Ti-6Al-4V热变形行为及利用多项耦合进行本构关系修正

采用热模拟试验机对钛合金Ti-6Al-4V进行高温压缩试验,研究其在850~1100 ℃温度下,0.001~0.1 s?1应变速率的流动应力行为。结果表明:钛合金Ti-6Al-4V具有应变速率、温度敏感性;随着温度的升高和应变速率的减小,流动应力逐渐降低,加工硬化速率与动态软化速率达到动态平衡。通过分析工艺参数对材料参数的影响,发现合金的材料参数(N、A、Q)随变形条件的变化而变化。在传统双曲正弦函数型Arrhenius方程的基础上提出一种考虑应变速率、温度和应变耦合修正的双曲正弦本构方程,并用相关系数R和平均相对误差(AARE)来评价所建立的本构模型的准确性,定量分析结果表明,修正的本构方程能够较准确地预测钛合金Ti-6Al-4V的流动应力。     

Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金的热变形行为及本构方程的建立

通过热模拟压缩试验研究了Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金在变形温度950~1100 ℃,变形速率0.001~1 s^-1,最大变形程度50%条件下的热变形行为。结果表明：Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金的流变应力对热变形工艺参数（变形温度和变形速率）的敏感性较高,其真应力-真应变曲线具有峰值应力、应变软化和稳态流动特征。采用Arrhenius双曲正弦函数和多元回归处理法确定了合金在试验条件下的应力指数n、变形激活能Q等材料参数,建立了Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金高温变形本构关系模型。     

Ti-22Al-26Nb合金热变形本构方程建立及软化行为研究

作为最具潜力的航空航天高温结构材料,Ti2AlNb基合金具有高的比强度和良好的高温蠕变性能。本文对热轧态Ti-22Al-26Nb合金高温变形中的力学行为和再结晶行为进行研究,建立其高温本构关系模型,对其中呈现出的动态再结晶多应力峰值曲线特征（以1000℃,0.1s-1为例）进行拟合分析。结果表明：基于双曲正弦函数建立Ti-22Al-26Nb合金的高温本构关系模型的精度较高,最大误差为2.6%,可以很好地描述合金在高温变形时各热力学参数之间高度非线性的复杂关系,由修正的Avrami方程预测得知再结晶体积分数与应变呈现典型的再结晶动力学增长趋势,揭示了该合金高温变形过程中复杂的软化行为。     

Ti-6Al-7Nb合金高温塑性变形行为及热加工图研究

本文以Ti-6Al-7Nb合金为研究对象,采用Gleeble-3500热模拟压缩试验机进行不同温度和应变速率压缩试验。分析了Ti-6Al-7Nb合金在变形温度1023 K、1073 K、1123 K、1173 K,应变速率为0.005 s-1、0.05 s-1、0.5 s-1、5 s-1和10 s-1,最大变形量为60%下的高温变形行为及热加工特性。结果表明：变形温度与应变速率对Ti-6Al-7Nb合金的流动应力影响较大,其中应变速率是影响加工硬化过程的主要因素。Ti-6Al-7Nb合金在发生热塑性变形时后的物相主要有：初生α相、片层状α相、次生α相、片层状β相以及发生球化的初生α相等。Arrhenius本构方程模型适用于低温低应变速率和高温高应变速率形变条件的Ti-6Al-7Nb合金高温变形。利用MATLAB构建计算确定了合金最佳塑性变形区间为：应变速率0.0067 s-1-0.1353 s-1和温度1100-1173 K,在该区间有可能获取Ti-6Al-7Nb合金最佳的塑性变形工艺参数。     

Ti60合金的流动应力行为及本构关系

采用Thermecmaster-Z型热加工模拟试验机对Ti60合金试样进行等温恒应变速率压缩实验,研究合金在700～950℃温度范围,0. 001～10 s~(-1)应变速率范围的流动应力行为,并分别基于双曲正弦函数型Arrhenius方程和逐步回归法建立该合金的本构关系。结果表明,Ti60合金流动应力随应变速率增加和变形温度下降而增大,且因变形参数不同,流动应力呈现流动稳态型和流动软化型两种特征。基于双曲正弦函数型Arrhenius方程所建立的本构关系计算精度较低;基于逐步回归法和全实验温度段(700～950℃)所建立的本构关系具有较高的计算精度;而基于逐步回归法和温度分段(700～800℃和800～950℃)所建立的本构关系具有更高的计算精度。     

新型Ti-V-Mo系钛合金热变形行为及热加工图研究

通过高温热压缩试验研究Ti-555钛合金热变形过程中变形温度、应变速率对流变应力的影响,采用Arrhenius双曲正弦函数模型推导出Ti-555本构方程,并依据动态材料模型建立了ε=0.6时的热加工图。结果表明,Ti-555钛合金流变应力对应变速率和变形温度较为敏感,热变形时随变形温度的升高或应变速率的降低,流变应力下降。根据热加工图确定了2个热加工安全区参数为:(1)变形温度为850～950℃、应变速率为0.6～10 s-1;(2)变形温度为950～1150℃、应变速率为0.36～0.9 s-1。     

挤压态MB350镁合金的高温拉伸变形行为

研究了热挤压态Mg-3Al-3Zn-1Ti-0.6RE镁合金的高温拉伸变形行为和微观组织演变,分析了该合金在温度为623K-723K,应变速率为1x10-4s-1-1x10-2s-1条件下的流变应力随温度和应变速率的变化,归纳了温度、应变速率与流变应力的关系。研究结果表明：温度和应变速率是影响流变应力的主要因素,在变形过程中,流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。在本实验条件下,该合金的变形本构方程可用双曲正弦函数 来描述,应力指数n=3.286,激活能Q=238kJ/mol,表明该合金的高温塑性变形机制主要是位错滑移和攀移。     

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.     

25CrMo4钢热压缩变形行为及流变应力本构方程

通过Gleeble-1500型热/力试验机对25CrMo4钢进行了热压缩实验,研究了25CrMo4钢在应变速率为0. 1、1和10 s-1,变形温度为1050、1100和1150℃条件下的热压缩变形行为。结果表明,该材料软化机制以动态再结晶为主。采用Arrhenius双曲正弦函数建立了25CrMo4钢峰值应力本构方程,确定了25CrMo4钢的变形激活能为441 k J·mol-1。通过将峰值应力本构方程中的材料常数替换为应变的多项式函数,建立了综合应变速率、变形温度以及应变量的流变应力本构方程。该方程计算得出的数据与实验数据吻合较好,说明其可精确描述25CrMo4钢的热压缩变形行为。     

用Arrhenius方程预测F40MnV非调质钢高温流动应力

采用Gleeble 1500热模拟实验机对F40MnV非调质钢在温度为950 ～1250℃、应变速率为0.1～ 10 s-1范围内进行了等温、等应变速率热压缩实验.依据实验的流动应力曲线,将材料参数表示为应变的函数,采用双曲正弦形式的Arrhenius方程建立了该种钢的高温本构模型.统计计算了模型预测流动应力和实验值之间的相关系数和平均相对误差分别为0.993和5.56％.结果表明:在实验温度和应变速率范围内,双曲正弦形式Arrhenius方程中材料参数可以表示为应变的多项式函数,该方程能够较为准确预测材料高温流动应力随变形量增加而变化的大小和趋势,适用于该种钢热锻造过程的数值模拟.     

应用人工神经网络建立Ti-22Al-25Nb合金高温本构关系模型

本构方程是描述材料变形的基本信息和有限元模拟中不可缺少的数学模型,反映了流动应力与应变、应变速率以及温度之间的相互关系。文章运用Gleeble-1500热模拟机对Ti-22Al-25Nb钛合金试样进行等温压缩变形试验,以试验所得数据(变形温度940℃～1030℃,应变速率0.001s-1～1s-1)为基础,采用BP神经网络的方法建立了该合金的高温本构关系,并与传统回归拟合的方法计算出的结果进行了对比。结果表明,BP神经网络本构关系模型的预测精度明显优于传统公式的计算结果,而且模型还可以很好地描述该合金在高温变形时,各热力学参数之间的复杂非线性关系,为该合金本构关系方程模型的建立,提供了一种便捷有效的方法。     

基于模糊理论的Ti-22Al-25Nb合金高温本构关系模型

运用Gleeble1500热模拟实验机对Ti-22Al-25Nb钛合金试样进行热模拟压缩试验,针对该合金高温变形过程时复杂的流变行为,以实验所得数据(变形温度940～1030℃,应变速率0.001～10s-1)为基础,从模糊集理论的本质特征出发,提出了一种基于模糊动态线性原理的本构模型,并与实验结果进行了对比。结果表明:基于模糊集理论建立的Ti-22Al-25Nb合金的高温本构关系模型是切实可行的,拟合程度较高,弥补了传统回归模型不能反映变形全过程的局限性,是一种有广泛应用前景的表征工程材料本构关系的便捷有效的方法。     

Incoloy 800H高温变形流动应力预测模型

采用Gleeble-1500热模拟实验机研究了 Incoloy 800H合金在变形温度为1273-1473 K和应变速率为0.01-10 s^-1条件下的流动应力行为. 采用双曲正弦函数建立了 Incoloy 800H高温条件下的流动应力本构方程, 以六次多项式考虑了应变量耦合因素对本构关系的影响. 研究结果表明, Incoloy 800H在热压缩变形过程中, 低应变速率和高应变速率条件下分别呈动态软化和动态回复特征, 流动应力随应变速率的增加而增加, 随温度的升高而降低; 采用应变的六次多项式拟合得到的本构关系流动应力预测值与实验值吻合较好, 绝大多数(95%)情况下预测的误差小于 6.5%, 平均相对误差仅为3.15%.     

新型钛合金Ti-555热变形行为及热加工图研究

本文通过高温热压缩试验研究Ti-555钛合金热变形过程中变形温度、应变速率对流变应力的影响,采用Arrhenius双曲正弦函数模型推导出Ti-555本构方程,并依据动态材料模型建立了ε=0.6时的热加工图。结果表明,Ti-555钛合金流变应力对应变速率和变形温度较为敏感,热变形时随变形温度升高或应变速率降低,流变应力下降。根据热加工图确定了两个热加工安全区参数为(1)变形温度为850～950 ℃、应变速率为0.6～10 s_^-1;(2)变形温度为950～1150 ℃、应变速率为0.36～0.9 s_^-1。     

挤压态Mg-3Al-3Zn-1Ti-0.6RE镁合金的高温拉伸变形行为

研究了热挤压态Mg-3Al-3Zn-1Ti-0.6RE镁合金的高温拉伸变形行为和微观组织演变,分析了该合金在温度为623~723 K,应变速率为10~(-4)~10~(-2) s~(-1)条件下的流变应力随温度和应变速率的变化,归纳了温度、应变速率与流变应力的关系。研究结果表明:温度和应变速率是影响流变应力的主要因素,在变形过程中,流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。在本实验条件下,该合金的变形本构方程可用双曲正弦函数ε=A[sinh(ɑσ)]~nexp(-Q/RT)来描述,应力指数n=3.286,激活能Q=238 k J/mol,表明该合金的高温塑性变形机制主要是位错滑移和攀移。     

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。     

Al-14Cu-7Ce合金高温流变应力预测模型（英文）

在应变速率0.001~1 s-1、温度573~823 K的条件下,采用Gleeble 3500热模拟试验机对Al-14Cu-7Ce合金进行等温热压缩实验,并根据真应力-真应变的计算数值,建立了Al-14Cu-7Ce合金高温流变应力本构方程。结果表明,流变应力符合速率方程€=ADLGb/kT(sinhaLG)n;其中,应变的影响通过多项式拟合方式耦合进入材料常数A,αL和n。所建立的本构方程能够准确预测Al-14Cu-7Ce合金高温流变应力,实验条件下控制合金热变形的主要机制是位错攀移。     

Modeling for Predicting Flow Stress of Al-14Cu-7Ce Alloy at Elevated Temperature

在应变速率0.001~1 s-1、温度573~823 K的条件下,采用Gleeble 3500热模拟试验机对Al-14Cu-7Ce合金进行等温热压缩实验,并根据真应力-真应变的计算数值,建立了Al-14Cu-7Ce合金高温流变应力本构方程。结果表明,流变应力符合速率方程€=ADLGb/kT(sinhaLG)n;其中,应变的影响通过多项式拟合方式耦合进入材料常数A,αL和n。所建立的本构方程能够准确预测Al-14Cu-7Ce合金高温流变应力,实验条件下控制合金热变形的主要机制是位错攀移。     

Ti-48Al-2Nb-2Cr合金热变形行为及本构关系研究

采用Gleeble-1500热力模拟机对铸态Ti-48Al-2Nb-2Cr合金进行高温变形热压缩试验,变形温度范围为1050~1200℃,应变速率范围为0.001~0.1s^-1,压缩变形量为60%。研究该合金高温变形温度和应变速率与流变应力之间的关系,计算了合金激活能,并建立了Ti-48Al-2Nb-2Cr合金的Arrhenius本构模型和多元线性回归的本构模型。结果表明,该合金的激活能随温度升高和应变速率增大而增大;Arrhenius本构模型的相关系数为0.98228,平均相对误差为9.97%,相对误差在10%以内的点只占62.0%;而采用多元线性回归本构模型的相关系数为0.99566,平均相对误差为4.76%,相对误差在10%以内的点占92.6%,本构精度较高。     

基于应变补偿及修正的Q460NH高强耐候钢本构方程北大核心CSCD

为分析Q460NH钢的高温变形行为,利用Gleeble-3800热模拟实验机进行变形温度为600~900℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)、变形量为60%的热压缩实验。将Zener-Hollomon参数与材料参数函数导入Arrhenius方程,建立了Q、A、n、α与真应变的本构关系的Arrhenius双曲正弦方程。考虑真应变对流动应力及700~800℃下实验误差的影响,对本构方程进行修正,用八阶多项式建立表示真应变和材料参数关系的数学模型,进一步建立了包含变形温度、应变速率及应变相关的Q460NH钢的高温变形本构方程。为了检验该本构方程计算所得理论值的有效性,对计算所得理论值和实验数据进行了对比及平均误差分析,相关系数r值为0.956、平均相对误差AARE值仅为7.23%。结果表明:修正后的本构方程计算得到的应力理论值和实验数据吻合较好,具有较高的准确性。