GH3536镍基变形高温合金的应力松弛行为与蠕变本构方程

对GH3536高温合金在变形温度为650、750和850℃和初应力为150、200和250 MPa条件下进行了多组应力松弛试验，研究了温度和初应力对GH3536高温合金应力松弛行为和松弛极限的影响，分析了应力松弛行为的特点。采用三次延迟函数对试验获得的松弛曲线进行了拟合，推导出蠕变应变速率与应力的关系，并基于分段蠕变本构方程对蠕变应变速率-应力曲线进行了拟合，并确定了方程中的材料常数。将蠕变本构方程代入ABAQUS有限元软件中对GH3536高温合金的应力松弛过程进行了模拟。结果表明，模拟数据与试验数据吻合较好，表明建立的蠕变本构方程可很好地描述GH3536高温合金在相应条件下的应力松弛行为。     

GH1016合金热变形本构方程及临界变形条件

为了研究GH1016合金的高温热变形行为,利用Gleeble-3500热模拟试验机进行变形温度在1000～1150℃范围内,应变速率为0. 1～10 s-1,总压缩变形量为60%的热压缩试验,通过获得的真应力-真应变曲线研究了其变形行为。研究结果表明:真应力随变形温度的降低和应变速率的升高而增加。在一定的变形温度下,随着应变速率的增加,峰值应力和峰值应变均增加;在一定的应变速率下,随变形温度的升高,峰值应力和峰值应变减小。根据真应力-真应变曲线中的峰值应变和峰值应力数据,利用数据拟合的方法分别求得了GH1016合金的热变形本构方程和临界变形条件方程。在本实验条件下,GH1016合金发生动态再结晶的热激活能为456. 55 k J·mol-1。     

GH4141高温合金热变形行为及组织演变

通过热压缩实验研究了经均匀化处理后的GH4141合金在变形温度为1000～1200℃和应变速率为0.01-5 s^-1条件下的热变形行为,构建了GH4141合金的热变形本构方程,并分析了热变形过程中微观组织的演变规律。结果表明,GH4141合金的峰值应力和峰值应变均随着变形温度的升高和应变速率的减小而显著降低。当变形温度为1100～1150℃时,由于动态再结晶的发生,动态软化逐渐与加工硬化达到平衡,流变应力基本不变,真应力-真应变曲线趋于平稳状态。基于Zener-Hollomon参数的双曲正弦模型可以很好地描述GH4141合金热变形过程中峰值应力与变形温度和应变速率的关系。GH4141合金热变形过程中的再结晶程度随着变形温度升高、应变速率减小和变形量增加而增加。当变形温度≥1100℃,应变速率为0.01～0.1 s^-1,变形量≥50%时,合金发生完全动态再结晶。     

GH5188合金流变行为研究

通过在Gleeble-3500型热模拟实验机上对GH5188合金进行等温热压缩实验,在变形温度为1030~1150℃、应变速率为0.01~10s-1的条件下,研究其热压缩变形的流变应力变化规律。在应力-应变结果的基础上,采用引入应变量因素的Arrhenius方程,建立了描述GH5188合金高温变形特性的本构方程。结果表明:变形温度和应变速率对GH5188合金流变应力影响显著,随变形温度升高和变形速率的降低,相同变形程度下合金的流变应力显著降低,并且在较低的应变下合金即可达到稳态流变状态。GH5188合金流变应力计算值和实验值相对误差较小,所建立的本构方程具有良好的预测能力。     

6082铝合金的高温本构关系

利用Gleeble-3500热模拟机,研究6082铝合金在350℃～500℃、应变速率10-2s-1～5s-1、最大变形程度60%条件下的热压缩变形行为。得到了高温下该铝合金的真应力-应变曲线。分析流变应力与应变速率和变形温度之间的关系,建立了高温热变形的本构关系。推导出包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数所描述的高温流变应力表达式。为减少应变的影响,建立4阶多项式对材料参数进行拟合,得到改进的本构方程,并与实验值进行对比。结果表明,应变速率和变形温度对6082铝合金流变应力有显著影响,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。该合金属于正应变速率敏感材料,合金热变形过程受热激活控制,激活能为145.977kJ/mol。     

FGH4096/GH4133B双合金高温变形的动态软化行为

FGH4096/GH4133B双合金在变形温度1020~1140℃、应变速率0.001~1.0s-1条件下进行50%变形量的热模拟压缩试验。根据应力-应变曲线,基于传统Arrhenius型方程建立双合金高温变形过程中的本构关系。结合应力-应变曲线与Poliak-Jonas准则分析不同变形参数对双合金组织软化机制的影响。结果表明:FGH4096/GH4133B双合金变形时,升高温度和降低应变速率可有效诱导该双合金的软化机制由动态回复转变为动态再结晶。     

Nb10Zr合金高温变形应变补偿型本构关系模型

针对一种新型的铌基高温功能合金Nb10Zr,在变形温度1273~1373 K和应变速率0.01~1 s-1条件下,利用Gleeble-1500型热模拟试验机进行等温恒应变速率压缩试验,对其高温变形行为进行研究,并建立了应变补偿的材料高温变形Arrhenius本构关系模型。确定了峰值应力、变形温度和应变速率之间的关系,并考虑了应变的影响,获得了变形激活能和本构方程中材料常数随应变的变化规律。结果表明,在较低温度下所建立的本构关系模型可以精确预测材料的变形行为,但随着变形温度的升高,本构模型的预测能力有所下降,但在所研究的变形温度和应变速率范围内应变补偿型本构关系模型能够满足工程需要,平均相对误差为4.3%     

35MnB钢高温变形行为及本构方程

为了合理制定35MnB钢制件热成形工艺参数,在790~1190℃温度范围内,应变速率为0.01~10 s~(-1)及总压缩变形量(真实应变)为0.6的试验条件下,采用Gleeble-1500D热模拟试验机对35MnB钢进行热压缩变形试验,研究其高温变形行为。结果表明:流变应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大。同一应变速率下,随着变形温度的升高应力峰值向左移动,应力-应变曲线整体下移;同一变形温度下,应变速率越大,应力峰值越高,相应的应变量也越大。采用含有变形温度(T)和变形激活能(Q)的Arrhenius equation方程的双曲正弦模型,构建了35MnB钢在高温下流变应力与应变速率的本构方程。并验证了所构建本构方程的准确性,计算结果显示预测应力峰值与试验应力峰值吻合较好。通过采用本文所构建的35MnB钢本构方程对大型液压装载机锻造摇臂成形过程进行模拟,结果证明本文所构建的本构方程可以应用于35MnB钢制件高温成形模拟过程,并为实际生产做指导。     

GH625镍基合金的高温压缩变形行为及组织演变

在Gleeble-1500D热模拟机上采用等温压缩实验研究GH625合金的高温压缩变形行为,获得合金在温度为1000～1200℃、应变速率为10-2～10s-1的条件下的真应力—应变曲线,并在考虑摩擦和变形热效应的基础上对真应力—应变曲线进行修正。对修正后的峰值应力进行线性回归,得到合金的高温材料常数:Q=635.38kJ/mol,α=0.008404MPa-1,n=3.52。通过非线性回归建立GH625合金包含应变量的高温变形本构模型。在应变速率为0.1s-1时,随着热变形温度的升高,合金发生动态再结晶的体积分数随之增加,在1000～1100℃发生部分动态再结晶,当温度达到1200℃时,发生完全动态再结晶,此时平均晶粒尺寸约为22.21μm。     

基于MATLAB的铸态C19400合金高温变形行为及本构方程

通过Gleeble-1500D数控动态热-力学模拟试验机对铸态C19400合金进行了高温等温热压缩试验,研究了该合金在变形温度700～950℃,应变速率0.001～10 s~(-1)条件下的高温变形行为。结果表明:在同一应变速率下,铸态C19400合金的流变应力随温度的升高而降低,在同一变形温度下,合金流变应力随应变速率的升高而升高。应变速率为0.001、0.01、0.1和1 s~(-1)时,动态软化以动态回复为主;应变速率为10 s~(-1)时,动态软化以动态再结晶为主,且再结晶程度随变形温度的升高而增加。此外,本文提出了一种基于MATLAB平台编程计算本构方程的方法,得到了基于Arrhenius双曲正弦本构关系的铸态C19400合金峰值流变应力本构方程,并计算得到该本构方程计算应力与试验应力的相对误差AARE为2.71%、相关系数R为0.9977,表明计算结果与试验结果高度吻合。     

HC1150/1400MS马氏体钢的高温本构模型

利用Gleeble1500热模拟试验机在温度范围600~900℃、应变速率范围10-2~10 s-1等对HC1150/1400MS马氏体钢试件进行等温拉伸试验,进而构建了马氏体钢热加工过程的数值模拟需要的高温本构模型,用以根据应变、应变速率及变形温度预测流动应力。试验得到该材料奥氏体组织在不同温度及应变速率下的真应力、真应变曲线,显示材料的流动应力随变形温度的降低和应变速率的提高而增大,随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。选用修正的Arrhenius双曲正弦模型对其高温力学行为进行描述,采用四次多项式拟合获得Arrhenius本构方程中参数α,β,n1,n,ln A,Q与应变的对应关系,最终确定包含变形温度及应变速率的流变应力计算方程。采用拟合度表示计算应力与实测应力的相关性,拟合度结果表明该本构模型对HC1150/1400MS马氏体钢高温流动应力的预测较准确。     

GH690-RE合金高温塑性本构方程研究

采用Gleeble-3500热模拟机对GH690-RE合金进行高温压缩变形试验,在温度为950～1200℃,应变速率为0.001～2.000s-1的变形条件下测定并分析其应力-应变曲线。结果表明,流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,且流变应力特征可用经典的双曲正弦模型描述。以应力-应变曲线为基础,采用线性回归法确定了GH690-RE合金的常数,建立了GH690-RE合金的高温本构关系方程。     

GH625合金的热变形行为

采用Gleeble-1500热模拟试验机研究了GH625高温合金在应变速率为0.001～1 s-1、变形温度为1223～1373 K条件下的热变形行为。结果表明:当变形温度一定时,随应变速率的升高,合金的峰值应力σp和稳态流动应力σs及对应的应变εp和εs均升高;当变形速率一定时,随变形温度的升高,σp和σs以及εs均降低,但εp基本保持不变。GH625合金在热压缩变形过程中应变速率的降低和变形温度的升高均有利于动态再结晶的发生;根据应力-应变曲线,通过线性回归获得GH625合金的本构方程。     

超超临界转子用X12钢高温变形行为及基于应变补偿的本构模型

采用Gleeble-1500D试验机对X12钢进行热压缩试验,应变速率范围为0.05~5 s-1,变形温度范围为950~1200℃,研究其高温成形工艺,分析变形温度、应变速率等对流变应力的影响,在考虑应变对材料常数影响的基础上,建立了X12材料基于应变补偿的Arrhenius本构模型,并对所建立的本构模型进行验证。结果表明:随着变形温度的升高或应变速率的降低,真应力和峰值应力逐渐减小;修正后的Arrhenius本构模型能够很好的预测X12钢的流动应力,该模型具有良好的准确性和可靠性。     

新型含Zr超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金的高温压缩流变行为

采用等温压缩试验法,研究了新型含Zr超高强Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金在变形温度为300～450℃和应变速率为0.001～1s-1条件下的流变变形行为,获得了等温恒速单轴方向热压缩变形过程的真应力-真应变曲线,建立了流变应力本构方程。结果表明:在实验范围内,该合金高温压缩时均存在稳态流变特征且属于正应变速率敏感材料;在较低温度和较高应变速率条件下,流变应力除了与应变速率、变形温度有关以外,还与变形量有关;可用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数描述该合金的高温压缩流变行为,基于热模拟试验提供的真应力-真应变数据,可得出流变应力σ解析表达式中A、α和n分别为2.09×106s-1、0.019MPa-1和5.075,其热变形激活能Q为112.66kJ/mol。     

铸态GH4169合金热变形行为及三种本构模型对比

在Gleeble-1500热力模拟机上对铸态GH4169合金进行热压缩试验,变形参数为:温度(1193～1373K)、应变速率(0.01～10s~(-1))、变形量50%。通过分析真应力真应变曲线,研究铸态GH4169合金的热变形行为;对比分析了Johnson-Cook(JC)、修正的Johnson-Cook(MJC)和应变补偿Arrhenius3种本构模型的相关系数(R)和平均相对误差(AARE)。结果表明:铸态GH4169合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。JC模型、MJC模型和应变补偿的Arrhenius本构模型的相关系数(R)分别为0.891、0.956和0.961,AARE依次为29.02%、11.16%和9.31%。因此,应变补偿的Arrhenius模型能够更为精确地描述铸态GH4169的热变形行为。     

镁合金Mg-Zn-Y-Zr的高温变形及本构方程

采用Gleeble-1500热模拟试验机对铸态镁合金Mg-Zn-Y-Zr在变形温度为250～450℃,应变速率为0.001～1s-1条件下的高温压缩变形行为进行研究,利用双曲正弦关系描述了该合金的本构方程。结果表明,Mg-Zn-Y-Zr合金的高温流动应力-应变曲线主要以动态回复和动态再结晶软化机制为特征,峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;在真实应力-应变曲线基础上,建立的Mg-Zn-Y-Zr合金高温变形的本构模型较好地表征了其高温流变特性。     

喷射成形FGH95高温变形流变应力行为与预测

在变形温度为1 050~1 140℃、应变速率为0.01~10 s 1和变形率为50%的条件下,采用Gleeble 1500热模拟机研究喷射成形FGH95合金的热压缩变形行为。结果表明:在合金热压缩变形初始阶段,流变应力随应变的增加迅速增大,达到峰值应力后逐渐减小,呈现明显的动态软化特征;合金流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而显著减小;应变速率为0.1~10 s 1时,合金峰值应变随温度升高而减小,并趋于平稳;而应变速率为0.01 s 1时,合金峰值应变在1 100℃出现极大值。考虑变形量对合金热压缩流变行为的影响,引入包含应变量的四次多项式函数对双曲正弦修正的Arrhenius方程进行改进,改进后的本构方程的流变应力预测值与实验值吻合较好,平均相对误差为3.64%。     

Mg-3.5Zn-0.6Y-0.5Zr合金高温压缩变形行为

采用Gleeble-1500D热模拟实验机,研究了Mg-3.5Zn-0.6Y-0.5Zr合金在变形温度为300~450℃、变形速率为0.002~1s-1及变形量为50%的条件下的高温压缩变形行为,分析了流变应力与应变速率、变形温度的关系,计算了高温变形时变形激活能和应力指数,建立了该合金的本构方程。结果表明:Mg-3.5Zn-0.6Y-0.5Zr合金在热变形过程中真应力随着温度的升高而降低,真应力随着应变速率的升高而升高。该合金的流动应力可以用双曲正弦函数来描述。     

Ti2AlNb合金高温拉伸性能研究及本构方程的建立

通过高温拉伸试验研究了Ti2AlNb合金在温度为900~1000℃、应变速率为0.0001~0.01 s~(-1)下变形温度及应变速率对材料伸长率和抗拉强度的影响,并基于试验结果研究了材料应变速率敏感性指数随温度及应变速率的变化趋势。结果表明:Ti2AlNb合金应变速率敏感性指数随温度及应变速率的变化呈先升高后下降的趋势,在温度为975℃、应变速率为0.0005 s~(-1)条件下达到峰值,随后快速下降。通过扩展Rossard提出的粘塑性关系式,修正了基于Backoften方程所建立的应力-应变本构关系式,建立了材料在不同温度下的热变形本构方程。试验结果与模型计算结果基本吻合,可用于表征Ti2AlNb合金在高温下的热变形行为。