高应变速率下超高强冷轧双相钢的拉伸性能研究

测试超高强冷轧双相钢在不同应变速率下的准静态和动态拉伸力学性能,并通过数学模型研究了高应变速率下材料的变形行为。结果表明,Johnson-Cook模型拟合度较差,但是根据可决系数修正以后的模型预测结果与实验结果具有较好的吻合度。     

TC18合金高温动态力学行为表征

采用电子万能试验机对TC18合金进行常温准静态压缩实验,得到合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18合金在温度分别为298 K、523 K、773 K和1023 K,应变率分别为500s~(-1)、1000s~(-1)和1500s~(-1)下进行动态力学性能实验,得到合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线。在Johnson-Cook模型的基础上,通过考虑应变、应变率和温度的耦合效应,建立修正的Johnson-Cook模型对TC18合金的高温动态力学性能进行表征,模型预测结果与实验结果吻合良好,表明修正的Johnson-Cook模型能够更精确地表征TC18合金在高温下的流动应力。     

高应变速率拉伸条件下TWIP钢动态力学性能与组织演变规律的研究

利用Hopkinson拉杆在高应变速率下对TWIP钢进行了动态力学性能研究。基于动态力学实验数据,优化了材料的动态本构关系Johnson-Cook模型中的相关参数。采用金相显微镜、扫描电镜等对动态拉伸变形后TWIP钢的组织演变进行了研究。分析了TWIP钢的动态TWIP效应机理。结果表明:TWIP钢表现出较为明显的应变速率效应,即随应变速率的提高,材料的强度、塑性和能量吸收值均增加。获得了TWIP钢的组织演变规律。得到了TWIP钢在高应变速率下合理自洽的动态力学本构方程。得出了TWIP钢的动态TWIP效应机理。     

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金在低温高应变速率下的变形行为

在变形温度为193~298 K、应变速率为2000~3000 s^-1的范围内,对Ti6321钛合金进行动态压缩试验,研究温度和应变速率对材料力学性能和变形行为的影响。采用光学显微镜（OM）、透射电子显微镜（TEM）和电子背散射衍射（EBSD）表征和分析了合金的微观结构演变。结果表明,随着温度的降低和应变速率的增加,Ti6321钛合金的动态屈服强度和平均流动应力均增大,而断裂应变明显降低。采用Johnson-Cook本构方程预测了Ti6321钛合金在低温高应变速率下的力学行为,拟合结果与实验结果吻合较好。微观结构分析表明,随着变形温度的降低,｛112｝和｛101｝2种孪晶的含量明显增加,即变形机制逐渐由孪晶的辅助作用转变为孪晶占主导地位。     

基于薄壁梁落锤压溃高强钢动态力学性能分析

先进高强钢对汽车的安全性和轻量化具有重要影响,其动态力学性能直接影响到整车碰撞安全。针对汽车用先进高强钢的动态力学性能进行分析,选取双相高强钢HC500/DP780,分别采用普通力学拉伸试验机和液压伺服高速拉伸试验机,获得0.001和0.1 s~(-1)的2种准静态下以及1,10,100,200,500和1000 s~(-1)的6种高应变速率下的单向拉伸试验力学性能,并基于Johnson-Cook方程获得材料的动态力学本构模型。基于薄壁梁落锤压溃试验平台进行压溃性能分析,并采用LS-DYNA进行模拟仿真分析,以此对材料动态力学性能数据及本构模型进行验证分析。结果可知:模型仿真与试验分析的变化趋势基本一致,表明模型仿真的准确性,进而说明材料动态力学性能及本构模型的准确性;随着碰撞速率的增加,管件的吸能比以及载荷比都在减小,这说明碰撞速率对管件的吸能特性有一定影响,随着碰撞速率增加,管件的吸能特性逐渐降低。     

HST2425钛合金动态力学行为及本构模型

使用电子万能试验机和分离式霍普金森杆装置(SHPB)研究了HST2425钛合金在温度为293～673 K、应变速率为0.0001～6500 s^-1下的准静态和动态力学性能。结果表明,HST2425钛合金的最大应力和最大应变均随应变速率的增大而增加,但是应变速率超过3500 s^-1后最大应力的增加程度降低,在应变速率超过5500 s^-1后最大应变的增加程度也降低。随变形温度的升高,流变应力显著降低,并且温度和应变速率在动态压缩过程中具有交互作用。根据试验结果建立了HST2425钛合金的原始Johnson-Cook(J-C)模型及其修正模型,且修正模型与试验值的相关性比原始模型更好,表明修正模型在预测HST2425钛合金动态冲击变形行为方面具有更高的准确性和适用性。     

高应变速率冲击条件下Fe-Mn-C TWIP钢的力学性能

采用Hopkinson压杆对实验Fe-Mn-C TWIP钢进行了高应变速率(1202~2532 s-1)下的动态力学性能测试。结果表明:实验TWIP钢具有较为明显的应变速率效应,随应变速率的提高材料的强度和塑性均增加;随应变速率的提高材料的能量吸收值也随之增加。结合准静态压缩(0.001 s-1)实验数据,优化拟合了Johnson-Cook模型中的各参数,获得了材料的动态力学本构方程,拟合结果与实验结果具有较高的一致性。     

基于修正Johnson-Cook本构模型的BFe10-1.6-1白铜合金高温流变行为

为了研究BFe10-1.6-1白铜合金的高温流变行为,采用Gleeble-3800热模拟试验机在变形温度分别为1023、1073、1123、1173、1123和1273 K,应变速率分别为0.001、0.01、0.1、1.0和10 s^-1的条件下对BFe10-1.6-1白铜合金进行了热压缩试验,建立了BFe10-1.6-1铜合金的Johnson-Cook本构模型。利用试验应力-应变数据建立了Johnson-Cook本构方程和修正Johnson-Cook本构方程。将所建立的方程预测的流变应力与试验数据进行了对比。引入相关系数R和平均绝对相对误差e_AARE验证了修正Johnson-Cook本构方程的准确性。R和e_AARE值分别为0.985和6.57%。结果表明,修正Johnson-Cook本构模型能够精确预测大多数变形条件下的流变应力。BFe10-1.6-1白铜合金的主要高温软化机制为动态回复。     

Q345B铌微合金钢的Johnson-Cook本构方程研究

采用热模拟试验机对Q345B铌微合金钢进行热压缩试验,根据试验结果,充分考虑热变形应变速率和变形温度对流变应力的影响,并在Johnson-Cook本构方程的基础上,对Q345B铌微合金钢的Johnson-Cook本构方程中的参数进行标定,方程预测表明流变应力与试验值一致,应力变化趋势相同。在此基础上建立三维有限元压缩模型,有限元模拟结果显示,计算的压缩应力应变曲线与实验测定曲线一致,表明了本构方程在有限元计算中的有效性和可行性,这可为其他模拟轧制计算提供材料的流变应力模型。     

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.     

冲击载荷下TC18钛合金力学性能模拟研究

TC18钛合金在退火状态下的屈服强度非常高,进行动态力学性能测试存在一定困难,可优先考虑采用数值模拟方法对其动态力学性能进行研究,而数值模拟结果的精确性主要取决于合金本构方程的精确性。为了减少数值模拟与实验结果之间的差异,在Johnson-Cook模型的基础上做了调整,利用ABAQUS软件的子程序接口自定义了材料本构子程序UMAT,以代码的形式来扩展ABAQUS程序的功能。通过与ABAQUS/Standard软件分析结果以及实验结果的对比,验证了自定义材料本构子程序UMAT计算结果的精确性与可靠性。该研究可为TC18钛合金的结构设计提供参考。     

热氧化TC4静动态力学性能研究

本文选取700 °C/10 h热氧化工艺,对TC4进行热氧化处理。通过准静态压缩,纳米压入及分离式Hopkinson压杆冲击等测试,研究了热氧化对TC4静动态力学性能的影响。此外,借助扫描电镜(SEM)分析了动态冲击后氧化层的形貌。结果表明,热氧化TC4具有较好的静态力学性能和较高的应变率强化效应。氧化层在较低冲击应变率下,能够提高TC4的塑性；而当应变率过大,则会降低其塑性。最后,经过对本构模型修正和试验数据拟合,得到了室温下的热氧化TC4的Johnson-Cook(J-C)本构方程。修正曲线与实验结果对比,两者在塑性平台区吻合较好。     

汽车覆盖件用6016铝合金板高应变速率敏感性试验研究

汽车碰撞(被动)安全性常用仿真分析方法来预测,高应变速率下材料性能参数的准确性关系到汽车碰撞仿真分析的精度。针对国内外的4种汽车覆盖件用6016铝合金板,进行了不同应变速率(5~500 s-1范围内)的高速拉伸试验,利用Johnson-Cook模型进行数据处理,系统研究了4种汽车覆盖件用6016铝合金板的力学性能(屈服强度、抗拉强度及断裂伸长率)和耐碰撞性能的应变速率敏感性。研究结果表明,4种6016铝合金板的屈服强度和抗拉强度具有较低的速率敏感性,其断裂伸长率和耐碰撞性能具有较高的速率敏感性。     

变形温度对摩擦焊件显微组织与拉伸性能的影响

异种合金焊接件在航空工业中显示出巨大的应用潜力。针对线性摩擦焊接的Ti2AlNb/TC11焊件接头抗拉强度低和塑性差的特点,对其进行热变形,研究变形温度对焊件接头显微组织与拉伸性能的影响。结果表明,在温度950℃变形后,焊件室温拉伸时在Ti2AlNb合金侧出现脆性断裂;在温度1010℃变形后,母材TC11合金显微组织严重粗化,焊件在室温下表现出一定的强度,但是塑性较差;当在温度980℃变形时,焊件不仅具有较高的强度,也表现出极好的韧性,这与所观察到的显微组织特点相一致。     

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。     

不同冷速对TC4钛合金组织和性能的影响

对TC4钛合金进行了不同冷速的热处理,得到了不同层次（晶粒、丛域、片层）的显微组织,建立了以片层组织尺寸为基础的Hall-Petch关系。结果表明：随着冷却速率的增加,片层细化,对应的屈服强度和抗拉强度逐渐升高,塑性逐渐降低。片层尺寸和力学性能之间较好地吻合Hall-Petch关系,是影响力学性能的主要特征参量。     

考虑应变率效应的新型轻量化迫击炮座钣有限元分析

室温条件下,采用INSTRON实验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置对TC4钛合金进行压缩实验,得到了不同应变率下的真应力-真应变曲线。通过对应力-应变曲线拟合分析,建立了TC4钛合金的Johnson-Cook(JC)本构模型。基于该本构模型,采用ABAQUS对TC4钛合金高应变率下的冲击压缩实验进行了数值模拟,通过实验结果与仿真数据的对比分析,验证了该本构模型参数的正确性。为实现迫击炮轻量化的目标,设计了一种新型轻量化钛合金质迫击炮座钣。通过建立冲击载荷下迫击炮座钣的有限元模型,考虑材料的应变率效应,对座钣的强度和刚度进行了分析,得到了座钣的应力和位移的变化规律。本文的研究结果为迫击炮座钣及其它装备结构的轻量化设计与开发提供了借鉴。     

脉冲电流频率对预制缺陷TC4钛合金性能的影响

为了研究脉冲电流频率对预制缺陷TC4钛合金组织性能的影响规律,首先采用室温预拉伸制备含孔洞缺陷的TC4试样,然后选取不同频率的脉冲电流对预制缺陷的TC4试样进行通电处理,对比通电前后板材内部的显微孔洞和基体组织的变化情况,并对处理后的试样进行二次室温拉伸获得力学性能参数。结果表明：当脉冲电流频率从0升至140Hz时,TC4内部孔洞体积分数由2.21%下降至0.86%,屈服强度由916.7MPa提高到990.9MPa,抗拉强度由951.2MPa增加至997.5MPa,延伸率提高64.86%;当脉冲电流频率从140Hz提高到160Hz时,内部孔洞体积分数反而增至1.99%,屈服强度和抗拉强度则分别下降到975.1MPa和988.5MPa,延伸率降低了37.70%。显微孔洞体积分数几乎决定了预制缺陷TC4钛合金的力学性能。     

等温变形对异种钛合金焊缝组织性能的影响

通过改变等温变形工艺参数探讨了焊缝显微组织的变化机理与焊件的室温拉伸性能。结果表明:在较低应变速率下,以较大变形量变形时,焊接界面晶粒细化与位错切过晶界和晶内的O/α2相条及O/α2发生拉长、颈缩而断开的机制有关,变形量小时则主要以位错切断晶界及晶内O/α2条为主。应变速率低(10-4s-1)和高(10-2s-1)时,出现的粗细不同条状O/α2相是与动态再结晶的响应速率有关。在980℃,以10-2～10-4s-1应变速率和30%～50%变形Ti2AlNb/TC11双合金焊接接头,可得到高于TC11合金的室温强度。