特点及显微组织演变规律,建立了该合金Arrhenius型本构方程。结果表明:采用不同变形温度,TB17钛合金峰值应力对应变速率敏感程度不同,在相变温度以下变形时,峰值应力对低应变速率敏感;而在相变温度以上变形,峰值应力对高应变速率敏感。应变速率对TB17钛合金显微组织具有重要影响,合金应变速率大于0.1 s~(-1)时,以发生动态回复为主,而应变速率为0.001～0.1 s~(-1)时以发生动态再结晶为主;降低应变速率有利于动态再结晶发生,合金在应变速率0.001 s~(-1)时可获得粒度约25μm的β晶粒。变形温度对动态再结晶具有重要影响,在相变温度以下变形仅发生初生α相再结晶,而在相变温度以上变形则发生β相动态再结晶。TB17钛合金在相变点温度以下的热变形激活能为538.4 kJ/mol,在相变点温度以上的热变形激活能为397.4 kJ/mol,该合金在775～905℃热变形软化机制为晶界滑移机制。     

Zr-4合金热变形行为及物理本构模型

利用Gleeble-3500型热模拟试验机对Zr-4合金试样进行等温恒应变速率压缩实验,对其热变形行为进行分析,综合考虑变形温度对Young's模量和自扩散系数的影响,建立了 Zr-4合金基于应变耦合的物理本构模型.研究结果表明:合金的峰值应力对变形温度和应变速率敏感,峰值应力会随应变速率的增加或变形温度的降低而增大;...     

1000 MPa级高破碎性钢的动态本构模型

利用SEM、霍普金森杆和拉伸试验机等仪器对3种1000 MPa级高破碎性钢的组织、静态和动态力学性能进行了研究,并拟合了Johnson-Cook动态本构模型。结果表明:3种试验钢均有明显的应变硬化特征,应变速率由0.001 s^-1提高至8000 s^-1时,1号钢的屈服强度增加546 MPa;2号钢的屈服强度增加434 MPa;3号钢的屈服强度增加667 MPa。3种试验钢也存在明显的温度效应,1号 钢微观组织中未溶碳化物的存在使晶格阻力增大,有效的阻碍了位错运动,500 ℃高温条件下,1号钢的屈服强度为450 MPa,明显高于2号钢和3号钢的屈服强度330 MPa和310 MPa。3种高破碎性试验钢的 Johnson-Cook 方程分别为:σe=(1008+1309.04(εp)^{0.679 97})(1+0.1498lnε·^*)(1-T^{*1.188 53});σe=(1000+1214.321(εp)^0.6112)(1+0.480 15lnε·^*)(1-T^{*1.263 05});σe=(1008+1334.871(εp)^{0.610 88})(1+0.116 18lnε·^*)(1-T^{*0.992 47})。     

细晶TC4钛合金的动态再结晶行为及数值模拟

采用实验和有限元模拟相结合的方法,研究了经连续变断面循环挤压制备的细晶TC4钛合金热加工过程中的动态再结晶（DRX）行为。通过实验得到的真应力-应变曲线,建立了细晶TC4钛合金的临界应变模型和DRX动力学模型,并基于所建立的DRX模型,采用DEFORM-3D软件对其热压缩过程进行了模拟。结果表明:热压缩工艺参数对细晶TC4合金的DRX行为有显著影响;随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶的体积分数（XDRX）及其晶粒尺寸均增大;随着应变的增大,变形区的等效应变和区域范围均增大;合金变形时,XDRX的实验值与其模拟值的相关性为0.9762,表明所建立的模型具有较高的精度。