真空热压烧结制备SiCp/2024Al复合材料动态力学性能北大核心

通过真空热压烧结制备30%(体积分数)SiCp/2024Al复合材料,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对其进行动态压缩实验,得到应变速率为1600~3800 s-1的动态应力-应变曲线。结果表明:在一定的高应变率范围内承受动态载荷时,30%SiCp/2024Al复合材料在不同应变率下,应力-应变曲线趋势变化不大,基本表现为应变率不敏感材料。试样在动态冲击下均未出现宏观剪切破坏,采用扫描电镜(SEM)对压缩试样微观组织进行表征,高应变率试样内部出现孔洞和微裂纹等损伤,试样边界出现增强体颗粒脱粘现象,材料表现出良好的塑韧性。还讨论了动态载荷压缩变形机制。     

40%SiCp/Al复合材料热变形行为及热加工图

采用Glebble-1500D热模拟试验机,在350～500℃变形温度、0.01～10.00 s^-1应变速率条件下进行等温压缩变形,研究40%Si Cp/Al复合材料(体积分数)的热加工性能。通过热变形真应力-真应变曲线分析复合材料的热变形规律,建立材料本构方程,利用动态材料模型计算出应变速率敏感指数和功率耗散效率系数,绘制出功率耗散图、失稳图及二维加工图。结果表明,应变速率和变形温度显著影响流变应力,应变速率一定时,变形温度升高,流变应力减小;在相同的变形温度下,随应变速率的增加,流变应力也随之升高。根据加工图可知,在高温高应变速率条件下,材料的功率耗散效率系数大,说明该变形区域发生了组织转变;应变对失稳区域和加工区域影响不大,功率耗散效率系数随应变的增加而增大。40%Si Cp/Al复合材料建议热加工条件为变形温度436～491℃,应变速率0.04～9.97 s^-1。     

铸轧AZ31镁合金的高温拉伸性能

研究了铸轧AZ31镁合金的高温拉伸性能和变形机制.在300~450℃条件下,分别以恒定拉伸速率10^-3 s^-1和10^-2 s^-1进行拉伸至失效试验,在真实应变率为2×10^-4~2×10^-2 s^-1的范围内进行变应变率拉伸试验.当拉伸速率为10^-2s^-1时,试样在400℃和450℃的延伸率均超过100%;当拉伸速率为10^-3 s^-1时,试样在400℃和450℃的延伸率均超过200%,该条件下的应力指数ⁿ≈3,蠕变激活能^Q=148.77 kJ·mol^-1,变形机制为溶质牵制位错蠕变和晶界滑移的协调机制.通过光学金相显微镜和扫描电子显微镜观察显示试样断口处存在由于发生动态再结晶和晶粒长大而形成的粗大晶粒,断裂形式为空洞长大并连接导致的韧性断裂.     

熔铸态和锻态TiBw/TA15复合材料热变形行为研究

采用Gleeble-3800型热模拟试验机对熔铸态和锻态TiBw/TA15复合材料进行高温压缩变形试验,研究不同状态TiBw/TA15复合材料在变形量70%、变形温度900～1150℃、应变速率0.01～10 s^-1条件下的热变形行为,建立热加工图,并分析该复合材料在热变形过程中的组织性能演变规律。结果表明,熔铸态TiBw/TA15复合材料的热加工工艺窗口为温度900～1150℃,应变速率2.72～10 s^-1;温度1000～1100℃,应变速率0.01～0.03 s^-1;温度1075～1130℃,应变速率0.01～0.13 s^-1。锻态TiBw/TA15复合材料的热加工工艺窗口为温度900～975℃,应变速率0.37～10 s^-1;温度960～1025℃,应变速率0.01～0.37 s^-1;温度1025～1150℃,应变速率0.01～10 s^-1。通过对比发现,锻态TiBw/TA15复合材料的热加工工艺窗口宽,热变形加工性能优于熔铸...     

Ti-IF钢铁素体变形动态再结晶临界应变模型

用Thermecmaster-Z热模拟试验机试验得出成分为0.006 7%C-0.045 0%Ti的Ti-IF(无间隙原子)钢在变形温度750~900℃和变形速率0.1~40 s^-1时的应力-应变曲线,确定了Zener-Holloman参数Z与应变速率.ε和温度T(K)的关系式Z=.εexp(39 507/T),并建立了临界应变εc与原始晶粒尺寸d0和Z参数的临界应变方程ε_c=2.314 4×10^-3×d^{-0.8003 9}×Z^0.050。结果表明,在相同变形速率下,850℃变形时动态再结晶最易发生,当变形温度提高至900℃(两相区)时,即使在低变形速率(1 s^-1),也不发生动态再结晶。当变形速率大于1 s^-1时,Ti-IF钢热加工时不能出现动态再结晶。临界应变预测值与实测值比较,平均误差≤5%。     

CL70车轮钢热压缩流变应力行为

用Gleeble-3800热模拟机研究了CL70车轮钢在应变速率0. 01～10s^-1、900～1300 ℃时的高温热压缩行为,分析了热压缩变形时该钢的流变应力、变形温度及应变速率之间的关系,通过线性回归确定该钢流变应力本构方程。结果表明,CL70钢在高温压缩时流变应力随变形温度的减小而增大,随应变速率升高而增大。当应变速率≤1 s^-1时,CL70钢的流变应力曲线表现为动态再结晶特征。CL70钢的热变形激活能为401.06 kJ/mol。     

AG700L动态再结晶热变形本构方程的测算

利用Gleeble-3800热模拟试验机对AG700L试样进行单道次压缩变形试验,记录材料在不同变形温度(900 ℃、950 ℃、1 000 ℃、1 050 ℃、1 100 ℃、1 150 ℃)、不同的应变速率(0.01 s^-1、0.1 s^-1、1 s^-1、5 s^-1)压缩变形70%时的真应力应变曲线。试验完成后对各工艺下的真应力应变曲线进行整理,同时结合奥氏体晶粒结果进行综合分析,摸清了变形温度、应变速率对汽车大梁钢AG700L的动态再结晶的影响规律,通过数据处理计算得到AG700L钢动态再结晶激活能为354.364 6 kJ/mol,并建立了动态再结晶热变形本构方程。     

铸态合金Ni68Cu28Al热变形行为及有限元模拟

利用Gleeble3500热模拟试验机,在变形温度1000~1150 ℃,应变速率为0.01~10 s^-1时对铸态Ni68Cu28Al合金进行热压缩模拟。分析了合金在不同条件下的流变应力曲线;建立了描述该合金高温压缩变形的本构方程;将本构方程应用于有限元分析软件DEFORM 3D中,并对合金热压缩过程进行数值模拟,分析工件内部的应变速率场、应变场和温度场变化。结果表明,铸态Ni68Cu28Al合金变形过程中的硬化效果非常大,动态回复和动态再结晶引起的软化作用不明显;变形过程材料未完全再结晶;合金热压缩过程具有明显的变形不均匀性。综合考虑,铸态Ni68Cu28Al 合金最佳加工温度控制在1000~1100 ℃,应变速率0.01 s^-1左右。     

Mn-Si-Cr系Q&P钢的准静态、动态力学行为对比

利用万能试验机和分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对Mn-Si-Cr系Q&P钢分别进行了准静态和动态压缩试验。在应变速率为0.001、0.01、0.1 s-1和900、1 500、2 200、3 000 s-1情况下分别得到了准静态和动态压缩真应力-真应变曲线,并利用扫描电子显微镜进行压缩后的显微组织和断口分析,利用X射线衍射仪(XRD)对压缩变形试样进行物相分析。结果表明,准静态和动态压缩变形条件下,试验钢的真应力-真应变曲线均可大致分为弹性变形和塑性变形2个阶段,且没有明显的屈服平台。准静态压缩条件下应变速率强化效果不明显但应变强化效应较显著。动态压缩条件下应变强化效应不明显,但展现出一定的应变速率强化效应。准静态变形后,试样中心区域板条组织倾向沿近水平方向(垂直于压缩方向)定向排布。动态变形后,约有1/3试样发生了断裂,未发生断裂的试样中心出现45°方向剪切带,其附近板条组织发生了“屈曲”。准静态变形后残余奥氏体含量下降明显,而动态压缩试样中,残余奥氏体含量只有略微下降,且块状M/A岛内部出现扭曲变形与开裂,这可能是导致部分试样断裂的诱因。动态压缩破坏试样断口整体呈现45°剪切断裂,一端发生微孔聚集性断裂,另外一端发生剪切断裂。     

Mn-Si-Cr系Q&P钢的准静态、动态力学行为对比

利用万能试验机和分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对Mn-Si-Cr系Q&P钢分别进行了准静态和动态压缩试验。在应变速率为0.001、0.01、0.1 s-1和900、1 500、2 200、3 000 s-1情况下分别得到了准静态和动态压缩真应力-真应变曲线,并利用扫描电子显微镜进行压缩后的显微组织和断口分析,利用X射线衍射仪(XRD)对压缩变形试样进行物相分析。结果表明,准静态和动态压缩变形条件下,试验钢的真应力-真应变曲线均可大致分为弹性变形和塑性变形2个阶段,且没有明显的屈服平台。准静态压缩条件下应变速率强化效果不明显但应变强化效应较显著。动态压缩条件下应变强化效应不明显,但展现出一定的应变速率强化效应。准静态变形后,试样中心区域板条组织倾向沿近水平方向(垂直于压缩方向)定向排布。动态变形后,约有1/3试样发生了断裂,未发生断裂的试样中心出现45°方向剪切带,其附近板条组织发生了“屈曲”。准静态变形后残余奥氏体含量下降明显,而动态压缩试样中,残余奥氏体含量只有略微下降,且块状M/A岛内部出现扭曲变形与开裂,这可能是导致部分试样断裂的诱因。动态压缩破坏试样断口整体呈现45°剪切断裂,一端发生微孔聚集性断裂,另外一端发生剪切断裂。     

321奥氏体不锈钢动态再结晶的研究

通过Gleeble-1500热模拟试验机研究了321钢(/%:0.028C、0.69Si、1.21Mn、0.030P、0.001S、17.33Cr、9.19Ni、0.31Ti)单道次高温(900～1 200℃)压缩(0.01～1 s^-1)时的动态再结晶。结果表明,变形温度越高,应变速率越低,321钢的软化作用越强,热变形条件下的真应力-真应变曲线一般没有明显的应力峰值,在应变速率0.01、0.1、1 s^-1时321钢动态再结晶开始发生的温度分别为1 050、1 150、1 150℃;在1 200℃变形时,仍然只发生部分动态再结晶。321钢热变形激活能Q=422.72 kJ/mol,动态再结晶Z参数Z=εexp[422 720/(RT)],临界应变ε_c=0.035 67Z^{0.066 04}。     

SCM435钢热变形动态再结晶动力学模型参数的确定

通过分析冷镦钢SCM435在温度为950～1150 ℃、应变速率为0.1～1 s^-1范围内发生动态再结晶的热/力模拟试验数据,利用其应变硬化速率θ与流变应力σ的θ-σ曲线,准确确定了其发生动态再结晶的临界应变ε_c、峰值应变ε_p、临界应力σ_c和峰值应力σ_p,用应力-应变(σ-ε)曲线方法计算SCM435钢的动态再结晶Avrami动力学曲线和时间指数n.结果表明:SCM435钢发生动态再结晶的临界应变与峰值应变的平均比值ε_c/ε_p=0.73,动态再结晶Avrami时间指数平均值n=1.91;在温度950～1150℃,应变速率0.1～1s^-1范围内,应变速率是SCM435钢的动态再结晶动力学敏感因素,温度对其影响不大;动态再结晶率50%的时间t₅₀与应变速率成反比.     

双道次热压缩50CrV4弹簧钢奥氏体的静态再结晶

通过Gleeble-1500热模拟机对50CrV4弹簧钢（/%:0.53C,0.18Si,0.84Mn,0.012P,0.003S,0.92Cr,0.12V,0.02Ti）50 mm连铸板坯锻制成的15 mm板进行双道次热压缩试验。研究该钢在850~1000℃以真应变0.1~0.25,应变速率0.1~10 s^-1,道次间隔1~80 s形变时的静态再结晶行为,并建立了静态再结晶动力学模型。结果表明,随温度、应变量、应变速率、道次间隔时间增加,会加速50CrV4钢静态再结晶进程;在950℃,真应变0.25,应变速率为0.1,1,10 s^-1时,该钢发生50%再结晶所需的时间分别为8.42,4.40,2.22 s;该钢静态再结晶激活能为249.974 kJ·mol^-1。     

粉末冶金TiAl基合金高温变形行为

采用等温压缩试验,在变形温度为600～1050 ℃、应变速率为0.002～0.2 s^-1的条件下,研究了粉末冶金Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr合金的高温压缩性能与高温变形行为.结果表明:合金在高温压缩变形时,屈服强度随变形温度的升高、应变速率的降低而降低,塑性趋于升高.合金在高温塑性变形时,峰值流变应力、应变速率和变形温度之间较好地满足双曲正弦函数形式修正的Arrhenius关系,说明其变形受热激活控制.在800～1050℃/0.002～0.2 s^-1范围内,合金应变敏感系数m为0.152,高温变形激活能Q为376kJ·mol^-1.     

EA4T钢的高温动态软化模型及晶粒演化研究

为优化后续热加工工艺,研究EA4T钢的热变形行为及微观组织演变规律。利用热模拟机对EA4T钢进行了单道次等温恒应变速率热压缩实验,变形温度为850～1 200℃,应变速率为0.01～10 s^-1,真应变为0.9。结果表明：EA4T钢在低应变速率下(850～1 200℃,0.01、0.1 s^-1)和高应变速率(950～1 200℃,1 s^-1)、(1 050～1 200℃,10 s^-1)条件下变形后发生了动态再结晶。动态再结晶可以通过改变微观组织从而决定钢的力学性能。将参数Z与微观组织演变结合,构建了EA4T钢的高温动态软化模型,可调控EA4T钢在热变形过程中发生动态回复、不完全动态再结晶、动态再结晶和晶粒长大的行为。采用电子背散射技术(EBSD)、透射电子显微测试等材料表征技术,分析了EA4T钢在不同变形条件下的动态再结晶晶粒、马氏体束的宽度和板条宽度的多尺度组织特征,建立了马氏体束宽与动态再结晶晶粒和变形参数Z的关系模型。研究结果可为EA4T钢热加工工艺提供理论指导。     

AH60C高强钢热变形下动态再结晶行为研究

采用Gleeble-3800热模拟机进行单道次压缩试验,研究了AH60C高强钢在变形温度850℃、950℃、1050℃,应变速率0.1 s^-1、1s^-1、10s^-1条件下的动态再结晶行为。采用Zener-Hollomon参数的正弦函数计算出材料参数值α、n、A以及AH60C高强钢热变形激活能Q,并且利用加工硬化原理来计算动态再结晶临界条件。结果表明:随着变形温度的升高,流变应力降低,随着应变速率的增大,流变应力增大,并且变形温度越高,应变速率越低,动态再结晶越彻底;计算出的AH60C高强钢热变形激活能Q为293 305.163 J/mol;临界应变随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增大而增大,且在本次试验条件下,AH60C高强钢动态再结晶临界应变预测模型为ε_c=3.04×10⁽(-4))Z^{1.889 75}。     

基于J-C模型的TC18钛合金动态本构方程构建

采用电子万能试验机对TC18钛合金进行常温准静态压缩实验,得到该合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18钛合金在温度分别为298、523、773、1 023 K,应变率分别为500、1 000、1 500 s~(-1)下进行动态力学性能实验,从而获得TC18钛合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线,并利用J-C模型对合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,最终建立该合金在高温下的动态塑性本构方程。通过对模型的计算结果分析表明,该模型可以较好地预测TC18钛合金在高温与冲击载荷共同作用下的塑性流变应力。     

应变速率对GH625合金热变形过程组织演变的影响

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对GH625合金进行了以不同变形温度、不同应变速率变形到真应变值为0.7的热压缩试验,以研究其热变形过程的动态再结晶组织演变.利用光学显微镜(OP)和透射电镜(TEM)分析了应变速率对GH625合金热变形过程中的组织演变及动态再结晶形核机制的影响.结果表明:应变速率έ=10.0s^-1时,实际变形温度高于预设温度,产生变形热效应.GH625合金热变形过程的组织演变是一个受应变速率和变形温度控制的过程,在应变速率έ ≤ 1.0s^-1时,GH625合金动态再结晶晶粒的尺寸及体积分数随着应变速率的升高而降低,动态再结晶形核机制是由晶界弓弯的不连续动态再结晶机制和亚晶旋转的连续动态再结晶机制组成;在应变速率έ=10.0s^-1时,由于变形热效应使动态再结晶晶粒的尺寸及体积分数迅速升高,动态再结晶机制则是以弓弯机形核的不连续动态再结晶机制为主.     

GH36A合金电渣重熔Mg含量的控制

本文根据文献热力学数据,导出了反应;
[Mg]%_F⁰+[O]%=MgO_(s)
的标准自由能变化ΔG°=-505009+145.03T,J.mol^-1(1780 ≤ T ≤ 2000°k)进而用热力学分析了GH36合金在含MgO或MgF₂渣系中电渣重熔合金中Si、Mn等成分对产生或保持合金中含有 ≥ 0.0020Wt%Mg的不可能性,提出了含Mg的GH36A合金电渣重熔时自耗电极中含有少量Al的必要性。研究了原始Al含量([Al]₀)、原始Mg含量([Mg]₀)以及熔渣成分对锭中Mg含量[Mg]的影响。当渣池温度为1690±10℃,0.32 ≤ [Al]₀ ≤ 0.62Wt%,0.0035 ≤ [Mg]₀ ≤ 0.0140Wt%,熔渣成分为0.10 ≤ N_MgO ≤ 0.30,0.05 ≤ N_{Al2O3 ≤ 0.21,NCaO ≤ 0.15范围,建立了GH36A合金电渣重熔控制[Mg]的关系式。
研究发现,含有适量的Mg、Al的GH36A合金可大幅度地提高合金在650℃,372.65×10⁶Pa的缺口、光滑持久寿命,消除合金缺口敏感性。}     

Ni60Ti40形状记忆合金的热变形行为

为获得Ni₆₀Ti₄₀形状记忆合金热变形的最佳工艺参数,利用等温恒速率热压缩试验研究了在温度为800～1 000℃、应变速率为0.005～5.000 s^-1条件下Ni₆₀Ti₄₀合金的热变形行为,通过探究不同变形温度和应变速率对Ni₆₀Ti₄₀合金流变行为的影响创建本构关系,并以动态材料模型为基础构建热加工图。结果表明,Ni₆₀Ti₄₀合金的流变应力随变形温度的升高而减小、随应变速率的升高而增大。温度为900～1 000℃、应变速率为0.005～0.500 s^-1时,流变应力较快达到稳态,且所需的变形量较少。采用Arrhenius双曲正弦模型构建的Ni₆₀Ti₄₀合金热变形的流变应力本构关系模型可基本准确地预测实际流变应力随工艺参数的变化趋势,计算得到Ni₆₀Ti₄₀合金的平均热变形...