应变速率循环法构建TC4-DT钛合金本构方程

采用应变速率循环法在超塑拉伸机上对TC4-DT钛合金进行三组高温超塑性拉伸实验,变形温度为850~890℃,应变速率为3.3×10-5~3.3×10-3s-1。通过对拉伸实验数据的分析计算出TC4-DT钛合金动态再结晶激活能,并利用Arrhenius模型构建TC4-DT高温条件下的超塑性本构方程。结果表明:TC4-DT钛合金的流动应力对变形温度较为敏感,随着温度的升高,流变应力逐渐减小,软化机制愈发明显,870℃附近的超塑性较好,伸长率达到554%。     

TC1钛合金板材热加工性能研究

目的 研究新一代飞机用TC1钛合金板材在不同温度和应变速率下的热塑性变形行为,进行热变形本构建模,构建热加工图。方法 在Gleeble-3500热模拟试验机上开展TC1钛合金板材在温度为500～650℃、应变速率为0.01～0.0001 s^-1条件下的等温恒应变速率单向拉伸试验,利用应变补偿的双曲正弦模型进行热变形本构拟合,绘制热加工图。结果 在同一温度下,TC1钛合金的流动应力随应变速率的减小而降低,但伸长率增加,最大断裂应变增大;变形温度在500℃时,加工硬化占据主导地位,随着温度升高至550、600、650℃,硬化阶段变短,应力达到峰值后很快下降,发生软化,此时热软化占主要地位。结论 建立的应变补偿的双曲正弦本构模型能够有效描述TC1钛合金板材在不同温度和应变速率条件下的热塑性变形行为;根据建立的TC1钛合金板材热加工图,可以确定其热加工工艺窗口为600～650℃、0.000 1～0.001 s^-1,为TC1钛合金板的热加工提供科学指导。     

TC21 钛合金高温变形本构方程研究

目的研究变形温度、应变速率等热力参数对TC21钛合金流动应力的影响规律,并构建出TC21钛合金本构方程。方法在热模拟试验机上对TC21钛合金进行了等温恒应变速率压缩实验,分析其真应力-真应变曲线。结果获得了该合金在变形温度范围为760~920℃、应变速率范围为0.001~10 s-1的流动应力数据,采用多元线性回归法建立了该合金的本构方程。结论误差分析表明,该本构方程具有较高精度,可为TC21钛合金锻造过程中的数值模拟和锻造热力参数的合理制定提供理论依据。     

复合喷丸提高等轴状TC4钛合金的疲劳性能

首先对等轴状TC4钛合金疲劳试样表面进行了不同时间的高能喷丸,制备出一定深度的纳米表层,然后采用小尺寸弹丸进行表面损伤修复喷丸,提高纳米表层质量,最后对不同喷丸状态的试样进行了疲劳试验。结果表明:复合喷丸使等轴状TC4钛合金的疲劳强度相比未喷丸状态提高了34%,在单纯高能喷丸纳米化方法的基础上进一步提高了12%;高能喷丸在试样表面形成的损伤阻碍了表层纳米化提高疲劳强度的效果,通过修复喷丸可以修复部分高能喷丸损伤。     

TC2钛合金的动态力学特征及其本构模型

使用电子万能试验机和分离式Hopkinson压杆分别测量TC2钛合金的准静态和动态应变下的应力-应变曲线,并结合显微组织的变化研究了高应变率下的动态流动应力特征.结果 表明:应变率为1100-6000 s-1时TC2钛合金具有一定的应变率敏感性,随着应变率的提高显示出明显的应变率增强和增塑效应,但是应变率超过4800 ...     

考虑摩擦效应的工业纯钛TA2热压缩变形本构方程及热加工图

目的 研究工业纯钛TA2在变形温度为800～950℃、应变速率为0.001～1 s-1、压下量为50%条件下的热压缩变形行为,构建材料高温本构方程及热加工图。方法 利用Gleeble–3500热模拟试验机进行热压缩试验,对实测流变曲线进行摩擦修正,通过线性回归拟合等方法建立本构方程,基于动态材料模型构建工业纯钛TA2热加工图,确定材料最佳热变形区域。结果 工业纯钛TA2热变形激活能Q为473.491 kJ/mol,应力指数n为3.876 6;最佳热变形参数为变形温度850～950℃、应变速率0.02～0.35 s-1。结论 工业纯钛TA2摩擦修正后的流变应力值均低于实测值,流动应力随变形温度的升高和应变速率的减小而降低。所建立的Arrhenius本构模型可较为准确地描述工业纯钛高温流变行为。工业纯钛TA2在中高温中等应变速率条件下加工性能良好,该区域材料发生了动态再结晶组织转变。     

冷拔态GH4738合金热变形本构方程及热加工图

目的 研究紧固件用冷拔态GH4738合金棒材在不同工艺参数下的热变形行为,为紧固件热加工工艺参数优化提供理论指导。方法 采用Gleeble-3500热模拟实验机对冷拔态GH4738合金棒材在变形温度1 000~1 080 ℃、应变速率1~10 s⁻¹条件下进行了热压缩实验,变形量为50%。计算了该合金的材料常数和变形激活能Q,建立了基于峰值应力的冷拔态GH4738合金的本构方程,根据动态材料模型理论绘制了冷拔态GH4738合金的能量耗散图和失稳图,获得了合金在不同应变下的热加工图,并讨论了显微组织演变情况。结果 冷拔态GH4738合金的流变应力随着变形温度的增加或应变速率的减小而降低。线性回归的相关系数证实了描述该材料热变形行为的本构方程的准确性。基于冷拔态GH4738合金的热加工图及显微组织验证结果可得,冷拔态GH4738合金的主要失稳区工艺参数区间为1 000~1 035℃/0.12~3 s⁻¹,1 030~1 072℃/ 0.25~10 s⁻¹和1 075~1 080 ℃/2.72~10 s⁻¹。热加工较佳工艺条件为1 000~1 028 ℃/0.02~0.14 s⁻¹和1 040~1 080 ℃/ 0.06~0.74 s⁻¹。结论 通过对冷拔态GH4738合金热变形本构方程和热加工图进行研究,获得了冷拔态GH4738合金优化的热变形工艺参数,可用于指导冷拔态GH4738合金的紧固件热加工成形。     

锻态GH4169合金热变形本构方程及热加工图

目的 研究锻态GH4169合金的热变形行为,获得优化的热加工参数。方法 采用Gleeble 3500热模拟实验机对锻态GH4169合金进行不同工艺参数的热压缩实验,建立锻态GH4169合金的热变形本构方程,分析流变应力与热加工参数之间的关系。根据获得的流变应力–应变曲线建立锻态GH4169合金的热加工图。采用金相显微镜观察锻态GH4169合金变形后的显微组织。结果 锻态GH4169合金的应力随变形温度的增加和应变速率的降低而降低。基于锻态GH4169合金的热加工图可知,锻态GH4169合金可热加工的区域分别为987～1 027℃/0.026～0.01 s^-1和1 070～1 100℃/0.026～0.01 s^-1,最优热加工参数分别为1 000℃/0.01 s^-1和1100℃/0.01s^-1。通过金相组织结果分析可知,锻态GH4169合金无论在低温高应变速率条件下,还是在高温低应变速率条件下都发生了再结晶。对于热加工图中的流变失稳区,合金的动态再结晶主要与变形热有关。对于热加工图中可热加工的区域,合...     

TA5钛合金的应变补偿物理本构模型和加工图

使用Gleeble-3800热模拟试验机对TA5钛合金进行等温恒应变速率压缩,研究其在变形温度为850~1050℃、应变速率为0.001~10 s^-1和最大变形量为60%条件下的高温热变形行为;建立了引入物理参量的应变补偿本构模型,并根据DMM模型得到了加工图。结果表明：TA5钛合金为正应变速率敏感性和负变形温度相关性材料;考虑物理参量的应变补偿本构模型具有较高的预测精度,其相关系数R为0.99,平均相对误差AARE为8.95%。分析加工图和观察微观组织,发现失稳区域(850~990℃,0.05~10 s^-1)的主要变形机制为局部流动;稳定区域(870~990℃,0.005~0.05 s^-1)的主要变形机制为动态回复和动态再结晶。TA5钛合金的最佳热加工工艺参数范围为870~990℃和0.005~0.05 s^-1。     

生物医用TC20钛合金高温变形行为及本构关系

采用Gleeble-1500热模拟试验机对TC20合金进行等温热模拟压缩实验。分析该合金在变形温度为750~900℃,应变速率为0.001~1.0s-1条件下的变形行为及流变应力的变化规律。分析不同变形温度和变形速率下的热变形行为及其微观组织的演变规律,观察结果表明:流变应力和微观组织受变形温度和应变速率显著影响;流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,流变应力在经历加工硬化的上升阶段后达到硬化和软化相平衡的稳定阶段。采用双曲正弦模型确定该合金的变形应力指数n和变形激活能Q分别为4.43和340.908kJ/mol,建立了相应的热变形本构方程为:ε=2.706×1016[sinh(0.0091σ)]5.72exp[-340908/(RT)]。     

挤压态Mg-Gd-Y-Zn-Zr合金本构方程及加工图

目的 通过热模拟实验研究挤压态Mg-8.5Gd-4.5Y-0.7Zn-0.4Zr合金的本构方程及加工图.方法 在Gleeble热模拟机上开展应变速率为0.001～1 s?1,变形温度为300～450℃条件下的单轴热压缩实验.根据动态材料模型,建立合金的热加工图,分析功率耗散因子随变形温度、应变速率和应变的变化规律.结果 合金的流变应力在不同的变形温度和应变速率下表现出不同的特征,流变应力与变形温度和应变速率的关系可用双曲正弦本构关系来描述,其平均激活能为209.223 kJ/mol,应力指数为3.442.合金的失稳区出现在变形温度为420～450℃,应变速率为0.1～1 s?1的范围内.结论 得到了挤压态合金的本构方程,合金最佳热加工工艺参数为变形温度为400℃,应变速率为1 s?1.     

TC11钛合金热变形特性分析及其本构关系的建立

对具有原始β转变组织的TC11钛合金在温度1090～800 ℃,应变速率10-3～10-1 s-1条件下进行了热力模拟压缩实验,获得了该合金不同热变形条件下的应力-应变曲线.通过分析该合金的热变形行为,获得了应力指数、应变速率敏感指数和热变形激活能等表征其变形特性的重要特征参数,并采用所得参数建立了热变形本构关系.对比结果表明,所建立函数关系与实验结果吻合较好.     

Constitutive Relationship and Hot Processing Maps of Mg-Gd-Y-Nb-Zr Alloy

The hot working behavior of Mg-Gd-Y-Nb-Zr alloy was investigated using constitutive model and hot processing maps in this work. Isothermal compression tests were conducted with temperature and strain rate range of 703–773 K and 0.01–5 s~(-1), respectively. Improved Arrhenius-type equation incorporated with strain compensations was used to predict flow behavior of the alloy, and the predictability was evaluated using correlation coefficient, root mean square error and absolute relative error. Processing maps were constructed at different strains for Mg-Gd-Y-Nb-Zr alloy based on dynamic materials model.The processing maps are divided into three domains and the corresponding microstructure evolutions are referred to the forming of straight grain boundaries, twinning, dynamic recrystallization and grain growth. Instability occurred mainly at the strain rate range of 0.3s~(-1)–0.5s~(-1). The optimum processing domain is mainly at the temperature range of 703–765 K with the strain rate range of 0.01–0.1 s~(-1).     

2195铝锂合金热变形流变行为与热加工图研究

目的 研究2195铝锂合金在实验温度360~510 ℃、应变速率0.01~10 s⁻¹条件下的热压缩变形行为,建立其本构模型及热加工图,获取该合金的安全加工工艺参数。方法 采用Gleeble−3500热模拟试验机进行热变形实验,分析合金的流变行为及热加工图,结合微观组织阐述其热变形机理,并对所得最优参数进行热挤压实验验证。结果 2195铝锂合金的流变应力随变形温度增加而减小,随应变速率增加而增加;其热激活能Q为203.643 9 kJ/mol、结构因子A为1.943 9×10¹⁴、应力因子α为0.013、应变硬化指数n为5.883 9。确定合金的主要失稳区工艺参数区间为379~420 ℃、0.75~10 s^–1和480~510 ℃、1～10 s⁻¹,安全加工区间为440~510 ℃、0.01~0.25 s⁻¹。铸态2195铝锂合金的屈服和抗拉强度分别仅为(179±6)MPa和(239±11)MPa,经热挤压实验后分别达到(605±6)、(633±3)MPa,分别提高了3.5和2.6倍;铸态合金的显微硬度仅为(115±1)HV,热加工后型材达到(178±4)HV,相较于铸态合金增加了54%。结论 2195铝锂合金的流变行为符合正应变速率敏感特征,其安全加工区域集中在高温低应变速率区,主要发生了动态再结晶,实验型材在此区域表现出卓越的力学性能。     

Mg-RE-Zn-Zr合金的热变形行为和加工图研究

目的 建立Mg-8.5Gd-4.5Y-0.7Zn-0.4Zr合金的本构方程和加工图,得到材料的可加工变形参数。方法 采用Gleeble实验机开展温度范围为300~500 ℃,应变速率范围为0.001~1 s^–1的高温单轴压缩实验。结果 流变应力随应变速率的升高和变形温度的降低而增加,当在变形温度为300 ℃,变形速率为0.1 s^–1和1 s^–1变形时,试样发生了早期开裂;计算得到了合金的变形激活能为228.414 kJ/mol,较高的活化能与LPSO相的存在有关;合金加工图中存在两个可加工区域,第一个区域在变形温度为350~420 ℃,应变速率为0.001~ 0.01 s^–1的范围内,第二个区域在变形温度为420~480 ℃,应变速率为0.005~0.1 s^–1的范围内。结论 建立的本构方程得到预测流动应力值与实验值吻合良好,加工图中两个可加工区域的变形机制都为动态再结晶。