半固态AlSi7Mg合金的触变力学模型研究

采用G1eeble—1500热模拟实验机研究了半固态A1Si7Mg合金的触变力学行为.通过回归分析建立了半固态A1Si7Mg合金在不同温度下的粘塑性本构关系模型；利用自行开发的半固态金属触变成形装置进行了实验研究，并采用建立的本构关系应用DEFORM^TM商用软件进行了模拟计算与实验条件相同的变形过程．由模拟计算与实验结果相比较可知，建立的本构关系模型是合理的，模拟结果与实验结果基本吻合．     

半固态7050铝合金材料的触变力学模型

为了系统研究半固态7050铝合金的触变力学行为,采用Gleeble-3500热模拟试验机对SIMA法制备的半固态7050铝合金进行单向压缩试验,利用SPPS数理统计软件拟合材料本构模型,最后通过MSC.MARC软件进行半固态轧制过程的数值模拟。结果表明:7050铝合金的压缩流变应力与温度、应变速率以及应变具有相关性,在0.1~10 s-1的应变速率范围内,流变应力随温度的升高而明显降低,随应变速率和变形量的增大而增大;利用压缩试验测得真应力—真应变关系,可以建立半固态7050铝合金分阶段触变变形的粘塑性本构模型,该模型基于半固态材料的力学特性,并考虑液相分数的影响;模拟计算得到的稳态轧制力约为25 MPa,与实际轧制实验结果基本吻合,证明所建立的本构模型是合理的。     

微细制造新技术—半固态微成形研究进展

介绍了半固态微成形的工艺适用性以及国内外研究进展,对半固态微成形目前研究的本构模型、尺度效应、摩擦机理、模具设计、工艺参数选择、微观组织等进行了总结论述,并对研究中存在的问题进行了简要分析。在此基础上着重论述了不同工艺条件下尺度效应的表现形式、不同本构模型的适用条件以及工艺参数的选择对材料流动和成形件质量的影响,指出了现有本构模型在描述半固态微成形过程中材料流动行为时的不足,提出了适用于半固态微成形本构模型理论研究的前景方向,另外介绍了在半固态微成形中存在明显的液相偏析,成形速度是影响液相偏析的主要原因。最后,对半固态微成形的研究进展进行了总结,并提出了目前该工艺存在的问题和未来应重点关注的方向。     

6061铝合金半固态本构方程的研究

采用Gleeble3800热模拟试验机,对采用近液相线半连续铸造方法制备的6061铝合金半固态坯料进行热模拟压缩试验,研究变形温度为585℃~605℃、应变速率为0.01/s~10/s时,变形温度和应变速率对变形行为的影响。结果表明,半固态铝合金的流动应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。以半固态触变压缩试验结果为基础,建立了反映半固态6061铝合金变形行为的本构方程,并进行回归分析。结果表明,该模型具有良好的精度,试验确定的6061铝合金本构关系的适用温度范围为585℃~605℃,应变速率范围为0.01/s~10/s。     

汽车用铝合金零件的半固态压铸数值模拟

对采用近液相线铸造法制备的6061铝合金半固态坯料进行热模拟压缩试验,根据试验获得的6061铝合金不同温度与应变速率下的应力—应变曲线,采用多元回归线性方法建立能够表征6061铝合金半固态变形行为的本构方程。根据Stefan等研究学者提出的半固态浆料的表观黏度与热模拟压缩试验中的应变速率等参数间的关系式,对表观黏度和剪切速率之间的关系进行了研究。应用仿真软件ANYCASTING模拟充填速度对6061铝合金半固态触变压铸过程的影响。结果表明:Bingham模型中表观黏度等各个参数的确定符合实际生产经验值,为6061铝半固态合金零件触变压铸过程的研究提供了一定的理论基础。     

γ-TiAl合金高温塑形变形力学行为及本构模型

轻质高强γ-TiAl合金是航空发动机关键结构件减重的首选材料。本文概括总结了γ-TiAl合金的高温压缩变形力学行为及本构模型,重点分析了变形工艺参数、变形历史和预热处理、元素、原始组织对γ-TiAl合金高温压缩变形力学行为的影响。本文概括总结了三种本构模型：经验型本构模型、不同软化机制下的本构模型和耦合变形机理的微观模型,并对Arrhenius模型和H-S模型进行了详细分析。同时,对不同软化机制下的本构模型和耦合变形机理的模型进行了总结分析。最后指出,γ-TiAl合金高温压缩变形力学行为的未来研究重点是建立耦合多相协调性高温变形机理的本构模型。     

γ-TiAl合金高温塑性变形力学行为及本构模型的研究进展（英文）

轻质高强γ-TiAl合金是航空发动机关键结构件减重的首选材料。概括总结了γ-TiAl合金的高温压缩变形力学行为及本构模型,重点分析了变形工艺参数、变形历史和预热处理、元素、原始组织对γ-TiAl合金高温压缩变形力学行为的影响。本文概括了3种本构模型:经验型本构模型、不同软化机制下的本构模型和耦合变形机理的微观模型,并对Arrhenius模型和H-S模型进行了详细分析。同时,对不同软化机制下的本构模型和耦合变形机理的模型进行了总结分析。最后指出,γ-TiAl合金高温压缩变形力学行为的未来研究重点是建立耦合多相协调性高温变形机理的本构模型。     

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%     

应变速率、液体体积分数和液体粘度对金属半固态成形变形力的影响

建立了用于描述金属及颗粒增强金属基复合材料在半固态下一维等温轴对称压缩变形行为的理论模型。使用有限差分技术和铝合金的参数来进行模型计算。根据模型的计算结果 ,研究了应变速率、液体体积分数和液体粘度对金属在两平行板间半固态压缩变形力的影响。结果表明 ,液体粘度对变形力几乎没有影响 ,变形力随轴向应变速率绝对值的增加而增加 ,随液体体积分数的增加而明显减少。     

基于经典塑性理论的新型亚稳β钛合金热变形粘塑性统一本构模型

对含动态回复(DRV)、动态再结晶(DRX)的钛合金热变形本构模型进行了研究。其中基于经典塑性理论和内变量粘塑性统一本构理论构建模型的思想,在两者相关点的基础上,结合材料的变形特性,通过对相关表达式的具体推导,构建了相应的本构模型,模型物理意义清晰。最后将模型应用于预测新型亚稳β钛合金Ti2448的热变形流变行为。根据所建模型得到的预测曲线和实验曲线吻合较好,能够有效预测该合金在热变形过程中的流动应力。本研究所建本构模型是有效的,构建方法是合理的,能为构建亚稳β钛合金热变形本构模型提供一种有效的方法。     

A three-phase simulation of the effect of microstructural features on semi-solid tensile deformation

A direct finite-element microstructure model for prediction of the deformation behavior of semi-solid metallic alloys is presented. The 2D model geometry is based on a modified Voronoi tessellation, and includes rounded corners to approximate an equiaxed-globular grain structure, liquid surrounding the grains, and micro-porosity. An elasto-plastic empirical constitutive equation is derived for the solid grains, while the liquid is approximated as a perfectly plastic material with a very low yield stress. The resulting three-phase model was used to investigate the effects of fraction solid, porosity, and grain size on the constitutive behavior of a semi-solid aluminum alloy, AA5182. The model predictions were validated against experimental data at high fraction solid. These simulations reveal a strong correlation between semi-solid grain size and yield stress, and between porosity and strain localization. The application of direct finite-element simulations is shown to be an effective technique for examining the effects of microstructure phenomena on the macro constitutive behavior of semi-solid materials.     

半固态AlSi7Mg合金挤压成形的刚-粘塑性有限元模拟

在半固态金属成形过程中, 金属流动机制的预测是非常重要的。由于影响半固态金属成形特性的因素很多, 故相当复杂。本文中, 利用自行开发的半固态金属触变成形装置和六指形模具进行的触变成形实验的结果, 并采用半固态AlSi7Mg合金在不同温度下建立的刚 粘塑性本构关系, 应用 DEFORMTM商用软件进行了模拟计算与实验条件相同的变形过程。由模拟计算与实验结果相比较可知, 模拟结果与实验结果基本吻合。     

ZL201合金半固态成形本构模型

对采用近液相线铸造法制备的ZL201合金半固态坯料进行了热模拟压缩试验。根据试验获得的ZL201合金不同温度与应变速率下的应力-应变曲线,采用多元回归线性方法建立了能够表征ZL201合金半固态变形行为的本构方程。同时,根据半固态浆料的表观粘度与热模拟压缩试验中的应变速率等参数间的关系式,对表观粘度和剪切速率之间的关系进行了研究。利用仿真软件Anycasting对ZL201合金半固态触变压铸成形过程进行了数值模拟,研究了内浇道厚度对ZL201合金半固态触变压铸过程的影响,并预测了铸件缺陷。结果表明,当内浇道厚度为3mm时,半固态金属浆料充型过程最为理想。     

半固态7050铝合金热压缩变形行为

在Gleeble-3500热模拟机上对半固态7050铝合金进行了高温热压缩试验,研究了该合金在变形温度为420～465℃、应变速率为0.001～0.100s-1条件下的流变应力行为以及变形过程中的显微组织。结果表明,流变应力在变形初期随着应变的增大迅速增大,出现峰值应力后逐渐平稳,流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的升高而下降;流变应力可以用双曲线正弦形式的关系来描述,通过线性拟合计算出该材料的形变激活能等参数,获得流变应力的本构方程。随着变形温度升高和应变速率降低,合金中拉长的晶粒变大,合金热压缩变形的主要软化机制为动态再结晶。     

Prediction of solidification behaviour via microstructure models based on granular structures

Abstract

Two important factors affecting hot tearing – semi-solid constitutive behaviour and grain percolation – have been simulated through the use of microstructure models based on granular structures. The semi-solid model geometry is based on a modified Voronoi tessellation, and includes rounded corners to approximate an equiaxed-globular grain structure with liquid surrounding the grains. The percolation model combines solidification and thermodynamic aspects to predict the gradual transition within the mushy zone from a continuous liquid to a coherent solid network, while the constitutive behaviour model uses experimentally-derived data to describe the behaviour of the solid grains. By performing a series of model runs over ranges of grain size and fraction solid, the simulations have revealed an important link between grain size, semi-solid yield stress, strain localisation, and grain coalescence. Furthermore, the models provide insight on the relative importance of each mechanism on hot tear formation, and show promise for improving quantitative hot tearing predictions.     

Deformation Behavior and Constitutive Equation Coupled the Grain Size of Semi-Solid Aluminum Alloy

Isothermal compression tests on Al-4Cu-Mg alloy were carried out in semi-solid state. Deformation behavior and microstructural evolution are discussed in this paper. Meanwhile, a new constitutive equation, which couples the grain size and liquid volume fraction, has been established for the semi-solid deformation behavior. The results show that the maximum difference between the calculated with the experimental data is less than 15%. The present equation is satisfactory for describing the correlation between the flow stress and microstructure of semi-solid Al-4Cu-Mg alloy. The coupled simulation of the deformation behavior and microstructural evolution during the semi-solid forming would be conducted easily through writing the present equation in a FE code.     

Ti14钛合金半固态下的变形行为研究

研究了Ti14钛合金半固态条件下的变形行为。半固态变形后．由于液相的出现，加快了原子扩散的能力．其变形激活能明显高于钛合金固态变形时的激活能。结果表明，变形后，晶界、晶内液相长大，形成了宽化的晶界和网格状结构。     

半固态金属触变塑性成形上限法

在高固相率时,半固态金属的力学模型可简化为连续多孔体力学模型。针对半固态金属触变塑性成形的特点,本文发展了上限法理论在半固态金属触变塑性成形分析中的应用。提出速度间断值不仅要包括切向分量,还要包括法向分量。速度间断的法向分量是由金属通过速度不连续面时,材料固相率的变化而引起的。由此建立了半固态金属触变塑性成形的上限分析模型和理论方法,导出了上限功率的计算公式。为在实际触变塑性成形工艺分析中的进一步应用奠定了理论基础。     

半固态AZ91D镁合金流动性的研究

根据金属凝固理论,建立了半固态镁合金流动性的计算模型,采用该模型预测了半固态AZ91D镁合金的充型能力.结果证实,预测结果与试验结果相吻合.通过流动性试验,对半固态AZ91D镁合金的充型能力进行了研究.结果表明,剪切后的半固态镁合金浆料的充型能力明显要比未经剪切的镁合金浆料的充型能力好.随着充型温度降低,剪切前后镁合金浆料充型长度增加值逐渐增大,而随着充型温度的继续降低,剪切前后的充型长度的增加值又逐渐降低.半固态镁合金在560～570℃时充型长度增加值最大.