温度及应变速率对TWIP钢拉伸性能的影响

通过拉伸试验研究了温度和应变速率对孪生诱发塑性(TWIP)钢拉伸性能的影响。结果表明:随着温度升高,TWIP钢的强度逐渐下降,断后伸长率逐渐增加,应变硬化指数随真应变增加达到并维持在较高的水平,试验钢的均匀变形能力得到提高,宏观塑性增加;随应变速率增大,试验钢的流变应力升高,断后伸长率下降,抗拉强度基本保持不变,应变硬化率曲线上的平台区长度明显变短,这表明孪生受到抑制,较早达到硬化极值;应变硬化指数峰值随应变速率的增大而减小,TWIP钢的均匀变形能力及宏观塑性下降。     

考虑应变-温度耦合与高温动态结晶的钛合金本构模型研究

Ti-6Al-4V合金的高速切削加工是一个复杂的高温高应变率的热力耦合过程,为更加准确研究Ti-6Al-4V合金在高温高应变率下的真实应力-应变关系,构建了一种修正Johnson-Cook(J-C)本构模型.修正的J-C本构模型综合考虑了塑性阶段应变硬化率会随加载温度的升高而降低的现象,以及在达到高温动态结晶效应的临界温度时,Ti-6Al-4V合金的流动应力会急剧下降的现象.基于修正J-C本构模型的流动应力-应变预测结果与试验数据吻合程度良好,误差率在8％以内,准确的反映了Ti-6Al-4V合金在不同加载温度下的真实应力-应变关系.     

多场交互作用下镁合金塑性变形研究

采用压缩圆柱形镁合金铸锭的试验方法，研究了不同变形温度和不同应变速率对AM60B铸态镁合金塑性流动应力的影响规律。采用电子显微镜观察了压缩试样微观组织，结果显示，镁合金在高温下塑性变形以基滑移为主，并出现位错攀移，在临近晶界处有明显的交滑移产生。采用数理统计的方法建立了变形温度为573-673K、应变速率为0．01～0．1s^-1条件下的AM60B铸态镁合金塑性变形本构模型，试验表明所建立的本构模型能充分反映AM60B铸态镁合金的塑性变形规律。     

高温条件下DP780的成形性能仿真研究

以DP780钢为研究对象,利用MT5105试验机在400～600℃温度区间内进行单向热拉伸实验。基于Norton-Hoff模型建立了表征DP780在高温条件下流变特性的塑性本构方程,并采用热力耦合方法,利用ABAQUS软件进行了U形件的冲压仿真分析研究。结果表明:在高温条件下,双相钢的流变应力明显降低,塑性增强,并且随温度升高,最小厚度值越来越小,回弹量角度越来越小,凸模力变化越明显;在冲压过程中,受变形热及摩擦热的影响,板料的温度并非持续降低;综合考虑多方因素影响,得出500℃为DP780较为合适的成形温度。     

高能球磨热压烧结制备块状纳米晶体镍的动态冲击性能

用高能球磨结合热压烧结工艺制备出块状纳米晶体镍,并利用Hopkinson压杆对其进行动态冲击性能试验。结果表明:块状纳米晶体镍具有较高的抗冲击强度,可达到565 MPa,且冲击强度随着应变速率的升高而增大;同时,块状纳米晶体镍的塑性应变硬化率比较小,表现出平稳的塑性流变行为;基于试验结果,预测块状纳米晶体镍的变形机理是由位错滑移和晶界滑移共同控制的。     

11Cr3W3Co钢在不同温度下拉伸时的锯齿流变行为

在应变速率为5×10~(-5)～2×10~(-4)s~(-1)范围内以及不同温度(25～700℃)下对标准热处理态11Cr3W3Co钢进行拉伸试验,分析了不同温度下出现的锯齿流变行为。结果表明:在285～325℃区间出现了正常PLC效应,锯齿形成激活能约为124kJ·mol~(-1),锯齿流变主要由固溶的置换原子铬与运动位错之间相互作用引起;在325～365℃区间出现了异常PLC效应,这一方面是因为随着拉伸温度升高,溶质原子的扩散能力增强,以至于原子气团不能稳定存在,导致动态应变时效作用减弱,另一方面是因为随温度升高,析出相开始成为溶质原子的湮没源,使得锯齿消失;在高温下,强度的急剧降低和塑性的急剧升高说明动态回复在塑性变形过程中起到主要的作用。     

TC1钛合金的高温流变行为

通过试验研究了TC1钛合金在变形温度为650~750℃、应变速率为0.000 5~0.01s-1条件下拉伸时的流变应力及组织演变规律;利用改进的Hooke定律和Grosman方程建立了TC1钛合金在高温下的应力-应变本构模型。结果表明:在应变速率一定时,TC1钛合金的流变应力随温度升高快速下降,当温度达到700℃并继续升高时,流变应力下降减缓;当变形温度一定时,流变应力随应变速率的增加而快速增大;TC1钛合金在700℃变形时,低的应变速率可以促进动态再结晶的发生;依据拉伸试验数据建立的本构方程能够较准确地反映TC1钛合金在高温下的流变行为。     

40CrNi2MoE钢的高温塑性变形特征

采用Gleeble-3800型热力模拟试验机,在温度为1 123~1 423K、应变速率为0.01~10 s-1的条件下,对40Cr Ni2Mo E钢进行了高温轴向单道次压缩变形试验,根据压缩试验结果绘制了高温塑性流变曲线,并观察了变形后的显微组织。结果表明:该钢的流变应力和峰值应变随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小;在真应变为0.9,应变速率为0.01~10 s-1的条件下,随着应变速率的提高,其发生完全动态再结晶的温度也逐渐升高;当应变速率为10 s-1,变形温度高于1 323 K时,该钢才会发生完全动态再结晶;计算得到40Cr Ni2Mo E钢的热变形激活能为333.726 k J·mol-1,并建立了该钢动态再结晶条件下峰值应变与Zener-Hollomon因子的定量关系以及高温塑性变形本构方程。     

Ti2AlNb合金的高温拉伸变形行为

在变形温度为750~950℃、应变速率为0.1~0.001s-1下进行Ti2AlNb合金高温拉伸试验,研究了温度和应变速率对其抗拉强度和伸长率的影响,建立了高温变形条件下的应力-应变本构模型。结果表明:Ti2AlNb合金是温度和应变速率敏感性材料,随着温度的升高或应变速率的降低,合金的抗拉强度下降,伸长率升高;通过修正Hooke定律和Grosman方程所建立的Ti2AlNb合金热成形本构方程,其计算得到的流变曲线和试验曲线较吻合,可用于表征Ti2AlNb合金的高温变形行为。     

不同变形温度对TWIP钢组织和性能的影响

在20℃、200℃、400℃3种温度下对TWIP钢的力学性能进行了研究,并采用金相、SEM等方法对不同温度下变形后TWIP钢的微观组织及断口形貌进行了分析。结果表明,随着变形温度的提高,抗拉强度降低,伸长率相差不大;高温下TWIP钢变形后微观组织中形变孪晶的密度降低,发生了动态再结晶。     

4Cr5MoSiV1热作模具钢的热变形行为与热加工图

利用Gleeble-3500型热模拟试验机对4Cr5MoSiV1热作模具钢进行单道次等温压缩试验,研究了其在变形温度750～1050℃,应变速率0.001～0.1 s-1条件下的热变形行为,并观察变形后的显微组织;根据试验得到的真应力-真应变曲线,构建了0.3真应变下的Arrhenius高温本构模型,并在动态材料模型基...     

Work Hardening Behavior of 1020 Steel During Cold-Beating Simulation

The present research of cold-beating formation mainly focused on roller design and manufacture, kinematics, constitutive relation, metal flow law, thermo-mechanical coupling, surface micro-topography and microstructure evolution. However, the research on surface quality and performance of workpieces in the process of cold-beating is rare. Cold-beating simulation experiment of 1020 steel is conducted at room temperature and strain rates ranging from 2000 to 4000 s~(-1) base on the law of plastic forming. According to the experimental data, the model of strain hardening of 1020 steel is established,Scanning Electron Microscopy(SEM) is conducted, the mechanism of the work hardening of 1020 steel is clarified by analyzing microstructure variation of 1020 steel. It is found that the strain rate hardening effect of 1020 steel is stronger than the softening effect induced by increasing temperatures, the process of simulation cold-beating cause the grain shape of 1020 steel significant change and microstructure elongate significantly to form a fibrous tissue parallel to the direction of deformation, the higher strain rate, the more obvious grain refinement and the more hardening effect. Additionally, the change law of the work hardening rate is investigated, the relationship between dislocation density and strain, the relationship between work hardening rate and dislocation density is obtained.Results show that the change trend of the work hardening rate of 1020 steel is divided into two stages, the work hardening rate decreases dramatically in the first stage and slowly decreases in the second stage, finally tending toward zero. Dislocation density increases with increasing strain and strain rate, work hardening rate decreases with increasing dislocation density. The research results provide the basis for solving the problem of improving the surface quality and performance of workpieces under cold-beating formation of 1020 steel.     

变形温度对耐候钢高温塑性的影响

在不同的变形温度(600~1250℃)下,以3×10-3s-1的应变速率对试样进行拉伸直至断裂。绘制出高温塑性曲线,分析变形温度对耐候钢高温塑性的影响。耐候钢的第Ⅲ脆性区出现在700~850℃,脆性区间温度范围较窄;900~1150℃为最佳塑性区间。     

10B06冷镦钢连铸坯的热压缩流变行为

利用MMS-200型热力模拟试验机研究了10B06冷镦钢连铸坯在750～1 100℃、应变速率为0.01～20s-1条件下的热压缩流变行为,并且通过线性回归确定了该钢的应变硬化指数以及热激活能,获得了其在变形条件下的流变应力本构方程。结果表明:该钢在热压缩变形时的流变软化行为是动态再结晶、动态回复与加工硬化联合作用的结果;当变形温度较低、应变速率较小时,软化效应以动态再结晶为主;而当变形温度较高、应变速率较大时,软化效应是动态再结晶和动态回复共同作用的结果;该钢的流变应力可采用Zener-Hollomon参数的函数来描述,其热激活能为220.132 3kJ.mol-1。     

轧态CrCoNi中熵合金动态拉伸本构模型的建立和变形机理研究

CrCoNi中熵合金在准静态拉伸下具有良好的强度和塑性,而其动态拉伸力学行为还有待研究。利用霍普金森拉杆分别对CrCoNi中熵合金试样进行了室温(298 K)和低温(77 K)下不同应变率的动态拉伸力学行为研究,建立了修正的J-C(Johson-Cook)本构模型对其塑性流动行为进行了较好的描述,通过断后样品的微观组织表征揭示了其变形机理。结果表明：室温下CrCoNi中熵合金的强度和塑性随着应变率增大逐渐提高。与准静态拉伸相比,动态拉伸应变率为1 200～5 000 s^-1时,试样的屈服强度增大至560 MPa到1 150 MPa,伸长率增长至60%到90%;低温下强度表现出相似的应变率效应且强度较室温下更高,但韧性有所降低。变形机理结果表明：相比于室温准静态,室温动态拉伸下试样内部孪晶密度更大且交叉孪晶出现、FCC→HCP相变发生、纳米晶形成,三者共同作用促使CrCoNi中熵合金加工硬化提高;相比于室温动态拉伸,低温动态拉伸下试样孪晶密度过大导致孪晶增厚,且纳米晶形成,促使试样加工硬化进一步提高,而孪晶增厚加强了对位错的阻碍致使韧性降低。     

FCC多晶体的黄铜型织构演化模拟

高层错能FCC材料塑性变形主要靠晶体滑移，而对于低层错能材料，除晶体滑移之外，在维持正常塑性流动方面，变形孪晶也起重要作用。建立了可解释滑移和孪晶导致塑性变形的率相关本构模型，并在研究开发的有限元程序中予以实现，通过弹性／晶体粘塑性分析计算，对面心立方金属在滑移与孪晶作用下的织构演化过程进行了计算机模拟。计算表明，在平面应变压缩下，黄铜晶体织构的演化是滑移和孪晶导致的晶格转动的结果，孪晶是造成低层错能FCC晶体中黄铜型织构的重要原因。     

板料屈服行为及强化规律的研究进展

研究板料塑性成形的理论基础是屈服准则、强化规律以及本构模型。随着新材料、新工艺的不断出现,温度和应变速率对塑性成形过程中的影响也不容忽视,原有的塑性理论已无法满足研究和工程应用的需求。从板料屈服准则研究、包辛格效应与强化模型研究、屈服强化规律试验方法研究以及涉及应变速率和温度的板料屈服强化研究4个方面阐述板料屈服行为及强化规律的研究进展,指出常用屈服准则的特点和不足,说明各种强化模型中组合强化模型仍然是研究重点。试验方法主要从研究屈服轨迹的双向拉伸试验及确定强化模型参数试验的2个方面进行介绍。此外,指出针对板料在复杂应力状态下应力张量与应变张量之间的涉及应变率和温度的屈服准则和相应的流动准则的本构关系还有待研究。提出随着新材料、新工艺的不断出现,涉及应变速率和温度的屈服准则和强化规律、试验方法以及在有限元模拟中的应用等研究将是未来的研究热点。     

22MnB5热变形行为研究及本构方程建立

以22MnB5为实验材料,在500~950℃范围内和应变速率为0.01s-1、0.1s-1、1s-1的实验条件下,采用热模拟机Gleeble-1500对硼钢进行热拉伸实验,研究了不同变形条件下硼钢的热流变行为;对拉断后的试样断面进行组织分析,阐述了不同变形条件下硼钢的组织对热流变行为变化的影响。研究表明：硼钢的热变形行为属于典型的动态回复型,其流动应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大,且温度对流动应力的影响更显著;在500℃、应变速率0.01s-1的条件下,硼钢高温下的热力学行为与上述规律有所差别,其流变应力高于高应变速率下的流变应力。最后根据高温拉伸实验所得数据,构建了22MnB5热变形的本构方程,以此来描述硼钢高温下的热流变行为。     

衬板用铸态Fe-24Mn-7Al-1C耐磨钢的应变硬化行为研究

对衬板用新型铸态轻质Fe-24Mn-7Al-1C耐磨钢进行准静态条件下不同变形量的压缩试验,分析应变硬化行为,揭示出该铸态耐磨钢的加工硬化机理。根据压缩应力-应变曲线和对数真应力-对数真应变曲线分析压缩变形特征;并利用光学显微镜、X射线衍射和透射电镜研究不同应变量的变形后的微观组织形貌。研究结果表明,试验钢在屈服阶段的加工硬化曲表现出双加工硬化指数行为;在透射电子显微镜和X射线衍射分析时既未发现形变诱发马氏体存在,也没有发现位错胞和形变孪晶,变形后仍为奥氏体单相组织;在不同变形量变形后的奥氏体显微组织中依次可以观察到位错堆积(1%)、高密度位错墙(5%)、泰勒晶格(10%)、具有高密度位错的畴界(20%)和微带(50%),说明轻质Fe-24Mn-7Al-C耐磨钢钢微观变形机理是平面滑移机制。