时效强化高镍合金Inconel-718的高温弹塑性特征及本构模型

研究了核反应堆弹簧材料用0Cr20Ni55Mo3Nb5Ti(Inconel-718)镍基合金材料时效强化状态下在150~650 ℃范围内的高温弹塑性特征,并采用多种函数模型对其高温应力-应变实测数据进行了本构关系拟合计算和对比。结果表明:经过970 ℃×1 h,空冷+720 ℃×8 h,炉冷+620 ℃×8 h,空冷的三步法时效强化处理后,Inconel-718合金兼具较高的R_p0.01值和室温伸长率。Boltzmann函数模型对时效强化Inconel-718合金材料在1.5%应变范围内的高温σ-ε实测数据具有良好的拟合效果和预测计算精度,适用于核反应堆弹簧材料的选材和结构设计。     

高温时效对高温镍基合金沉淀强化的影响

研究了750～1050℃下长期时效对Ni3Al基高温合金沉淀强化的影响.结果表明:镍基高温合金在不同温度时效处理一定时间后,γ'沉淀强化相呈球形分散在γ基体上,随时效温度升高,γ'沉淀相微粒粗化,合金屈服强度降低,拉伸塑性提高.随着时效时间的延长,合金的屈服强度增大,但当时效时间超过1000 h之后,屈服强度和伸长率开始下降.Ni-Al合金的性能和沉淀相的颗粒大小、分布、体积分数及粗化速率等因素有关.     

镍铝青铜高温变形的本构模型研究

利用Gleeble-1500型热力模拟机,研究镍铝青铜合金在变形温度800～950℃、应变速率0.002～5 s-1时的热变形行为.根据热压缩试验数据,绘制了不同变形条件下的镍铝青铜合金真应力-真应变曲线,通过线性回归建立了镍铝青铜合金热变形本构方程.结果表明,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大;计算得出的平均变形激活能为313.03 kJ/mol.     

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.     

马氏体时效硬化不锈钢高温流变应力本构模型

利用Gleeble 1500D热模拟试验机对15-5PH马氏体时效硬化不锈钢在变形温度为950～1150℃和应变速率为0. 01～10 s-1条件下进行了等温压缩实验。从获得的20组高温流变应力曲线中随机选取15组数据,分别建立了考虑应变参量的Arrhenius本构模型和人工神经网络模型,并通过这两种模型对剩余5组高温流变应力进行了预测。结果表明,两种模型都能准确反映15-5PH钢的高温动态软化规律。与考虑应变参量的Arrhenius本构模型相比,人工神经网络模型预测出的应力值与实验测量的应力值吻合度更好,其相关性系数和相对误差分别为0. 993和6. 63%。这说明所建立的人工神经网络模型可以很好的描述15-5PH不锈钢的流变应力,其预测值与实验值吻合较好。     

基于粘塑性的单晶镍基合金晶体学本构模型

单晶镍基合金在涡轮叶片上得到越来越广泛地应用,对单晶材料本构模型的研究也在不断地深入。本文运用晶体学理论,结合现象学的统一本构模型的优点,进行了单晶镍基合金的本构建模,模型基于晶体学滑移理论,在单晶八面体12个滑移系和立方体6个滑移系的微观水平上建立粘塑性流动方程和硬化方程,该方程采用粘塑性统一本构方程的一般形式。建模过程表明晶体模型物理意义更明确,计算结果则表明模型是准确的。     

镍基单晶高温合金热机械疲劳本构模型研究

在晶体塑性理论的基础上,提出了一种适用于镍基单晶高温合金热机械疲劳的本构模型,并采用该模型对单晶材料不同晶体取向的热机械疲劳力学响应进行有限元模拟。结果表明,该本构模型可以较好地模拟镍基单晶合金的热机械疲劳行为。对于同相位热机械疲劳,压缩应力幅大于拉伸应力幅,循环平均应力小于零;对于反相位热机械疲劳,拉伸应力幅大于压缩应力幅,循环平均应力大于零。随着循环次数的增加,材料呈现出在高温半周为初始软化,低温半周为初始硬化的特征。晶体取向对于材料的热机械疲劳性能具有显著的影响。     

宏观弹塑性本构模型的研究进展

有限单元法已经广泛应用于实际生产过程中,其即可有效降低产品设计周期与成本,又能对现有工艺进行优化。但有限单元法计算结果的准确性与可靠性却高度依赖于所采用的本构模型。鉴于本构模型的重要性,文章对描述材料弹塑性变形行为的宏观本构模型的各个组成部分,即屈服准则、流动模型和硬化模型,分别进行了综述。回顾了典型的各向同性、各向异性以及拉压非对称的屈服函数,并比较了各自差异。讨论了关联流动模型与非关联流动模型的特点,分析比较了典型的硬化模型。同时,指出了宏观弹塑性模型研究的一些注意事项及将来的发展方向。     

长期时效对镍基合金的组织及高温拉伸性能的影响

研究了一种新型镍基合金在750 ℃、800 ℃、850 ℃长期时效过程中的高温拉伸性能与组织变化的关系.利用扫描电子显微镜对合金长期时效过程中的显微组织、高温拉伸断口进行了观察和分析.结果表明,该合金在750～800 ℃时效有针状TCP相析出;在750 ℃时效时,随着时效时间的延长,TCP相的析出量呈增加趋势且尺寸不断长大,当时效温度达到800 ℃后,随时效时间的增加TCP相的析出量先增加后减少,最后消失.另外,在长期时效过程中由于γ＇相析出的数量变化不大,750 ℃高温拉伸强度基本保持不变;合金的塑性与TCP相的析出有关,同时受到γ＇相尺寸及晶界碳化物析出的综合影响.试验合金的750 ℃高温断裂基本呈韧性断裂.     

18Ni马氏体时效钢高温变形本构关系研究

为了研究热变形参数对马氏体时效钢高温变形行为的影响,利用Gleeble-3800热模拟机对18Ni(1700 MPa)马氏体时效钢在变形温度900~1050℃、应变速率0.001~1 s~(-1)、真应变1.2的热变形参数范围内进行了高温压缩试验。并基于Arrhenius双曲正弦模型,采用多元线性回归方法建立了18Ni(1700 MPa)马氏体时效钢的本构方程。结果能为该马氏体时效钢的数值模拟和热加工工艺的制定提供理论基础。     

2219铝合金高温本构模型及热加工图研究

为研究2219铝合金的高温流变行为及最佳热加工工艺窗口，采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度为573～773 K和应变速率为0.01～10 s^-1条件下对2219铝合金进行了等温压缩实验，得到了不同应变速率和温度下的真实应力-真实应变曲线。根据2219铝合金流变数据的特性，提出了一种新的本构模型，并将其与经典模型的预测精度进行了对比。此外，利用构建的新本构模型推导出了2219铝合金的热加工图解析计算公式，并绘制了其热加工图。结果表明，2219铝合金是一种温度和应变速率高度敏感材料，其高温本构关系必须考虑温度和应变速率的影响。在低温下，Arrhenius模型和Hensel-Spittle模型的预测精度较低，尤其在573和623 K温度下，其预测结果与实验数据存在较大误差。相比之下，新模型在不同温度和应变速率下的预测精度误差较小，并且明显优于Arrhenius模型和Hensel-Spittle模型。这是因为新模型在lnσ和■之间采用了3阶精度逼近，而Arrhenius模型和Hensel-Spittle模型只采用了1阶精度逼近。通过采用更高阶的逼近方法，新...     

锰黄铜合金高温变形及本构模型研究

采用THERMECMASTOR-Z热模拟试验机,在变形温度650~800℃、应变速率0.01~10 s-1的条件下,进行了锰黄铜高温流变行为的相关研究。采用Arrhenius的双曲正弦模型,建立了锰黄铜流变应力与变形温度、应变速率之间的本构模型。结果表明:锰黄铜为正应变敏感材料,其流变应力随应变速率的增加而升高,随变形温度的增加而降低。该研究为锰黄铜热成形加工工艺的制定提供了理论依据。     

单晶镍基合金高温压缩蠕变的微观特征

利用ＴＥＭ对「００１」取向单晶镍基合金高温压缩蠕变行为的研究表明：γ’相沿应力轴方向形成筏状后,形变机制是〈１１０〉超位错切入筏状γ’相,（１／３）〈１１２〉超Ｓｈｏｃｋｌｅｙ不全位错自于「１０１」超位错的分解。领先和拖曳的超Ｓｈｏｃｋｌｅｙ不全位错形成的位错环阻碍了「１０１」超位错的继续扩展,是压缩蠕变应变量小的原因之一。     

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。     

时效过程中2124铝合金蠕变本构模型的研究

研究不同时效温度下2124铝合金蠕变性能及组织变化,建立合金的蠕变本构模型。结果表明,由于该模型采用了析出相瞬时体积分数增长率描述析出相变化,与试验结果更吻合,适合研究合金晶粒的非均匀形核长大。     

Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金高温流变应力特征及本构方程

采用Gleebe1500热模拟机对Al-Zn-Mg-Cu-Zr合金进行热压缩,研究了该合金在应变速率为0.001~1.0s~(-1)、变形温度为250~450℃条件下的流变特性。结果表明:在应变速率为0.001s-1,变形温度为250~450℃范围内,流变应力达到峰值后随着应变量的增加而降低,呈现出连续动态再结晶特征;在其他变形条件下存在较为明显的稳态流变特征。应变速率和流变应力之间满足指数关系,变形温度和流变应力之间满足Arrhenius关系。通过线性回归分析计算出合金的应变硬化指数n以及热变形激活能Q得到了该合金在高温变形条件下的流变应力本构方程。     

7055铝合金高温流变应力特征及本构方程

采用Gleeble-1500热模拟机进行高温等温压缩试验, 研究了7055合金在变形温度为300～450 ℃、应变速率为10-2～10 s-1条件下的流变应力特征.结果表明, 该合金为正应变速率敏感材料,流变应力随应变速率的增加而增大,随温度升高而减小.流变应力开始随应变增加而增大,达到峰值后趋于平稳, 表现出动态回复的特征.通过线性回归分析计算出该材料的应变硬化指数n为5.776 83以及变形激活能Q为146.400 7 kJ/mol, 获得了该合金高温条件下的流变应力本构方程.     

一种含Re镍基合金在高温时效期间的组织演化

通过对一种含Re镍基合金进行1100℃长期时效处理及组织形貌观察,研究了时效处理对含Re镍基合金组织结构的影响.结果表明:元素W、Re可促进TCP相的析出.合金在1100℃长期时效期间,TCP相沿{111}晶面<110>方向以共格方式析出,在不同晶面多组针状TCP相可相互垂直、或互成60°角排列,并确定出析出的TCP相为μ相.在μ相析出的初始阶段,由于两相共格界面应变能的作用,使μ相沿γ′相的(111)晶面呈薄片状析出.随高温时效的时间延长,片状μ相增厚,两相界面失去共格,使晶格应变能降低;随后按界面能最小原理,μ相局部区域出现沟槽,可提高元素Re、W的化学位,其μ相不同区域的化学位之差促使元素扩散及μ相逐渐熔断,并直至发生球化,其中,两凸起μ相之间的界面张力σμ/μ是使μ相沟槽不断溶解加深及发生球化的驱动力.     

基于小样本机器学习构建镍基高温合金应力应变本构模型

在镍基高温合金力学本构模型构建的过程中，使用小样本机器学习方法，结合数据增强、网络结构优化、迁移学习等方法，构建了小样本神经网络模型，降低了对实验数据量的依赖性，经过测试，模型精度高于一般BP神经网络和唯象型本构模型。     

AZ31镁合金高温变形行为及本构模型

采用Gleeble-3500热模拟实验机,对AZ31镁合金在变形温度为523～723 K、应变速率为0.01～10.00 s-1、最大变形程度为60%的条件下进行热压缩实验.结果表明,流变应力随应变的增加而显著增大,到达峰值后逐渐降低并趋于稳态,变形呈明显的动态再结晶特征.变形温度和应变速率对流变应力影响显著,本文采用包含Arrheniues项的本构方程来描述AZ31镁合金的高温变形行为.