新型优质GH738合金热变形过程动态再结晶模型的建立

采用MTS810-25T低周疲劳试验机对新型优质GH738合金进行热压缩试验,分析该合金在不同初始晶粒尺寸(42～340μm)、变形温度(1 020～1 100℃)、应变速率(0.01～1 s-1)和应变量(0.15～0.70)条件下的动态再结晶(Dynamic recrystallization,DRX)组织演化规律,并利用Avrami方程构建了该合金的动态再结晶模型,进而结合DEFORM软件及热压缩试验进行验证。结果表明,随着初始晶粒尺寸的减小,应变速率的降低,变形温度升高,应变量增加,动态再结晶的体积分数增加;有限元结果及验证试验均表明,建立的新型优质GH738合金的动态再结晶临界应变模型、体积分数模型以及晶粒尺寸模型,具有良好的预测精度。     

904L不锈钢形变奥氏体的亚结构演化及其对宏观流变应力的影响

为了揭示动态再结晶行为的本质及其对流变应力的影响,选取904L奥氏体不锈钢为研究对象,针对奥氏体在不同工艺下的热变形行为以及变形组织和再结晶组织的亚结构进行深入研究。结果表明材料的宏观应力-应变曲线在特定条件下不能准确反映微观尺寸上的动态再结晶行为。EBSD分析表明动态再结晶晶粒中亚结构特征以取向差角小于1°为主,呈周期性分布,且这种特征不会随晶粒自身长大或应变的增加而发生明显改变,即具有较好的稳定性;而变形组织中亚结构的取向差角明显增大,频繁出现大于1°的小角晶界,局部取向差角的分布范围也增大至1°～4°,即几何必需位错密度显著增加。尽管无论何种工艺下晶界均为再结晶的优先形核位置,但形核条件是不同的。对于完全再结晶组织来说,新的再结晶晶粒形核只需晶界出现局部“弓出”或弯曲;而在原始变形组织中,出现再结晶形核的晶界均存在微区高应变。     

AZ61镁合金的热压缩变形行为及组织演变

采用Gleeble-1500型热模拟试验机对AZ61镁合金在变形温度为250~400℃、应变速率为0.001~10s-1的条件下进行热压缩模拟试验,研究了合金的热压缩变形行为和组织演变。结果表明:AZ61合金在热压缩变形过程中的流变行为可用Arrhenius关系曲线来表示,合金的应力指数为5.096,热变形激活能为147.262kJ·mol-1;在相同的变形温度下,合金的再结晶程度随应变速率的增加而增大;在低应变速率(0.001~1s-1)下变形时,再结晶主要发生在初始晶界上,在高应变速率(10s-1)下变形时,再结晶同时在初始晶界和孪晶上发生;在相同的应变速率下,再结晶程度和再结晶晶粒尺寸均随变形温度的升高而增大。     

18CrNiMo7-6齿轮钢的热压缩变形行为及显微组织演变

采用热模拟方法研究了18CrNiMo7-6齿轮钢在变形温度900～1 150℃、应变速率0.01～5 s^-1条件下的热压缩变形行为;建立了基于Arrhenius模型的全应变本构方程,采用该方程对流变应力曲线进行预测;根据动态材料模型绘制热加工图,并结合热加工图系统地研究显微组织演变特征。结果表明：试验钢的峰值应力随应变速率的增加或变形温度的降低而增大,动态回复和动态再结晶是热变形过程中的主要软化机制;采用建立的全应变本构方程预测得到流变应力曲线与试验结果基本吻合,预测真应力与试验结果的相对误差小于4.715%,说明该模型可以精确地模拟18CrNiMo7-6齿轮钢的热压缩变形行为。试验钢的适合热加工工艺参数为变形温度1 050～1 150℃、应变速率0.1～1 s^-1,此时组织为均匀细小的再结晶晶粒,晶粒尺寸在5～15μm。随着变形温度的升高或应变速率的降低,原始奥氏体晶粒不断被动态再结晶晶粒取代,且动态再结晶程度和再结晶晶粒尺寸增大。     

不同条件高温压缩变形后35CrMo钢的显微组织

采用Gleeble-3810型热模拟试验机在变形温度为8501 150℃、应变速率为0.01{50 s~(-1)的条件下对35CrMo钢铸坯进行了变形量为60%的热压缩变形试验,结合真应力-真应变曲线特征,研究了应变速率和变形温度对其压缩后显微组织的影响。结果表明:在不同条件下压缩变形后,试验钢的显微组织均具有动态再结晶特征;同一应变速率下,随着变形温度的升高,压缩后的动态再结晶晶粒逐渐变大;同一变形温度下,随应变速率的增大,动态再结晶晶粒逐渐变小;热压缩变形后,试验钢不同位置处的晶粒尺寸不同,中心区域大变形区的晶粒最为细小,随着距中心区域垂直距离和水平距离的增大,晶粒尺寸逐渐变大。     

核电厂反应堆压力容器O型密封管用GH4169合金的热加工性能及组织演变

利用Gleeble-3500热模拟试验机,研究了高温合金GH4169在温度1 000～1 150℃,应变速率0.01～10 s^-1变形参数下的热加工性能及组织演变规律。获得了合金的真应力-真应变曲线,随后构建了Arrhenius本构方程、加工图与热变形机理图。结果表明,增加应变速率或降低变形温度会导致变形抗力增大,其中1 000℃下的变形抗力可达到400 MPa。合金在峰值应变与稳态应变下的热变形激活能分别为436.469 6,399.20 kJ/mol;失稳加工窗口出现在3～10 s^-1的高应变速率区;而经1 025～1 075℃,0.05～0.6 s^-1变形后,出现晶粒尺寸为10μm的完全动态再结晶组织,因此该参数区间可作为GH4169合金的最佳热加工窗口。     

BT25钛合金动态再结晶行为的元胞自动机模拟

为研究热加工工艺参数对钛合金塑性成形过程中微观组织的影响,利用Gleeble-3500型热模拟试验机对BT25钛合金进行单道次等温恒应变压缩试验。分析真应力-应变曲线,建立JMAK动态再结晶动力学方程;通过对热变形行为的分析,推导出钛合金的位错密度模型、再结晶形核和晶粒长大模型;结合元胞自动机的算法,建立元胞自动机(Cellular automata, CA)模型并利用该模型模拟和验证了BT25钛合金热变形过程中动态再结晶行为。结果表明,BT25钛合金的流动应力对应变速率和变形温度非常敏感;提高变形温度或降低应变速率均有利于材料发生动态再结晶;CA模型模拟晶粒尺寸误差约为3%,预测DRX体积分数误差在10%以内。该模型具有良好的预测精度,为合金材料在塑性加工过程中优化工艺参数和控制锻件微观组织演变提供了可靠性依据。     

AZ31镁合金方管挤压成型的数值模拟

基于AZ31镁合金热压缩真应力-真应变曲线,计算得到了流变应力方程,分析了合金压缩变形后的显微组织,并用HyperXtrude有限元分析软件对AZ31镁合金方管挤压成型进行了数值模拟,最后进行了试验验证。结果表明:AZ31镁合金的流变应力随变形温度的升高而减小,并在350℃以上较快达到稳态,易于加工成型;热压缩变形后合金中的孪晶组织随温度的升高有所减少,且晶粒不断长大,在高应变速率时由于动态再结晶不充分,晶界附近形成类似"项链"状的细小晶粒组织;有限元模拟分析发现方管角部金属流速低于中心位置,在HyperStudy中经工作带优化后流速分布均匀,采用优化设计的模具挤压生产出了合格的AZ31镁合金型材。     

温度和加载方向对挤压态AZ31镁合金动态压缩行为及显微组织的影响

利用分离式Hopkinson压杆系统对具有混晶组织的挤压态AZ31镁合金在高温下的动态压缩行为进行了研究,分析了显微组织在动态压缩前后的演变,讨论了试验温度和加载方向对动态压缩行为和组织的影响。结果表明:加载方向与挤压方向平行时,其真应力-应变曲线随温度升高呈下降的趋势;加载方向垂直于挤压方向在200℃以上压缩时,温度对真应力-应变曲线的影响不明显;在压缩变形过程中,动态再结晶伴有孪晶形核和位错形核机制;随温度的升高,变形机制由孪生逐渐转变为滑移,加载方向垂直于挤压方向的试样转变得更为明显;在300℃压缩变形时,原始的混晶组织得到显著细化。     

动态再结晶过程的定量化可视化元胞自动机模拟

以热加工过程的金属学理论为基础,将金属的宏观热塑变形参数和内部能量状态引入以正六边形为基元的元胞自动机仿真方法,建立定量化、可视化的动态再结晶二维元胞自动机模型。模型中充分考虑了形核率、临界形核位错密度、位错密度增长以及再结晶晶粒长大驱动力和内部能量状态等多方面因素,可模拟加工硬化、动态回复、形核以及再结晶晶粒长大等一系列过程。利用该模型以纯铜为例对不同温度、不同应变速度下的动态再结晶过程进行模拟,再现动态再结晶形核、晶粒长大的微观组织演变过程,定量分析动态再结晶的动力学特征,并在该模型的基础上分析应变速率对动态再结晶过程以及再结晶晶粒尺寸的影响。模拟结果与相同热变形条件下的纯铜试验结果基本吻合。