Q345钢的热变形Arrhenius本构模型研究

通过Gleeble-3800型热模拟机对Q345钢进行温度区间900~1100℃,应变速率0.1、1、10 s~(-1),真应变0.65的等温压缩试验。采用0.05~0.65应变量范围内数据每隔0.1建立基于物理常数的Arrhenius本构模型,并对模型预测值与试验值进行相关性分析,验证模型预测精度。结果表明:Q345钢高温流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率增大而升高;各应变量下的预测值与试验值相关系数均大于0.98,基于物理常数的Arrhenius本构模型具有较高的预测精度。     

Fe-13Cr-4Al合金的高温流变行为

在Gleeble-1500热模拟实验机上对Fe-13Cr-4Al合金进行了等温压缩实验,研究了该材料在变形温度800～1000℃、应变速率0.01～10 s~(-1)条件下的高温流变行为;构建了包含Arrhenius项同时考虑应变、应变速率及温度影响的高温热变形本构方程。结果表明,Fe-13Cr-4Al合金的高温流变应力状态主要受温度和应变速率的影响,并且在较低变形温度和低应变速率(800～900℃、0.01～0.1 s~(-1))的变形条件下呈现出动态再结晶;而在较高温度(950～1000℃)的变形条件下呈现出动态回复。材料常数Q、α、n和ln A均是应变ε的函数,采用五次多项式可拟合两者之间的关系。同时应用包含应变补偿的本构方程可预测Fe-13Cr-4Al合金在实验温度和应变速率条件下的流变应力。     

16Cr超级马氏体不锈钢的热变形特性

采用Gleeble3800热模拟试验机对16Cr超级马氏体不锈钢进行高温热压缩试验,测得其高温流变应力曲线。通过双曲正弦模型构建了试验钢的热变形本构方程,获得了该钢的热变形表观激活能Q为533.018 k J/mol。根据材料动态模型绘制试验钢热加工图,结合高温变形后显微组织,确定可行热加工工艺参数:变形温度为925~1025℃,应变速率为0.01~0.1 s~(-1);变形温度为1050~1100℃,应变速率为0.1~10 s~(-1)。此时试验钢组织发生了完全动态再结晶,晶粒明显细化,且对应的能量耗散效率较高。     

高强硼钢高温变形行为及其本构方程的建立

通过热模拟压缩试验研究了高强硼钢在880~1000℃、0.01~10 s~(-1)、最大变形55%条件下的高温变形行为。结果表明,试验钢高温真应力-真应变曲线在较高的应变速率(10 s~(-1))或较低温度(880℃)时具有动态回复特征;在较低应变速率(0.01 s~(-1)、0.1 s~(-1)、1 s~(-1))且温度较高(960~1000℃)时具有动态再结晶特征。采用双曲线模型和最小二乘法回归处理确定了试验钢在相应条件下的材料常数,建立了高温本构方程,本构方程预测结果与实测值取得了很好的一致。     

Ti-25V-15Cr-0.2Si阻燃钛合金的动态再结晶行为（英文）

对Ti-25V-15Cr-0.2Si阻燃钛合金在温度为950~1100℃,应变速率为0.001~1 s~(-1)条件下进行热压缩试验,研究了该合金在β相区变形时的动态再结晶行为。结果表明,该合金的热变形机制主要是由动态再结晶支配的,而动态再结晶新晶粒主要是通过弓弯形核机制来形成的。当应变速率降低和变形温度升高时动态再结晶易于发生;当应变速率为0.01~0.1 s~(-1),变形温度为950~1050℃时,动态再结晶使晶粒细化;当变形温度高于1100℃,应变速率低于0.001 s~(-1)时,动态再结晶晶粒粗化。为了确定在不同变形条件下的动态再结晶体积分数和动态再结晶晶粒尺寸,分别建立了该合金动态再结晶动力学和动态再结晶晶粒尺寸预测模型。     

PH13-8Mo不锈钢热变形行为研究

采用Gleeble热模拟试验机对PH13-8Mo不锈钢进行热压缩试验,研究了变形温度为900～1 150℃、应变速率为0.1～10s~(-1)条件下合金的热变形行为。结果表明,随着应变增加,流变应力先迅速增加直至达到峰值,而后持续减小(900～1 050℃时)或者基本保持不变(1 100℃和1 150℃时)。变形温度越高、应变速率越低,流变应力越小。基于Arrhenius方程构建了PH13-8Mo不锈钢峰值应力本构方程,计算得到热变形激活能为567.32kJ/mol。误差分析表明,峰值应力预测值与试验值的相对误差均小于1.3%,预测精度较高。组织分析表明,变形温度越高、应变速率越低,越有利于动态再结晶的进行,但动态再结晶晶粒易粗化。     

TB9钛合金热变形本构方程的建立

使用Gleeble-3800热模拟试验机在850~1050℃、应变速率0.01~10 s~(-1)、变形程度为70%的条件下对铸态TB9钛合金进行热变形行为研究。通过Arrhenius双曲正弦方程和Z参数建立了TB9钛合金热变形的本构方程。结果表明:TB9钛合金流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率升高而升高;在本试验条件下,TB9钛合金软化机制主要为动态再结晶,随温度降低动态再结晶现象变得明显;所建立的本构方程与试验值吻合较好,为TB9钛合金有限元模拟及制定锻造工艺提供了理论依据。     

热变形中TC18钛合金本构关系及第二类再结晶全图研究

分别反映金属流变应力特征和组织-变形关系的本构关系和第二类再结晶全图是TC18钛合金热加工工艺制订的关键数据。在Gleeble3800热模拟试验机上,对于TC18钛合金进行系列热压缩变形,其中,变形温度为790℃~900℃,应变速率为0.01s-1~10s-1,应变量为0.1~0.5。通过拟合Arrhenius式中α, n, Q, lnA与ε的六次多项式,建立了材料高温热压缩本构方程,热压缩流变应力预测值与实验值吻合良好;通过组织观察及α晶粒尺寸测算绘制出其各应变速率下的第二类再结晶全图。     

Cr8钢的热变形行为及本构方程

用Gleeble-1500热模拟试验机研究了Cr8钢在温度为900~1200℃、应变速率为0.005~1 s~(-1)的热变形行为。得到了该材料的真应力应变曲线,基于双曲正弦关系建立了Cr8钢的本构方程,并对本构方程进行验证。结果表明:在变形温度为900~1200℃,应变速率为0.005~0.1 s~(-1)时,Cr8钢发生了明显的动态再结晶现象;所建模型预测的峰值应力与试验所得峰值应力的绝对值误差不超过7%,验证了所建本构方程的准确性;计算得出Cr8钢变形激活能为254.215 k J/mol。     

基于MATLAB的铸态C19400合金高温变形行为及本构方程

通过Gleeble-1500D数控动态热-力学模拟试验机对铸态C19400合金进行了高温等温热压缩试验,研究了该合金在变形温度700～950℃,应变速率0.001～10 s~(-1)条件下的高温变形行为。结果表明:在同一应变速率下,铸态C19400合金的流变应力随温度的升高而降低,在同一变形温度下,合金流变应力随应变速率的升高而升高。应变速率为0.001、0.01、0.1和1 s~(-1)时,动态软化以动态回复为主;应变速率为10 s~(-1)时,动态软化以动态再结晶为主,且再结晶程度随变形温度的升高而增加。此外,本文提出了一种基于MATLAB平台编程计算本构方程的方法,得到了基于Arrhenius双曲正弦本构关系的铸态C19400合金峰值流变应力本构方程,并计算得到该本构方程计算应力与试验应力的相对误差AARE为2.71%、相关系数R为0.9977,表明计算结果与试验结果高度吻合。     

55MnCrNb含铌高碳钢热变形行为研究

使用Gleeble-3800热模拟试验机对含铌高碳钢55MnCrNb进行了单道次热压缩试验,研究了不同温度(900～1150℃)和不同变形速率(0.1～10 s~(-1))下钢的热变形行为,建立了它的本构方程和动态再结晶临界应变模型。结果表明:55MnCrNb钢在变形速率0.1 s~(-1)和变形温度1080～1150℃时出现动态再结晶;钢的热变形激活能Q=328.02 kJ/mol。     

硼对低碳钒微合金钢动态再结晶的影响

利用MMS-300型热力模拟试验机对含硼钒微合金钢及不含硼的钒微合金钢在900~1100 ℃变形温度及0.1~10 s^-1应变速率条件下进行了单道次热压缩试验,测定了其真应力-真应变曲线,研究了变形温度和应变速率及加入微量硼对试验钢的动态再结晶行为的影响,并采用回归分析法确定了两种试验钢的热变形激活能,建立了试验钢的热变形方程,得出了热变形过程中峰值应变与Z参数之间的关系。结果表明,含硼及不含硼试验钢在0.01、0.1 s^-1的低应变速率和900~1100 ℃的变形温度下均发生动态再结晶,两种试验钢的激活能分别为284.9、287.7 kJ/mol,峰值应变与Z参数之间呈线性关系;加入微量硼后,使钒微合金钢动态再结晶激活能和峰值应力稍微降低,对动态再结晶有所促进。     

E36船板钢动态再结晶行为研究

利用MMS-200热模拟试验机对E36船板钢进行单道次压缩试验,研究了试验钢在变形温度850~1100℃,应变速率为0.01~1s~(-1)条件下的动态再结晶行为。结果表明,E36船板钢在变形过程中发生了动态再结晶,且随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶越易发生。通过计算得到的试验钢的变形激活能为373.78kJ/mol,并由此建立了试验钢的本构方程及动态再结晶临界应变模型,为试验钢热变形工艺参数的制定提供了理论支持。     

42CrMo钢的本构关系与转向节臂成形工艺研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机,在900℃~1 200℃变形温度、0.1s~(~(-1))~10s~(~(-1))应变速率下,针对工业用42CrMo钢锻坯进行变形量为60%的热压缩试验,并对其高温塑性变形行为和金相组织进行研究。基于试验数据,建立了包含变形温度、应变速率及应变的锻态42CrMo钢的高温变形本构方程及微观组织模型。基于动态材料模型建立了其真应变为0.9时的热加工图,在900℃~1000℃、0.1s~(-1)~0.2s~(-1)和1050℃~1125℃、3s~(-1)~10s~(-1)范围下为完全动态再结晶,且晶粒细小。对转向节臂的锤锻成形工艺进行研究,验证了所建立应力及微观组织模型的正确性。     

节Ni型2101双相不锈钢的高温热加工行为研究

采用Gleeble-3800热力模拟试验机在温度为1123~1423 K、应变速率为0.001~10 s~(-1)的条件下对2101双相不锈钢进行了热压缩实验,以研究热变形参数对其热加工行为的影响规律。结果表明,相同应变速率下,随温度升高,流变曲线由动态再结晶向动态回复转变。变形速率由0.001 s~(-1)增至0.01和0.1 s~(-1)提高了动态再结晶温度范围,而1和10 s~(-1)的较高应变速率不利于动态再结晶。在应变速率为0.001~0.1s~(-1)、变形温度为1253~1323 K时,峰值应力所对应的应变越小,奥氏体动态再结晶越容易发生,有利于等轴状再结晶组织形成。低应变速率下,变形温度升高使奥氏体再结晶晶粒长大,且Zener-Hollomon参数较大时,动态再结晶效果变差与Mn稳定奥氏体能力较Ni弱有关。基于热变形方程计算得到该不锈钢热变形激活能Q=464.49 k J/mol,略高于2205双相不锈钢,并建立了峰值流变应力本构方程。结合不同变形条件下的应变曲线和显微组织,根据热加工图确定了最佳热加工区域为应变速率在0.001~0.1 s~(-1)、变形温度为1220~1350 K,该区域功率耗散系数处于0.40~0.47的较高值,发生了明显奥氏体动态再结晶。     

TC4钛合金流动软化行为及本构模型研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验,研究了TC4钛合金在温度800~950℃、应变速率0.001~10 s~(-1)条件下的流动软化行为。研究发现随变形温度降低和应变速率增大TC4钛合金的流动软化程度增大,且800~850℃、应变速率1~10 s~(-1)变形时的流动软化主要是塑形流动失稳引起的,温度900~950℃、应变速率0.001~0.1 s~(-1)条件变形时,流动软化主要是片状α相的等轴化引起的。引入应变对材料常数α、n、A和Q的影响,建立了考虑应变的TC4钛合金Arrhenius本构方程,建立的本构模型精度较好,在800,850℃和10 s~(-1)条件以及在900,950℃和0.1 s~(-1)条件下,模型平均绝对误差分别为4.2%和4.3%。TC4钛合金的平均变形激活能为403 kJ/mol,平均应变速率敏感指数为0.26。     

6082铝合金热变形行为及热加工图

在Gleeble~(-1)500D热模拟试验机上对O态6082铝合金进行了热压缩实验,研究了该合金在变形温度300~500℃,应变速率0.01~10 s~(-1)条件下的热变形行为和组织演化;基于Arrhenius双曲正弦本构关系建立了6082铝合金的本构方程;基于动态材料模型(DDM)和Murty法建立了热加工图,并结合微观组织进行验证。研究结果表明:6082铝合金为正应变速率敏感材料,峰值应力随温度的降低和应变速率的升高而升高,热变形过程中的主要软化机制为动态回复,在较高温较低应变速率(500℃,0.1 s~(-1))时,该合金发生动态再结晶。计算得到该合金的热激活能为171.1539 k J·mol~(-1),最佳热加工工艺参数区间为:450~500℃,0.2~0.5 s~(-1)。     

热等静压态TC4钛合金高温变形行为研究

在不同变形温度(T=850～1050℃)和不同应变速率(ε觶=0.001～5s~(-1))下采用Gleeble~(-1)500D热模拟试验机对热等静压态TC4钛合金进行了高温热压缩试验,分析了真应力-真应变曲线特征及热变形参数对显微组织的影响,建立适用于热等静压态TC4钛合金高温流动行为的Arrhenius方程及DMM(动态材料模型)加工图。结果表明:峰值应力随应变速率的增大及变形温度的降低而增大;显微组织随变形温度升高发生马氏体相变,随应变速率增大,β相析出次生α'相,且T=900℃、ε觶=0.01s~(-1)时获得(α+β)双态组织,表明该条件能够改善材料加工性能。误差分析表明,峰值应力计算值与试验值平均相对误差绝对值仅6.77%,证明建立的本构方程能够准确预测材料高温变形时的流动应力。加工图分析表明材料流动失稳区为T=850～950℃、ε觶0.6 s~(-1),最佳加工区间为T=850～950℃、ε觶=0.01～0.1s~(-1)。     

超高强Cr-Co-Mo-Ni-W不锈钢热变形行为研究

在Gleeble-1500型热模拟机上对超高强Cr-Co-Mo-Ni-W不锈钢进行了等温等应变速率的热压缩试验,试验条件为900℃≤T≤1150℃、0.01s-1≤ε觶≤10 s-1。根据试验所采集的数据,绘制了高温下应力-应变关系曲线;并观察了变形后试样的显微组织;通过计算建立了材料热变形本构方程。结果表明:材料的流动应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大;动态回复和动态再结晶分别在材料变形的不同阶段起主导作用;超高强Cr-Co-Mo-Ni-W不锈钢的再结晶温度在1100~1150℃,其热变形激活能值为318.5 kJ/mol。     

GH4720Li合金热变形行为和相变

对GH4720Li合金在1080~1180℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下的单道次压缩变形行为进行了研究。利用压缩实验的应力-应变关系曲线,计算了变形条件下的热变形激活能,建立了相应的本构方程和热加工图。结果表明:动态再结晶是GH4720Li合金的主要软化机制;合金在1120~1180℃、应变速率在0.1~1 s~(-1)、真应变0.7时实现完全动态再结晶,最佳变形温度为1120~1140℃;γ′相的析出行为引起峰值应力和热变形激活能显著变化;热变形激活能在1160℃,达到最小值602 k J/mol;应变速率达到1 s~(-1)以上,合金出现失稳现象。