Ti40阻燃合金大晶粒超塑性变形特性及唯象型本构关系研究

对具有粗大晶粒的Ti40阻燃合金进行了超塑性拉伸试验,确定了其可实现大晶粒超塑性的变形参数区间,并建立了该合金大晶粒超塑性唯象型本构关系。结果表明:在低温高应变速率条件下(温度≤800℃,应变速率≥5×10~(-3)s~(-1))Ti40阻燃合金不具备大晶粒超塑性,在高温低应变速率条件下具有良好的大晶粒超塑性能,最大伸长率436%出现在840℃,1×10~(-3)s~(-1)条件下;真应力-真应变曲线呈典型的4阶段特征;应变速率敏感指数m值随变形温度的升高先增大后保持不变,最大达到0.41;基于Arrhenius方程计算的Ti40合金超塑性变形的激活能为263.3 kJ·mol~(-1);基于BP神经网络构建本构模型,其误差分析表明平均相对误差仅为2.342%,预测的平均相对误差仅为2.715%,说明该本构模型具有较高的精度。     

基于人工神经网络的高精度Ti6242s合金热变形本构模型

使用Gleeble-3800对锻态Ti6242s钛合金在温度950～1010℃、应变速率0.01～10 s-1的条件下进行了75%变形量的热压缩模拟试验。基于实验取得的真应力-真应变曲线,分别使用人工神经网络(ANN)和Arrhenius方程建立Ti6242s合金本构模型,研究其热变形行为。结果表明:流变应力在变形开始后迅速上升至峰值应力,随后硬化与软化达到动态平衡,在真应变达到0.6后加工硬化逐渐占据主导,硬化幅度随应变速率的增大而提高;人工神经网络本构模型预测值的平均相对误差(AARE)为2.25%,决定系数(R2)为0.999 06;Arrhenius方程本构模型预测值的AARE为14.40%,R~2为0.954 68,精度在参数范围内波动较大;ANN本构模型精度远高于Arrhenius本构模型,且在整个参数范围内具有一致的精度;ANN本构模型具有良好的泛化能力,在实验参数范围外预测流变应力仍具有较高的精度。     

Ti40阻燃钛合金高温变形本构关系研究

利用Gleeble热模拟机对Ti40合金在变形温度为950～1100.C、应变速率为0.001～1s-1范围内进行了等温恒应变速率压缩实验.通过分析真应力一真应变曲线,研究了热力参数对流动应力的影响规律,并建立了Ti40合金的本构关系.误差分析表明,该本构方程具有很高的精度,可用于指导Ti40合金热加工工艺制定,并可用...     

基于内变量的Ti555211合金热变形本构模型

利用Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率在0.001~1 s-1以及变形温度在750~950℃范围内对Ti555211合金进行等温恒应变速率压缩实验。本工作基于位错变化密度的内变量方法建立了Ti555211合金热变形本构模型,通过真应力-真应变曲线分析了变形温度和变形速率对流变应力和微观组织的影响规律。结果表明:所建立的本构模型与实验值的平均相对误差为15.25%,相关系数为0.94277,从而为制定新型Ti555211近β钛合金锻造工艺提供科学的理论依据。     

Ti600合金的高温变形本构关系

采用GW-1200A型控制器配合高温加热炉在WDW-300电子万能试验机上通过等温压缩实验研究了Ti600合金在温度为25?800℃、应变速率为10-4和10-3 s-1条件下的热变形行为,获得了该合金在变形过程中的真应力-真应变曲线,建立了该合金的高温本构关系。结果表明:Ti600合金在较高的温度(600和800℃)下流变应力随应变速率增大而增大,在较低温度(25和300℃)时变化不太明显。在一定的应变率条件下,随着温度升高流变应力降低。考虑到Ti600合金在不同温度下的真应力-真应变曲线随温度变化的发展趋势,建立了修正的井上胜郎高温本构关系,与实验结果对比验证了模型是可靠的。通过扫描电镜(SEM)观察发现,在室温准静态压缩条件下Ti600合金的断裂形式以脆性断裂为主,同时在局部区域出现韧性断裂特征。     

Al-Cu-Mg-Sc合金的高温流变本构关系研究

利用ETM105D型拉伸实验机对Al-Cu-Mg-Sc合金进行单轴热拉伸实验。研究了变形温度为250～450℃和应变速率为10~(-4)～10~(-1)s~(-1)下Al-Cu-Mg-Sc合金的高温流变变形行为。采用Zener-Hollomon参数法构建该合金的高温流变本构关系。结果表明:该合金的真应力-真应变曲线不是典型的动态回复曲线,在很小的应变下达到峰值应力,之后流动应力先缓慢下降后明显下降,直至断裂,其中由于软化现象存在一个应力减少量。通过线性拟合计算Al-Cu-Mg-Sc合金的结构因子A=3.085×10~(18)s~(-1),应力指数n=4.75325及变形激活能Q=257.4 k J/mol,获得其在高温拉伸条件下用Z参数表达的流变应力本构方程。     

高强韧Ti6246合金热变形行为及应变补偿型本构模型

在温度为1123~1423 K,应变速率为0.01~10 s-1条件下,对Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo(Ti6246)合金进行高温热压缩试验。研究温度、应变速率和应变对Ti6246合金高温流变应力的影响规律,建立了该合金考虑应变补偿的Arrhenius本构模型,同时获得了热激活能Q和本构模型中材料参数对应变的响应规律。将模型计算结果与热压缩试验值进行对比发现,预测结果较为准确,其相关系数(R)及平均相对误差(AARE)分别为0.9984和1.71%,表明该合金热变形过程中的流变应力可用构建的应变补偿Arrhenius本构模型来描述。     

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。     

Nb-Ti-Al高温合金的热变形行为及热加工图

研究了Nb-Ti-Al高温合金在变形温度800~950℃,应变速率0.01~10 s~(-1)范围内的热变形行为。通过测试的真应力应变曲线计算了应力指数和变形激活能,并采用Zener-Hollomon参数法构建了合金高温塑性变形的本构关系,构建了功率耗散图和失稳图。结果表明,在实验条件下,Nb-Ti-Al合金理论上不会出现失稳区域。     

DP工艺Inconel 718合金高温流变曲线修正及应变本构模型

采用等温热压缩实验研究DP工艺Inconel 718合金在变形温度为900~1060℃,应变速率为0.001~0.5 s~(-1)条件下的高温流变行为,分析摩擦因数和绝热温升对真应力-真应变曲线的影响,并对摩擦引起的流变应力误差进行了修正,建立了基于应变量的应变本构模型。结果表明:随着应变速率的增大和变形温度的降低,摩擦因数的影响趋于明显,变形激活能和材料常数是应变量的函数。对引入应变量参数建立的用于预测工艺处理的Inconel718合金不同变形量时的流变应力本构模型进行误差分析,其实验值与预测值的相关性系数为0.998,平均相对误差绝对值为3.87%,能够用于准确预测不同变形量时合金的流变应力值。     

Ti_2AlC/TiAl(Nb)复合材料热变形能力

采用Gleeble3500热模拟试验机对Ti2AlC/TiAl(Nb)复合材料进行高温压缩实验,实验温度范围为1000℃～1150℃,应变速率范围为10-3s-1～10-1s-1,工程压缩应变为50%,得到复合材料高温压缩真应力-真应变曲线。结果表明,Ti2AlC/TiAl(Nb)复合材料的高温变形流变应力对温度及应变速率敏感;流变应力随应变速率的增大而增大,随温度的升高而减小,可用位错-颗粒交互作用模型解释复合材料的应力-应变行为;Zenner-Hollomon参数的指数函数能够较好的描述该合金高温变形时的流变应力行为。建立的本构方程为ε=9.31×1011[sinh(0.0044σ)]2.52exp[-366.2/(RT)],其变形激活能为366.2kJ/mol。     

Cu-Cr-Zr合金高温热变形行为

为研究Cu-Cr-Zr合金的高温热变形行为,建立Cu-Cr-Zr合金的高温本构模型,采用Gleeble-1500D热模拟实验机对该合金进行不同变形条件下的热压缩实验。实验参数为:变形量60%、应变速率0. 1~5 s-1、变形温度650~900℃。实验结果表明:变形初始阶段加工硬化大于动态软化作用,使得应力值迅速增大至峰值,之后动态软化大于加工硬化作用,使得应力值降低至一定程度再趋于平稳。通过对Cu-Cr-Zr合金应力-应变曲线的变化规律进行分析可得,低应变速率和高变形温度都会促进合金动态再结晶的程度。利用计算软件对实验数据进行计算和整理,将由线性拟合所得数值代入Arrhenius本构模型,可得Cu-Cr-Zr合金的本构模型。     

基于新加工硬化率方法的AZ80镁合金动态再结晶临界条件

在变形温度为260～410℃、应变速率为0.001～10 s~(-1)条件下,对AZ80镁合金进行热拉伸实验,测试AZ80镁合金的真应力-真应变曲线;依据Arrhenius本构方程形式,确定AZ80镁合金热变形过程的本构关系模型;提出一种新的加工硬化率方法,当加工硬化率函数对应变(ε)求一阶导数后的函数取最小值时所对应的应变值,即为临界应变(εc)。采用新的加工硬化率方法,确定AZ80镁合金在不同变形条件下动态再结晶的临界应变和临界应力;研究热变形工艺参数对临界应变和临界应力的影响规律;确定AZ80镁合金热变形过程中的临界应变、临界应力、稳定应变与Z参数的关系模型。模型计算结果与Sellars模型结果相吻合。     

Ni-40Ti形状记忆合金热变形行为及本构关系的建立

在Gleeble-3500热/力模拟试验机上对轧态Ni-40Ti形状记忆合金进行等温恒应变速率拉伸试验,研究了变形温度为650~850℃,应变速率为0.01~1.00s~(-1)条件下合金的热变形行为。结果表明,应变速率和变形温度对流变应力具有显著影响,合金流变应力随着变形温度升高和应变速率降低而降低。基于Arrhenius方程和多元线性回归法构建了合金本构关系模型。误差分析表明,采用Arrhenius方程预测轧态Ni-40Ti合金的热拉伸变形行为存在较大误差;而采用多元线性回归法建立的本构模型能较准确预测轧态Ni-40Ti合金的热拉伸变形行为,流变应力预测值与试验值符合较好。     

Ti60合金的流变应力行为及人工神经网络本构模型

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试验,研究该合金在变形温度为600～950℃,应变速率为0.001～10s~(-1)条件下的流变应力行为,并构建人工神经网络(ANN)本构模型。结果表明,Ti60合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的下降而减小。在不同的变形条件下,Ti60合金的流变应力-应变曲线分别呈现流动稳态型和流动软化型两种特征。基于ANN所建立的本构模型预测精度高,流变应力试验值与预测值之间的相对误差在±5%以内,平均相对误差为1.82%,且相关系数趋近于1,能准确地描述并预测Ti60合金的流变应力行为。     

Ti6242合金的热变形行为及加工图

利用Gleeble-3800对Ti6242合金进行热模拟压缩试验。研究了压缩量为60%、应变速率分别为0.01、0.1、1、10 s-1,变形温度分别是900、950、1000、1050、1100℃条件下试样的热变形行为。根据试验参数得出Ti6242合金本构方程,绘制Ti6242合金真应力-应变曲线,基于动态材料模型建立热加工图。结果表明,流变应力随着变形温度的升高而下降,随着应变速率的增加而升高,变形激活能Q=453.74 k J/mol,最佳热加工工艺为变形温度1000~1050℃应变速率0.1 s-1左右。     

挤压态ZK60镁合金的热压缩变形行为

为了研究挤压态ZK60镁合金的热变形行为,利用Gleebe-3500热模拟机在变形温度为523~723 K、应变速率为0.01~10 s~(-1)的条件下对挤压态ZK60合金进行了热压缩变形试验。通过真应力-真应变曲线分析了挤压态ZK60合金流变应力与应变速率、变形温度之间的关系,通过引入Z参数建立了挤压态ZK60合金的流变应力本构方程,并观察了其在热压缩过程中的显微组织变化。结果表明:挤压态ZK60合金的真应力-真应变曲线属于动态再结晶型,并且合金的流变应力在高变形温度或低应变速率条件下较低。在变形温度降低或应变速率升高时,动态再结晶晶粒变小,但动态再结晶进行的不充分,再结晶晶粒分布不均匀。通过本构方程计算出挤压态ZK60镁合金的变形激活能Q=122.884 k J/mol,应力指数n=5.096。     

Ti600合金的高温本构方程

采用热模拟压缩试验研究了Ti600合金在变形温度为800～1100℃、应变速率为0.001～10s-1范围内应力-应变曲线的变化规律。研究结果表明:Ti600高温钛合金热变形的流变应力随温度的升高和应变速率的降低而减小;随着应变的增大,合金的真应力-真应变曲线在经历了明显的加工硬化阶段后达到最大值,然后渐渐出现流变“软化”现象。以经典的双曲正弦形式的模型为基础建立了Ti600合金热变形的本构方程,同时也通过对数据回归处理确定了合金不同温度下的应力指数n、应变激活能Q等数值。     

TB17钛合金热压缩流变应力分析及本构方程

使用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为800~1000℃、应变速率0.001~10 s~(-1)以及真应变为1.2的条件下对TB17钛合金进行热变形行为研究。根据热压缩数据,分析真应力-真应变曲线,计算TB17钛合金变形激活能,并建立了TB17钛合金应力-应变本构模型,对金相组织进行分析,并进行了本构模型的验证。结果表明,TB17钛合金在热压缩变形过程中,出现动态回复和动态再结晶现象,在低应变速率0.001和0.01 s~(-1)下,以动态再结晶为主要软化机制,在高应变速率1和10 s~(-1)下主要以动态回复为软化机制;流变应力随应变速率的下降和变形温度的升高而降低;峰值应力计算值和实验值的平均误差为6.5%,表明该模型有很高的精确度。研究为TB17钛合金塑性加工过程的模拟和控制提供了参考。     

Ti1023合金锻造参数优化的基础研究

通过Ti1023合金等温压缩试验,得到不同高温变形条件下真应力-应变曲线和热加工图。通过加工硬化和动态软化效应分析了变形参数对Ti1023合金应力-应变曲线形态和峰值应力的影响。结果表明:在中低温区域和大应变速率条件下,变形参数对流动应力影响较大,高温区域和小应变速率对流动应力影响较小。通过对Ti1023合金热加工图的分析,发现合金的热变形能量分配主要受应变速率的影响。热加工图中主要存在两个变形失稳区和一个临界失稳区,失稳机制主要包括局部塑性流动和绝热剪切等。Ti1023钛合金的较优锻造区间为:变形温度760~780℃、应变速率5×10~(-4)~10~(-1)s~(-1)。