2060-T8E30铝锂合金的热变形行为及本构模型研究

利用Sans CMT4104型电子万能实验机进行等温恒应变速率热拉伸试验,研究了2060-T8E30铝锂合金在变形温度425~500 ℃、应变速率0.001~0.1 s_^-1条件下的热变形行为。结果表明：2060-T8E30铝锂合金在热变形过程中,随着温度的升高和应变速率的降低,其峰值应力降低。合金的平均变形激活能为240.502 kJ/mol,平均应变速率敏感指数为0.28。基于热拉伸试验的真应力-真应变曲线,建立了具有应变补偿的Arrhenius本构方程,模型的预测值与实验值平均相对误差5.89%,模型的精确度较好。     

2099-T83铝锂合金本构模型研究

根据2099-T83铝锂合金在温度为120～160℃的真应力-应变曲线,选择4种常用的本构模型:Johnson-Cook模型、Modified Johnson-Cook模型、Modified Zerilli-Armstrong模型和Voce方程,对比研究上述4种本构模型对该合金的流变应力的预测能力,并对上述模型进行误差分析。结果表明:随着温度的增加,采用Modified Zerilli-Armstrong模型和Voce方程得到的应力计算值与实验值较为吻合,而采用Johnson-Cook模型和Modified Johnson-Cook模型得到的应力计算值与实验值之间存在较大误差; Johnson-Cook模型和Modified Johnson-Cook模型的平均相对误差绝对值AARE分别达到12.286%和6.238%,而ModifiedZerilli-Armstrong模型和Voce方程的AARE值分别为2.099%和0.184%。另外,采用Voce方程计算得到的预测值与实验值之间具有最高的相关性。说明具有物理意义的本构模型在研究和预测该合金流变行为的能力上是优于唯像本构模型的。     

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。     

Nb10Zr合金高温变形应变补偿型本构关系模型

针对一种新型的铌基高温功能合金Nb10Zr,在变形温度1273~1373 K和应变速率0.01~1 s-1条件下,利用Gleeble-1500型热模拟试验机进行等温恒应变速率压缩试验,对其高温变形行为进行研究,并建立了应变补偿的材料高温变形Arrhenius本构关系模型。确定了峰值应力、变形温度和应变速率之间的关系,并考虑了应变的影响,获得了变形激活能和本构方程中材料常数随应变的变化规律。结果表明,在较低温度下所建立的本构关系模型可以精确预测材料的变形行为,但随着变形温度的升高,本构模型的预测能力有所下降,但在所研究的变形温度和应变速率范围内应变补偿型本构关系模型能够满足工程需要,平均相对误差为4.3%     

5A90铝锂合金热态下本构关系研究

进行了5A90铝锂合金在200℃~450℃温度范围和0.3×10-3s-1~0.2×10-1s-1应变速率范围内的单向拉伸试验。结果表明,5A90铝锂合金的流动应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大;而其最大延伸率的变化趋势与流动应力的相反;最佳的成形温度范围在400℃左右。通过试验数据的计算及拟合,得到了任意温度下5A90铝锂合金应力-应变-应变速率关系的本构方程。     

高强韧Ti6246合金热变形行为及应变补偿型本构模型

在温度为1123~1423 K,应变速率为0.01~10 s-1条件下,对Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo(Ti6246)合金进行高温热压缩试验。研究温度、应变速率和应变对Ti6246合金高温流变应力的影响规律,建立了该合金考虑应变补偿的Arrhenius本构模型,同时获得了热激活能Q和本构模型中材料参数对应变的响应规律。将模型计算结果与热压缩试验值进行对比发现,预测结果较为准确,其相关系数(R)及平均相对误差(AARE)分别为0.9984和1.71%,表明该合金热变形过程中的流变应力可用构建的应变补偿Arrhenius本构模型来描述。     

基于应变补偿TC4-DT钛合金高温变形本构模型

通过TC4-DT钛合金在1181~1341 K,0.01~10 s~(-1)条件下热模拟压缩试验,得到其在不同条件下高温变形真应力-真应变曲线。采用回归分析和多项式拟合建立了应变补偿高温变形本构方程。结果表明:各变形条件下的流变应力曲线均呈现应变硬化和流动软化,低温高应变速率特征更明显。当应变速率低于1 s~(-1)时,预测值与实验值吻合程度较高,相关系数和平均相对误差绝对值分别为0.9952和5.78%,此修正模型可作为TC4-DT钛合金高温变形本构方程。     

1420铝锂合金改进的Johnson-Cook本构模型

为保证1420铝锂合金在服役过程中受到动载荷和高速气流摩擦升温的耦合作用而导致材料性能弱化的结构安全,针对1420铝锂合金高温动态力学行为进行充分的测试与表征.根据试验结果特性,提出综合考虑温度、应变率和应变耦合效应的改进的Johnson-Cook本构模型.在此基础上,将建立的本构模型和损伤模型写入有限元,准确模拟实心...     

2198铝锂合金充液拉深成形的本构模型及数值模拟

为建立能准确描述2198-T3态铝锂合金充液拉深成形的本构模型并合理制定成形工艺参数,采用单向拉伸实验测定2198-T3态铝锂合金0°、45°、90°方向的真实应力-应变曲线,并通过不同本构方程拟合材料变形抗力曲线。结果表明,具有初始屈服应力的幂函数本构方程对板材不同方向的试验数据拟合较好;2198-T3态铝锂合金板材塑性应变比r为0.931,具有良好的拉深性能;采用DYNAFOM有限元分析软件对充液拉深成形过程进行数值模拟,并对获得的成形性能参数进行验证。     

Nb10Zr合金高温变形应变补偿型本构关系模型

通过热压缩试验对Inconel 625合金的热变形行为进行了测试。结果显示真应力-真应变曲线的斜率随着温度的降低和应变速率的升高而增大。这表明温度,应变和应变速率之间通过一种复杂的交互作用共同对应变硬化和再结晶产生影响。用Johnson-Cook模型建立的本构方程由于忽略了这个交互作用而不能很好地预测此合金的应力-应变关系。为此对Johnson-Cook模型做了改进。新的模型考虑了温度,应变和应变速率的交互作用。对比结果表明：修改的Johnson-Cook模型的预测值和实验值符合得很好。     

TA15钛合金热变形应力应变曲线及本构模型

在变形温度分别为750,800,850,900,950,1000和1050℃,应变速率分别为0.001,0.01,0.1和1s~(-1)的条件下,对TA15钛合金进行了热压缩试验,分析了变形温度和应变速率对流动应力的影响。根据试验结果,计算了变形过程的温升,表明变形热所导致的温升大小与应变速率和应变均成正比,在T=750℃,ε=1s~(-1)的低温高应变速率条件下所产生的温升最大,可以达到122.63℃。基于Sellars-Tegart本构模型,建立了TA15钛合金热变形时的本构模型。     

Constitutive Analysis to Predict High-Temperature Flow Stress in 2099 Al-Li Alloy

采用高温等温压缩试验并利用修正后的流变曲线,研究了2099 Al-Li合金在变形温度为300~500℃,应变速率为0.001~10 s-1,变形量(真应变)为0.7条件下的流变行为。结果表明:可用包含Z参数的双曲正弦形式来表征变形温度和应变速率对2099 Al-Li合金热变形行为的影响;将应变作为影响因素,求解了不同应变量下的材料常数,并构建了考虑应变的本构模型;统计分析结果表明,除了在变形温度为300℃,应变速率为10 s-1之外,该模型能够很好的预测2099 Al-Li合金高温流变行为。     

考虑不连续屈服的钛合金高温变形本构模型

以发生不连续屈服的钛合金高温变形流动曲线特性为基础,讨论各阶段的变形机制。利用位错增殖动态理论和统一粘塑性理论,构建反映变形温度和应变速率影响且能描述不连续屈服、下屈服点后存在轻微应变硬化、动态再结晶等变形特性的高温粘塑性本构模型。将所建模型应用于新型亚稳β钛合金Ti2448发生明显不连续屈服的高温变形,并用改进的遗传算法确定模型中的相关材料参数。预测值与实验值误差在5%以内,表明这种基于内变量构建的本构模型不仅物理意义清晰,能够有效描述发生不连续屈服的钛合金高温变形,而且具有较强的外推能力,能为其它钛合金的本构模型构建提供参考。     

Mg-Zn-Zr-Y合金高温塑性变形本构模型及流变行为预测

采用Gleeble热力模拟试验机对Mg-Zn-Zr-Y合金进行了高温压缩变形实验,分析了合金在变形温度为573~723K、应变速率为0.001~1 s-1范围内的流变行为。结果表明,热变形条件对流变特征和流变应力影响显著,流变曲线呈现"饱和非线性"和"正偏态分布"2种特征,应力水平随着变形温度的降低和应变速率的增大而提高。基于Arrhenius和Zener-Holloman方程,线性拟合确定了合金的表观变形激活能(Q=152.307 k J·mol~(-1))和应力指数(n=5.521)等参数,建立了描述塑性流变行为的本构方程。结果显示,该本构模型数值计算出的流变应力理论值与实验结果的吻合程度依赖于热变形条件的取值范围,与"饱和非线性"稳态流变特征的塑性变形行为基本吻合;而与加工硬化突出的"正偏态分布"流变行为存在一定偏差,引起理论峰值应变前移,但峰值应力水平仍基本符合。表明该本构模型在Mg-Zn-Zr-Y合金中表现出较好的实用性,尤其适用描述高变形温度(623 K)和低应变速率(0.01 s~(–1))下稳态塑性变形行为。     

考虑加工硬化和动态软化的FeCrNiMn中熵合金本构模型

采用等温压缩分析了Fe_0.25Cr_0.25Ni_0.25Mn_0.25中熵合金在900~1050 ℃、0.001~1 s^-1应变速率范围内的流变行为。结果表明,热变形以动态再结晶为主,与其他低堆垛层错能的合金一样,流变曲线呈单峰形状。建立了本构模型来描述整个变形过程,分析了加工硬化行为和动态软化过程。利用Kocks-Mecking图发现,在加工硬化阶段,合金的硬化速率随应力呈线性降低,因此应力-应变行为可以用传统的位错密度模型来描述。同时,采用经典的JMAK方程描述由动态再结晶引起的软化过程。此外,对本构模型进行了进一步的修改,减少了参数的数量,简化了回归分析。所提出的半物理模型不仅可以准确地预测应变范围外的应力-应变行为,而且可用于其他低层错能合金。     

TC11钛合金热变形本构方程的建立

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形温度为960~1050℃,应变速率为0.01~10s-1范围内对TC11钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。通过真应力-真应变曲线,分析了变形温度和应变速率对流变应力的影响规律,并在Arrhenius双曲正弦型方程的基础上建立了适用于TC11钛合金热变形的本构方程。误差分析表明所建立的本构方程与实验值吻合较好,为制定TC11钛合金锻造工艺提供了理论依据。