新型真空熔化定向凝固装置的研制

对真空感应熔炼与双区加热结合在一起的定向凝固装置的可行性进行了研究，并研制出一套新型真空熔化定向凝固装置。该装置的主要特点是：（１）可定向凝固出较大尺寸的样品；（２）兼有熔炼和定向凝固的功能，熔炼好的合金液能自动底注到加热器内的型壳中；（３）定向凝固部分采用了先进的双区加热技术，既提高了温度梯度又减少了合金元素的烧损；（４）抽拉速度能在很大范围内调节。     

AZ31镁合金高温本构方程

分析并建立了具有动态再结晶型金属的本构方程模型，用Gleeble—1500D热／力模拟仪对AZ31镁合金进行圆柱体单向热压缩试验，并根据实验结果分析计算了本构方程模型中的各参数，获得了完整的AZ31镁合金高温本构方程?用本构方程计算了实验条件下的流变应力，计算值与实验值能较好地吻合，误差在8％以内。可为制订AZ31镁合金的热加工工艺提供理论与数据。     

热型连铸技术在单晶铜生产中的应用状况

热型连铸是一项近净成形（near—net—shape）技术，它是将定向凝固和连铸技术结合起来的一种新型工艺。通过对有关文献的综述介绍了热型连铸技术的特点和目前国内外研究、应用现状，重点介绍了热型连铸技术在单晶铜生产中的应用、单晶铜的性能特点以及市场需求，提出了该技术的局限性及今后的改进方向和发展前景。     

上引连铸Cu-4.5Fe合金杆热塑性变形行为及本构方程修正

研究了上引连铸Cu-4.5Fe合金杆的热变形行为，并根据真实应力-真实应变曲线对Cu-4.5Fe合金热变形本构方程进行了推导和修正。结果表明，通过在不同应变下进行应力取值拟合的本构方程的精准性更高。此外，热加工图在不同应变条件下也不同，表明材料的热塑性与真实应变也直接相关。显微组织观察表明，Cu-4.5Fe合金的变形软化机制主要是受动态回复控制，其原因是Fe元素的加入使铜基体堆垛层错能增加，有利于位错的交滑移和攀移，从而促进了动态回复的发生。变形激活能的计算结果也证明了动态回复在塑性变形过程中会优先于动态再结晶发生。     

连铸铜单晶工艺参数的匹配及其对铸棒表面质量和组织的影响

在自制的单晶连铸设备上, 通过各工艺参数合理匹配, 成功地制备出了表面光洁、直径８ｍ ｍ 、长８ ～１０ ｍ 的铜单晶铸棒。通过理论分析和实验验证发现铜单晶连铸时固液界面位于铸型内, 并呈凸出形状。铸型温度、连铸速度和冷却距离对固液界面的位置有很大的影响, 其各工艺参数合理匹配, 可使固液界面位置位于离铸型出口端２ ～３ ｍ ｍ ; 并且当连铸速度大于４０ ｍ ｍ／ｍｉｎ 时, 固液界面的形状由凸变凹。当铸型温度逐渐降低（ 低于铜熔点温度） 时, 铸棒表面由粗糙变为拉伤, 甚至出现严重的拉裂; 而随着连铸速度的增加, 形成铸棒表面拉伤（ 低温时） 和条纹状沟槽（ 高温时） 。铸棒内的杂晶是由于铸型温度低于铜的熔点（１０８３ ℃） 和连铸速度增加所致。当连铸速度大于４０ ｍ ｍ／ｍｉｎ 时, 形成定向凝固的柱状晶铸棒     

热溶质对流对定向凝固Al-Al2Cu过共晶合金组织的影响

采用垂直向下的高梯度定向凝固装置，研究了有热溶质对流的Al-38．5％Cu（质量分数，下同）过共晶合金中定向凝固组织变化。结果表明：热溶质对流造成界面前沿的溶质成分（Cu元素）沿轴向减少。在定向凝固速率为5μm／s，合金溶质成分减少到37％Cu以下时，合金定向凝固组织中，初生θ-Al2Cu相会消失，组织变为全耦合生长的共晶组织。合金凝固的固相分数（fs）≥0．49时，组织变为全耦合生长共晶组织所对应的溶质成分的理论计算结果与实验结果相吻合。     

铸钢流变性能的实验研究

本文在行研制的高熔点合金流变性能测试装置上，进行了液态及固液共存区的流变性能的实验研究，测试了合金的各温度下的γ－ｔ曲线，据此建立了合金在液态及固液共存区的流变性能机械模型及本构方程，分析了铸钢流变性能与凝固过程中结构质点间作用力的内在联系。     

连续铸造铜单晶的力学性能和电阻率

采用自制水平单晶连铸设备制备铜单晶, 并对铜单晶的力学性能和电阻率进行了测试分析。结果表明,铜单晶与多晶铸棒比,抗拉强度降低２０ ．８５ ％ ,屈服强度降低８６ ．５４ ％ ,延伸率增加８０ ．２４ ％ , 断面收缩率增加３９４ ．５０ ％ ; 与轧制棒比, 抗拉强度降低６５ ．９７ ％ , 屈服强度降低９８ ．２７ ％ , 延伸率增加２７０ ．００ ％ , 断面收缩率增加４ ．００ ％ ; 与多晶铸棒比电阻率降低１５ ．５７ ％ , 与定向凝固铸棒比电阻率降低４ ．２４ ％ 。因此, 连铸铜单晶具有非常优异的塑性加工性能和低电阻率     

35CrNi3MoV钢动态再结晶及高温本构关系

用圆柱试样单轴压缩方法研究了35CrN i3MoV钢的热变形行为。根据试验结果,应用热变形方程式回归出了动态再结晶参数。在综合考虑动态再结晶以及热变形本构方程理论的基础上,建立了分段式动态再结晶本构方程,方程参数包括峰值应力、峰值应变、稳态应力和曲线形状表征参数。所建立的本构方程预测出的35CrN i3MoV钢高温应力应变曲线与试验结果符合。     

高温合金线材真空水平连铸过程的数值模拟

采用基于连续介质的耦合求解模型研究了镍基合金线材K418和GH4169在真空水平连铸过程中的流动、传热和凝固过程。模型考虑了流体流动过程对凝固过程的影响,以及间隙性的水平连铸周期性拉坯曲线(拉-停-拉)对水平连铸过程中的流动和温度场分布的影响。利用校正后的模型分析了水平连铸过程中拉-停-拉过程中的瞬态流动和凝固过程,研究了不同合金种类、拉速、冷却强度对线材水平连铸过程中的凝固行为的影响。结果表明:在水平连铸周期性拉坯过程中,结晶器内的熔体流动模式和温度模式是周期性变化的,其影响着线材初始坯壳的生长。与K418相比,在相同的计算条件下,GH4169有较低的表面温度而显示了更快的坯壳增长。高拉速和低冷却强度将增加线材表面温度,并增加液芯长度。目前模型再现了水平连铸过程中特定拉坯曲线引起的凝固的本质特征,可为水平连铸过程中改进生产工艺、优化拉坯曲线、减少合金线材缺陷提供指导和参考。     

Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B合金的本构方程以及加工图

在温度1323-1473 K,应变速率0.001-1 s-1的范围内研究了Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B 合金的热压缩变形行为,其真应力-真应变曲线表明合金在变形过程出现了动态软化行为。依据经过摩擦和温度修正后流变应力的曲线,获得了该合金的本构方程,其中Zener-Holloman指数方程描述了温度和应变速率对变形行为的影响,以此构建五次多项式组来描述应变对材料参数的影响,其预测结果与实验结果相符。同时,建立了该合金的热加工图,并据此加工图预测出该合金合适的加工参数为1343 K和0.02 s-1,且成功地完成了在工业生产条件下对圆柱形试样的锻造。     

Flow Behavior and Constitutive Equation of Ti-6.5Al-2Sn-4Zr-4Mo-1W-0.2Si Titanium Alloy

In order to get a reliable constitutive equation for the finite element simulation, flow behavior of Ti-6.5Al-2Sn-4Zr-4Mo-1W-0.2Si alloy under high temperature was investigated by carrying a series of isothermal compression tests at temperatures of 1153-1293 K and strain rates of 0.01-10.0 s^?1 on the Gleeble-1500 simulator. Results showed that the true stress-strain curves exhibited peaks at small strains, after which the flow stress decreased monotonically. Ultimately, the flow curves reached steady state at the strain of 0.6, showing a dynamic flow softening phenomenon. The effects of strain rate, temperature, and strain on the flow behavior were researched by establishing a constitutive equation. The relations among stress exponent, deformation activation energy, and strain were preliminarily discussed by using strain rate sensitivity exponent and dynamic recrystallization kinetics curve. Stress values predicted by the modified constitutive equation showed a good agreement with the experimental ones. The correlation coefficient (R) and average absolute relative error (AARE) were 98.2% and 4.88%, respectively, which confirmed that the modified constitutive equation could give an accurate estimation of the flow stress for BT25y titanium alloy.     

一种新型亚稳β钛合金热变形的本构模型(英文)

基于新型亚稳β钛合金Ti2448在温度1023～1123K、应变速率63～0.001s-1下的等温热压缩流动应力曲线特征,构建能够完整描述该合金流动应力与应变、应变速率、变形温度之间关系的本构模型。在此过程中,通过基于统一黏塑形理论改进双曲正弦函数,构建合金在高应变速率(≥1s-1)下发生动态回复(DRV)的模型;通过对标准的Avrami方程进行简化,表征了Ti2448在低应变率(1s-1)下发生的动态再结晶(DRX)软化机制。最终通过应用全局优化求解非线性方程的新方法确定模型中的相关参数。根据所建模型得到的预测曲线和实验曲线吻合得较好,能够有效预测Ti2448在热变形过程中的流动应力,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。     

P91耐热钢热变形行为及其流变应力本构方程

基于位错反应理论和Avrami方程,建立了包含动态应变时效影响的动态回复与动态再结晶的两阶段本构方程。采用Gleeble3500热模拟试验机对P91耐热钢进行热压缩试验,获得了950～1200℃、0.01～10s-1条件下的P91耐热钢真应力-真应变曲线。利用试验获得的流变应力数据,采用非线性拟合确定了P91钢本构方程中的材料常数。模型的计算结果表明,计算曲线与试验曲线吻合得较好,所建立的本构方程可应用于预测P91钢在950～1200℃、0.01～10s-1条件下热加工变形的流变应力。     

ZK60镁合金热压缩变形流变应力行为与预测

在变形温度为523---673 K, 应变速率为0.001---1 s^-1的条件下, 采用Gleeble--1500热模拟试验机对ZK60镁合金的热变形行为进行了研究. 结果表明, ZK60镁合金流变应力随变形温度升高和应变速率的降低而减小. 其高温压缩流变应力曲线可描述为加工硬化、过渡、软化和稳态流变4个阶段, 但在温度较高和应变速率较小时, 过渡阶段不很明显. 建立了一个包含应变的流变应力预测模型, 模型中的9个独立参数可以通过非线性最小二乘法拟合求得, 预测的流变应力曲线与实验结果吻合较好.     

Constitutive equation of annealed copper with high conductivity for deformation at high strain rates

After the discussion of a lot of constitutive equations, Zerilli-Armstrong constitutive equation (Z-A equation) was found to be a quasi-static equation. Based on this Z-A equation, a constitutive relations equation was constructed for dynamical calculation of fcc matels such as OFHC based on the thermal viscoplastic relations, where thermal dynamical parameters are related to the evolution of the microstructure of the deforming metals, and the variation of the density of the mobile dislocation was also considered. Data from the deformation of annealed copper were used to fit the parameters in the equation. The predicting results by using the constitutive equation are in good agreement with the experimental data.     

TA1本构模型的确定

采用试验方法,通过准静态压缩试验和分离式Hopkinson压杆试验,获得不同应变率10-3s-1～103s-1和不同温度293K～873K范围内TA1的应力-应变曲线;基于Johnson-Cook模型对试验结果进行分析,并对其应变率强化项做出修正。结果表明,TA1为应变率敏感材料,流动应力随应变率增加而增加,随温度增加而减小;未经修正的Johnson-Cook本构模型与试验数据偏差较大,修正后的本构模型与试验值吻合较好。     

A multi-region model for numerical simulation of micro bulk forming

Due to the small billet size in micro forming, each grain, especially that on the surface layer, has direct influence on the deformation behavior of the billet. The multi-region model was proposed for simulating the micro bulk forming process in this paper. The object in the model is divided into three different regions: the inner polycrystal region, the grain interior of the surface region and the grain-boundary layer in the surface region. Each surface grain has different orientation. Depending on the Hall-Petch formula, which is applicable to describe polycrystal materials, and introducing scale parameters, the constitutive equation of each region is deduced based on the unidirectional compression tests data of the copper specimen. Using the multi-region model, the coining process with micro feature is simulated to investigate the size effect in micro forming. Moreover, an experiment of coining process with micro-feature is performed to verify the correctness of the multi-region simulation model. The experimental results show a good agreement with those in numerical simulation.     

AZ80合金高温变形行为及加工图

为实现AZ80合金塑性成形的数值模拟和制定其合理的热加工工艺,利用热模拟机对AZ80合金进行不同变形温度和应变速率的高温压缩变形行为研究.结果表明:AZ80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;在真应力-应变曲线基础上,建立的AZ80合金高温变形的本构模型较好地表征其高温流变特性,模型计算精度高;同时,利用建立的AZ80合金的DMM加工图分析其变形机制和失稳机制,从提高零件力学性能角度考虑,可以优先选择变形温度为300～350 ℃、应变速率为0.001～0.01 s-1的工艺参数.     

ZK60镁合金热变形过程中的应变强化与动态再结晶行为(英文)

研究ZK60合金的高温流变应力行为。分别采用Kocks-Mecking模型和Avrami方程对合金的应变强化和动态再结晶过程进行模拟,在此基础上,构建一个考虑合金动态再结晶软化的流变应力方程并对流变应力进行预测。结果表明:预测曲线与实验结果具有很高的相关系数,所构建的流变应力方程能准确地描述热变形过程中合金的流变应力行为。微观组织观察表明在变形初期合金组织主要为动态回复组织,随着应变增加,逐渐转变为再结晶组织。