2195铝锂合金热模拟平面应变压缩行为研究

2195铝锂合金被认为是航空航天领域的理想结构材料,吸引了广大研究学者的兴趣,但其热变形行为的研究却相对较少。本文通过热模拟平面应变压缩试验,研究了2195铝锂合金的热变形行为,变形温度为400~500 ℃,应变速率为0.01~10 s-1。研究表明,材料变形呈稳态流变特征,随变形温度增加,应变速率降低,流变应力逐渐减小,合金具有正应变速率敏感性。建立了2195铝锂合金材料本构方程,其激活能值为214.937KJ/mol。通过分析加工图,得到材料的适宜加工区为应变速率接近0.01 s-1,温度为475~500 ℃。最后通过分析动态软化过程中的应力规律,得到了材料软化机制判定方程。     

2195铝锂合金多道次热变形流变应力的模拟研究

采用G1eeble-1500热模拟实验机，对2195铝锂合金变形温度为360～520℃，应变速率为0．001-1．0s^-1的单道次热压缩及变形温度为320℃和360℃，应变速率为0．1s^-1，道次间隔时间30-180s的双道次热压缩的流变应力及静态软化规律进行了模拟研究。通过对幂指数应力函数中系数A和β与应变关系的分析，以及采用平均软化法考虑前一道次变形的残余应变对后一道次变形的影响，建立了2195铝锂合金多道次热变形的流变应力方程。     

2195铝锂合金的热变形行为

在Gleeble-1500热模拟机上实施热压缩试验,研究2195铝锂合金在变形温度360~500 ℃,应变速率0.1~10 s^-1时的热变形行为,并通过OM和EBSD研究了热变形中微观组织的演变。基于动态材料模型理论及Zener-Holloman参数,构建了2195铝锂合金的应变量为50%时的加工图及本构方程。结果表明,流变应力随变形温度降低或者应变速率的增加而提高,高温软化机制包括动态回复与动态再结晶。利用加工图及显微组织分析确定了试验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数为480 ℃/10 s^-1;发现失稳区形变组织和再结晶组织呈层状交替分布,且随着变形温度降低,形变组织层厚度增加;稳定区的微观组织具有明显的动态再结晶特征,形变组织基本消失。     

Al-7.0Zn-2.9Mg合金高温变形行为和加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机在温度为400℃~500℃,应变速率为0.01 s~(-1)~10 s~(-1)条件下对Al-7.0Zn-2.9Mg合金进行热压缩试验,研究该合金的热变形行为及热加工特征,建立了应力-应变本构方程和加工图。结果表明,Al-7.0Zn-2.9Mg合金在热压缩变形过程中,随着应变速率的增加和变形温度的降低,合金流变应力逐渐增大,流变应力达到峰值后曲线呈现稳态流变特征;合金在试验条件下的平均变形激活能为157.8 k J/mol。真应变为0.5的加工图表明,该合金在400℃~500℃高温变形时安全区域主要存在于低应变速率的条件下,较合适的加工温度为450℃~475℃,应变速率为0.1 s~(-1)~0.01 s~(-1)。     

高强可焊2195铝-锂合金热压缩变形的流变应力

在Gleeble-1500热模拟实验机上,采用高温等温压缩,0.001～10 s-1,变形温度为360～520℃,对2195铝-锂合金在高温压缩变形中的流变应力行为进行了研究,分析了其高温变形的物理本质.结果表明:在应变速率为1 s-1(变形温度为520℃)和应变速率为0.1、0.01、0.001 s-1(变形温度为360～520℃)时,2195铝-锂合金热压缩变形流变应力出现了明显的峰值应力,表现为连续动态再结晶特征;在其它变形条件下存在较为明显的稳态流变特征;可采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数来描述2195铝-锂合金高温变形时的流变应力行为;在获得的流变应力σ解析表达式中,A、α和n值分别为2.569×1017 s-1、0.012 48 MPa-1和5.94;热变形激活能Q为250.45 kJ/mol.     

考虑不同应变的3003铝合金流变应力预测模型建立与验证

在应变速率0.01~10.0 s~(-1)以及热变形温度300~500℃下,通过Gleeble-1500热模拟试验机对3003铝合金进行高温等温压缩实验。结果表明,该合金具有正的应变速率敏感性。当变形温度低于350℃时,合金的热变形机制以动态回复为主;应变速率大于1.0 s~(-1)时,合金的热变形机制以不连续动态再结晶为主。建立了综合考虑应变速率、变形温度以及应变对流变应力影响的本构方程,本构方程中的材料常数可以表示为应变的4次多项式函数。模拟结果表明:预测曲线与实验曲线吻合较好,流变应力的实测值与预测值的均方根误差以及平均相对误差分别为0.99814和5.72%。所建立的本构方程计算精度较高,可以为合金热变形流变应力的预测提供参考依据。     

铸态C-276镍基高温合金的热变形行为及加工图

采用热压缩试验研究了铸态C-276镍基高温合金在950~1250℃和0.01~10 s~(-1)条件下的热变形行为。结果表明:该合金的热变形流变应力随着变形温度的增加及应变速率的降低而减小;当变形条件为1250℃、0.1 s~(-1)时,合金在热压缩过程中发生了动态应变时效。基于流变应力数据建立了合金的热变形本构方程;基于动态材料模型建立了合金在不同应变下的热加工图。通过加工图和微观组织观察优化了合金的热变形参数。合金的表观激活能为497k J/mol铸态C-276合金适宜的热加工区域为1050~1250℃和应变速率0.1~1.0 s~(-1)。     

6061铝合金热变形动态再结晶行为研究

利用Gleeble-3500试验机对6061铝合金进行单道次等温恒应变速率压缩试验,研究合金在应变速率为0.001～1s~(-1),温度为350～500℃热变形条件下的动态再结晶行为。统计试验所得流变应力曲线峰值应力数据,确定合金热变形激活能Q为307.528kJ·mol~(-1),建立合金在不同热变形条件下的流变应力方程,动态再结晶峰值和临界应变模型;依据流变应力曲线特征,计算合金在不同变形条件下的动态再结晶体积分数,据此建立动态再结晶动力学模型。分析流变应力曲线可知铸态6061铝合金在350～500℃下变形,应变速率较低时(0.01s~(-1)),合金组织更容易发生动态再结晶,应力软化现象更明显。     

Ti对近共晶铝镁硅合金热变行为的影响

采用Gleebe-3500热模拟试验机在变形温度350℃~500℃,应变速率0.01s~(-1)、0.1s~(-1)、1s~(-1)和5s~(-1),最大变形量60%的条件下对近共晶Al-Mg-Si、Al-Mg-Si-Ti合金进行等温热压缩模拟研究。建立了两种近共晶合金的高温流变本构方程和热加工图,并结合EBSD微观组织分析了Ti对近共晶Al-Mg-Si合金高温流变行为的影响。研究结果表明,可用含Arrhenius项的Z参数描述两种合金高温变形时的流变行为;并基于热加工图得出Al-Mg-Si合金优化的工艺参数为变形温度475℃~500℃,变形速率0.01s-1,Al-Mg-Si-Ti合金优化的工艺参数为变形温度450℃~475℃,变形速率0.1s~(-1);同时发现含Ti第二相颗粒会在高温塑性变形过程中阻碍位错运动,抑制动态再结晶软化,提高合金高温流变应力和形变激活能。     

新型铝锂合金温热拟静态拉伸实验及其流变应力的预测计算

采用UTM5000电子万能拉伸试验机,在变形温度573～648 K和应变速率0.001～0.1 s~(-1)条件下对2060-T8铝锂合金进行等温恒应变速率拉伸试验,得到其在变形过程中的真应力-真应变曲线,建立了基于应变补偿和修正项的温热变形本构方程。通过扫描电子显微镜(SEM)分析拉伸断口,对2060-T8铝锂合金的温热变形行为进行研究。结果表明:2060-T8铝锂合金对变形温度和应变速率具有较高的敏感性,流变应力曲线呈现出应变硬化和流变软化的特征,随着变形温度的升高和应变速率的降低,稳态流变特征逐渐消失,其在温热变形条件下的断裂形式为韧性断裂。修正的本构模型与实验值吻合度较高,可以为2060-T8铝锂合金温热变形的有限元模拟提供前提条件。     

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)。     

基于热加工图的6061铝合金热压缩变形特性研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对6061铝合金进行等温热压缩试验,研究变形温度为300~450℃、应变速率为0.01~10s-1、压缩量为60%条件下合金的热变形特性,分析其高温流变应力行为,依据动态材料模型建立热加工图并结合热变形组织分析6061铝合金的热变形机制。结果表明,6061铝合金流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而下降,其高温软化机制以动态回复为主;合金在高应变速率下普遍存在流变失稳,最佳热加工区间变形温度为430~450℃,应变速率为0.01~0.05 s~(-1),该工艺范围内合金出现了部分动态再结晶组织。     

Ni-40Ti形状记忆合金热变形行为及本构关系的建立

在Gleeble-3500热/力模拟试验机上对轧态Ni-40Ti形状记忆合金进行等温恒应变速率拉伸试验,研究了变形温度为650~850℃,应变速率为0.01~1.00s~(-1)条件下合金的热变形行为。结果表明,应变速率和变形温度对流变应力具有显著影响,合金流变应力随着变形温度升高和应变速率降低而降低。基于Arrhenius方程和多元线性回归法构建了合金本构关系模型。误差分析表明,采用Arrhenius方程预测轧态Ni-40Ti合金的热拉伸变形行为存在较大误差;而采用多元线性回归法建立的本构模型能较准确预测轧态Ni-40Ti合金的热拉伸变形行为,流变应力预测值与试验值符合较好。     

基于应变补偿和修正项的新型铝锂合金温热变形本构模型

采用UTM5000电子万能拉伸试验机,在变形温度573~648K和应变速率0.001~0.1s-1条件下对2060-T8铝锂合金进行等温恒应变速率拉伸试验,得到其在变形过程中的真应力-真应变曲线,建立了基于应变补偿和修正项的温热变形本构方程。通过扫描电子显微镜(SEM)分析拉伸断口,对2060-T8铝锂合金的温热变形行为进行研究。结果表明：2060-T8铝锂合金对变形温度和应变速率具有较高的敏感性,流变应力曲线呈现出应变硬化和流变软化的特征,随着变形温度的升高和应变速率的降低,稳态流变特征逐渐消失,其在温热变形条件下的断裂形式为韧性断裂。修正的本构模型与实验值吻合度较高,可以为2060-T8铝锂合金温热变形的有限元模拟提供前提条件。     

2050 Al-Li合金的流变曲线修正及加工图（英文）

采用热压缩实验研究2050 Al-Li合金在变形温度为340~500°C、应变速率为0.001~10 s~(-1)范围内的热变形行为。分析摩擦及温度变化对流变应力的影响,并对流变曲线进行修正处理;基于动态材料模型及修正后的真应力数据,获得真应变为0.5条件下合金的加工图;利用金相显微镜对压缩试样显微组织变化进行观察。结果表明,在热变形过程中材料的摩擦及温度变化对流变应力有显著影响;合金合适加工区域位于变形温度为370~430°C、应变速率为0.01~0.001 s~(-1)区域,以及变形温度为440~500°C、应变速率为0.3~0.01 s~(-1)区域内;失稳区位于高应变速率下(3~10 s~(-1))所有温度范围内;动态回复和动态再结晶是2050 Al-Li合金在稳定加工区域内主要变形机理,而在失稳区合金变形机理主要表现为流变集中。     

高铜6A82铝合金在等温热压缩过程中的流变应力和显微组织演变（英文）

在Gleeble-1500热模拟机上通过等温热压缩试验研究高铜6A82铝合金(Al-Mg-Si-Cu)在变形温度为320~530℃、应变速率为0.001~10 s~(-1)条件下的流变应力和显微组织演变。结果表明,合金的流变应力在变形温度为320~390℃的范围内呈连续软化行为,在温度高于460℃的条件下达到稳定状态。合金的流变行为受双曲正弦形式的本构方程(Zener-Hollomon参数Z)影响,其热变形激活能为325.12 k J/mol。显微组织表征表明,明显的动态再结晶和动态析出的粗化导致流变应力的连续软化。在相近的ln Z值条件下,变形热使合金在530℃、10 s~(-1)条件下的动态再结晶比460℃、0.1 s~(-1)条件下的更加明显。     

特大型支承辊用Cr4合金钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-1500热模拟实验机在温度为700~1200℃,应变速率为0.002~5 s~(-1)、最大变形量为55%条件下对特大型支承辊Cr4合金钢进行热压缩试验,研究了该合金的热变形行为及热加工特征,建立了Cr4合金钢在试验条件下的热加工图。结果表明:在其他变形参数恒定时,Cr4合金钢的热变形真应力随应变速率的升高而逐渐变大,随变形温度的提高而急剧降低;在变形温度为750~900℃,应变速率为0.002~0.01 s~(-1),变形温度为750~800℃,应变速率为0.049~2.718 s~(-1)和变形温度为800~1050℃、应变速率为0.1~4.482 s~(-1)的3个区域内易产生流变失稳现象;动态再结晶是触发材料流变软化及稳态流变的主要原因,Cr4合金钢的安全热加工区域的变形温度在950~1150℃之间、应变速率在0.018~0.223 s~(-1)之间。     

2195铝锂合金平面应变压缩的流变行为与微观组织

通过Gleeble-3500热模拟机在350～500℃温度范围对2195铝锂合金进行平面应变压缩实验,应变速率为0.01～1 s~(-1),变形量60%。研究合金在高温下的流变行为并通过背散射电子衍射(EBSD)和X射线衍射(XRD)揭示了微观组织的演变规律。结果表明:流变应力随应变速率的增加而升高,而随着温度的升高流变应力降低,并且达到峰值应力和稳态流变时所需的应变也减少,建立含有双曲正弦关系的本构方程并得到合金的变形激活能Q为278.208 kJ/mol;随着Zener-Hollomon参数值的增加,合金的流变集中增加,合金的软化机制主要是动态回复,此外还有动态再结晶形成,动态再结晶主要为不连续动态再结晶,而连续动态再结晶和几何动态再结晶均容易在较低Z值和较高Z值下形成;变形组织中含有大量的轧制织构,变形晶粒主要为S{123}á634?、Brass{011}á211?、Copper{112}á111?和Goss{011}á100?这4种取向。     

喷射成形FGH95高温变形流变应力行为与预测

在变形温度为1 050~1 140℃、应变速率为0.01~10 s 1和变形率为50%的条件下,采用Gleeble 1500热模拟机研究喷射成形FGH95合金的热压缩变形行为。结果表明:在合金热压缩变形初始阶段,流变应力随应变的增加迅速增大,达到峰值应力后逐渐减小,呈现明显的动态软化特征;合金流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而显著减小;应变速率为0.1~10 s 1时,合金峰值应变随温度升高而减小,并趋于平稳;而应变速率为0.01 s 1时,合金峰值应变在1 100℃出现极大值。考虑变形量对合金热压缩流变行为的影响,引入包含应变量的四次多项式函数对双曲正弦修正的Arrhenius方程进行改进,改进后的本构方程的流变应力预测值与实验值吻合较好,平均相对误差为3.64%。     

2195铝锂合金高温慢应变速率拉伸本构模型及组织演变

对2195铝锂合金细晶薄板在温度为350～470℃、初始应变速率为0.0001～0.002 s^-1的变形条件下进行拉伸，建立应变修正的Arrhenius和含软化因子的Rosserd塑性流动本构模型，利用电子背散射衍射表征变形过程的微观组织演变。结果表明：两种方程均可以较好地描述2195铝锂合金稳态阶段的流动行为，应变修正的Arrhenius模型在变形温度为350～390℃时有一定拟合偏差，而含软化因子的Rosserd模型在470℃、0.002 s^-1的高温高应变速率条件下出现拟合偏差，其原因主要是受变形机制影响。2195铝锂合金在350～390℃时发生不连续动态再结晶，而在430～470℃时发生连续动态再结晶；变形温度的升高和变形速率的降低均可以提高2195铝锂合金动态再结晶程度，但提高变形温度的影响更显著；2195铝锂合金在390℃、0.001 s^-1变形时的最大伸长率为203%。变形温度的提高会导致晶粒粗化，降低合金的热塑性。