基于应变量耦合的TiAl合金本构关系研究

在Gleeble-3500型热模拟试验机上研究了TiAl合金在变形温度为1 273~1 423K和应变速率为0.001~1s~(-1)条件下的热变形行为。采用多元线性回归拟合材料常数与应变的函数关系,构建了基于应变量耦合的本构方程。结果表明,以应变的6次多项式拟合得到的本构模型能较好预测真应力-应变曲线,且相对误差在5%以内。     

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;...     

锶变质Al-Si-Mg合金的热变形行为:本构模型与加工图（英文）

为了研究锶变质Al-Si-Mg合金的热变形行为,在变形温度(300~420°C)和应变速率(0.01~10 s~(-1))条件下,进行了等温压缩试验。建立了一种可以准确预测流变应力的基于物理机制的流变应力本构模型。研究结果表明,降低应变速率或提高变形温度可使流变应力降低。高的变形激活能与含Si弥散相钉扎位错密切相关。此外,晶粒和基体中含Si弥散相经过热变形后沿垂直于压缩方向伸长,且处于功率耗散峰值区域,伸长晶粒晶界附近出现不完全动态再结晶。流变失稳主要归因于流变局部化、绝热剪切带的形成及共晶Si相的脆性断裂。最佳的热加工窗口为380~420°C和0.03~0.28 s~(-1)。     

Ti-Nb合金的物理基本构模型

采用Gleeble-3500型热模拟机对Ti-Nb合金在应变速率0.001～10s~(-1),变形温度1063～1213K条件下进行热压缩实验,得到流变应力曲线。首先采用综合考虑弹性模量(E)和材料自扩散系数(D)的物理基本构方程建立Ti-Nb合金传统的应变补偿本构模型,再对所建立的本构模型进行修正来提高预测该合金流变应力的能力,最后对修正的本构模型进行简化来进一步提升建立该物理基本构模型的效率。结果表明:传统的应变补偿本构模型的预测能力并不理想,经过修正和简化的本构模型拥有较高的预测精度且两者的预测能力几乎相同。     

VAR制备TiAl合金铸锭的高温本构模型及挤压过程的数值模拟

采用Gleeble热压缩试验建立了真空自耗法制备φ220 mm TiAl合金铸锭的高温变形本构方程,将该本构方程嵌入Deform-3D软件后对不同工艺条件下TiAl合金铸锭的热挤压过程进行了数值模拟,获得了在不同模具锥角及不同挤压速度下棒材内的等效应变场、温度场,得出70%变形量下TiAl合金最佳的挤压工艺。研究发现,模具锥角对棒材等效应变场、温度场和均匀变形区尺寸均有较大影响;而挤压速度对棒材等效应变场影响不大,但对棒材的温度场有显著影响。     

粉末冶金TiAl基合金高温变形行为及其本构模型

采用Gleeble-3800热模拟机研究粉末冶金Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B(摩尔分数,%)合金在变形温度为1 100～1 250 ℃、应变速率为10-3～100 s-1和变形率为50%条件下的高温变形行为.结果表明:Ti-47Al-2Cr-2Nb- 0.2W-0.15B合金在高温变形初始阶段,流动应力随应变的增加迅速增加;当应变超过一定值后,流变应力开始下降并逐渐趋于稳定,出现稳态流动特征;随着形变温度的升高和应变速率的增加,合金高温变形时的峰值应力和稳态应力显著降低.利用热模拟压缩实验数据,基于Arrhenius 方程和Zener-Hollomon参数,运用多元回归分析方法建立Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金在高温变形过程中的流变应力本构模型.应用DEFORMTM 3D软件验证该流变应力本构模型的有效性,结果表明所得高温流变应力本构模型能够较好地预测Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W- 0.15B合金的高温变形行为.     

Mg-10Gd-4.8Y-2Zn-0.6Zr合金本构方程模型及加工图

采用Gleeble-1500热模拟实验机在温度为623～773K,应变速率为0.001～1s-1条件下对Mg-10Gd-4.8Y-2Zn-0.6Zr(wt%)合金进行热压缩实验,研究了该合金热变形行为及热加工特征,建立了该合金热变形时的本构方程和加工图.结果表明,该合金高温变形时的峰值应力随着应变速率的降低和变形温度的升高而显著减小;变形激活能为289.36kJ/mol;合金高温变形时存在两个失稳区,分别是变形温度为770～773K,应变速率为0.1s-1左右的区域,和变形温度小于750K,应变速率小于0.03s-1的区域;合金的最佳热加工温度为750～773K,应变速率为0.001～0.01s-1.     

金属切削加工本构模型研究进展

材料的本构关系作为金属成型理论的根本,在加工仿真领域具有重要作用。本文综述了金属切削加工本构关系的研究现状,主要介绍了几种常用本构模型的优缺点,在实际加工过程中的应用以及对其进行的修正工作,同时介绍了本构模型原始参数的获取和修正方法。最后分析了金属切削加工本构模型中存在的一些不足以及未来的研究方向。      

基于BP神经网络的7050铝合金本构关系模型及加工图

利用热模拟试验机对7050铝合金进行等温压缩试验,获得了不同变形温度、不同应变速率和不同真应变下的流动应力数据。以试验数据为基础,建立了7050铝合金的BP神经网络本构关系模型。分析表明,该神经网络本构关系模型具有较高的精度,并得到了相关性和平均相对误差的验证。利用BP神经网络修正的数据,根据动态材料模型(DMM)建立功率耗散图和失稳图,通过叠加得到7050合金的热加工图,并利用热加工图确定了该合金的加工安全区和流变失稳区。分析得出了最佳变形工艺参数:变形温度为420~450℃,应变速率为0.01~0.10s-1,该区域的峰值功率耗散系数η为0.40。     

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。     

轻合金热变形本构模型研究

本构方程很好地表达了材料的应力与应变速率、变形温度等热加工参数之间的关系,是描述材料变形的基本信息和有限元模拟中不可或缺的数学模型。基于两种典型的轻合金镁合金和钛合金,借助热模拟试验,对四种现有本构模型进行了示例对比分析,发现这四种本构模型都能在一定程度上很好地描述材料的流变应力与热变形参数之间的关系。基于Arrhenius方程的本构模型是在单一应变下建立的,反映了单一应变下温度、应变速率和应力之间的相互作用关系;基于应变补偿的本构模型则体现了温度、应变、应变速率和应力之间的复杂非线性关系;基于ANN的本构模型可以实现其他非实验条件的应力内插预测;基于物理概念的本构模型适合于高速率且应变硬化占主导的变形过程流变应力的预测。     

Ti-17合金本构关系的人工神经网络模型

开发了一个基于神经网络的Ｔｉ１７ 合金的本构关系模型。首先利用ＴｈｅｒｍｅｃｍａｓｔｏｒＺ 型热模拟机等温压缩Ｔｉ１７ 合金, 研究在不同变形温度、变形程度和应变速率等工艺参数条件下流动应力的变化情况。然后用实验所得的热变形工艺参数与性能间的数据训练人工神经网络。训练结束后的神经网络变成为一个知识基的本构关系模型。利用该模型预测的流动应力的值与实验结果间的误差较小。     

Ti40合金的高温本构模型研究

采用电子万能试验机对Ti40合金进行应变率为10~(-2)、10~(-3)、10~(-4 )s~(-1),温度为25、300、600、800℃的等温热压缩实验,得到该合金的真应力-真应变曲线。以Arrhenius模型为基础,结合合金的真应力-真应变曲线,提出了新的本构模型来表征Ti40合金在较大温度范围的力学性能。并采用指数函数拟合模型中的参数,通过分解-综合的方法,求解出本构模型中的各项参数,确立了Ti40合金的高温本构模型,并对所建立的模型进行定性的误差分析和定量的精度检验。结果表明:随着应变量的增加,应力计算值与实验曲线发展趋势吻合良好,且计算值与实验值的相对误差平均绝对值为AARE=3.8592%,证明本文提出的本构模型具有良好的精度,从而为Ti40合金的热加工模拟奠定了基础。     

等轴组织TC21合金高温变形本构模型和热加工图

对等轴组织TC21合金在Gleeble-1500热模拟实验机上进行了等温压缩实验,变形温度为760、800、840、880、920和960℃(α+β相区),应变速率为0.001、0.01、0.1、1和10.0 s-1.结果 表明:TC21合金的流动应力随应变速率降低和变形温度升高而降低;随应变的增加,变形激活能从570 kJ·mol-1减少到410 kJ· mol-1.基于应变补偿的Arrhenius方程建立TC21合金高温变形本构模型,该模型可以精确地预测流动应力随工艺参数的变化.基于动态材料模型建立了TC21合金的热加工图;热加工图中的能量耗散效率和非稳态成形区域随着应变增加而改变.     

挤压态HAl61-4-3-1合金高温本构模型构建及其加工图

采用Gleeble-3500热模拟实验机在变形温度为600～800℃和应变速率为0.01～10 s-1时对HA161-4-3-1铝黄铜合金进行等温热压缩实验,对实验所获得真实应力-应变曲线进行摩擦修正,并以修正后的应力应变数据构建了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型.其次,根据修正的应力应变数据构建了应变为0.3...     

NiTi形状记忆合金的应变补偿物理本构模型

采用Gleeble-3500热模拟试验机对NiTi形状记忆合金进行了等温恒应变速率压缩试验,研究其在变形温度为700～900℃、应变速率为0.001～10 s-1和最大高度下压量为70％下的高温热变形行为;建立了引入物理参量的应变补偿本构模型.结果 表明:合金的流变应力具有负温度相关性和正应变速率敏感性,在应变速率为0...     

GH3128合金热变形行为与唯象本构模型

利用室温与高温拉伸实验,探究了GH3128合金在不同温度下的变形行为与微观组织演变规律,发现在温度为1050℃、应变速率为1 s^-1的条件下材料仍具有较好的硬化能力,且变形均匀。构建了GH3128合金室温和高温两套唯象本构模型：室温模型包括Ludwik模型、Ludwik简单修正模型和Ramberg-Osgood模型,高温模型包括Fields-Backofen（FB）模型和Johnson-Cook（JC）模型,利用构建的模型预测了不同温度与应变速率下GH3128合金的流变行为。结果表明：室温模型方面,Ludwik简单修正模型的预测精度最高,平均误差绝对值AARE为3.64%;高温模型方面,FB模型和JC模型由于唯象本构模型无法描述GH3128合金复杂的微观组织演变,预测精度有限。GH3128合金的热变形行为与唯象本构模型的研究为后续热成形工艺参数选择与有限元仿真提供了有效的指导。     

NiTi合金高温变形本构关系的神经网络模型

以压缩试验所得数据为基础,根据BP人工神经网络算法原理,建立了Ti-50.5Ni合金高温压缩变形真应力与真应变、应变速率和变形温度关系的预测模型.结果表明,BP神经网络用于Ti-50.5Ni合金高温压缩变形本构关系建模是可行的,拟合度可达到1.3%,较好地反映了实际变形过程的特征,可弥补传统回归模型不能反应变形全过程的局限性,并消除实验过程中实际温度偏离设定温度所带来的样本误差及其对模型准确度的影响.     

Fe-Si合金高温变形流变应力的本构模型

在热模拟机上通过单道次压缩试验,研究了铁素体单相和含有少量奥氏体的两种Fe-3%Si钢的高温变形行为,并建立了试验钢的高温本构关系模型。结果表明,变形温度900~1100℃、应变速率0.05~2 s~(-1),变形量0.8或1.0条件下,Fe-3%Si钢应力应变曲线均为典型的动态回复型,回复速率较快,稳态或峰值应力约30~80 MPa,可见连续动态再结晶现象。单相和双相试验钢的变形激活能分别为298 k J/mol和272 k J/mol,本文建立的高温流变模型具有较高的精度,计算得到的峰值应力、真应力-应变曲线与试验结果吻合良好。