Laves相NbCr2/Nb两相合金的应变补偿物理本构关系研究

Laves相NbCr2/Nb两相合金因其优良的高温力学性能而具有作为新型高温结构材料应用的潜力；流动应力本构关系反映了合金的热变形行为。本文基于Laves相NbCr2/Nb两相合金在1000-1200℃、0.001-0.1s-1条件下的等温恒应变速率压缩实验数据，首次探讨了该合金在考虑变形温度对合金杨氏模量和自扩散系数影响的应变补偿物理本构关系。结果表明，基于蠕变指数n=5的应变补偿物理本构关系的相关系数R和平均绝对相对误差AARE分别为0.974和59.3%，说明该物理本构模型不适于表征该合金的流动应力行为；而基于蠕变指数n为变量的应变补偿物理本构关系的相关系数R和平均绝对相对误差AARE分别为0.984和10.6%，说明该物理本构模型能满意地表征该合金的流动应力行为，且其对流动应力的预测能力优于传统的Arrhenius本构模型。     

95CrMo钢高温流变应力的本构方程

采用Gleeble3500热模拟试验机对95CrMo钢进行了等温单向热压缩试验,得到了其在应变速率为0.1、1和10 s-1,变形温度为750~1050℃时的流变应力曲线。结果表明,应变量、变形温度和应变速率对95CrMo钢流变应力的影响是通过动态回复和动态再结晶软化机制造成的,这种软化机制是三者共同作用的结果。基于试验结果,建立了一种同时考虑应变量补偿、变形温度补偿和应变速率补偿的95CrMo钢流变应力本构方程。从相关系数、平均相对误差和标准偏差3个方面将该方程与周纪华-管克制模型进行了对比,发现该本构方程相比周纪华-管克智模型具有更高的精度和可靠性,更适用于数值仿真领域。     

超(超)临界火电用新型奥氏体不锈钢的高温塑性变形行为及本构模型

利用Gleeble-3500热模拟试验机对新型奥氏体不锈钢CHDG-A进行单道次压缩试验,研究了该合金在950~1100℃和0.01~1 s~(-1)条件下的流变应力变化规律及变形组织演变规律。建立了新型奥氏体不锈钢CHDG-A的传统Arrhenius本构模型,耦合应变量后建立改进型本构模型,并引进相关系数R、平均相对误差δ评估改进型本构模型的预测精度。结果表明:在高温热变形过程中,新型奥氏体不锈钢CHDG-A的流变应力值受应变速率以及变形温度的影响显著,且动态再结晶更易在较低应变速率、较高变形温度条件下发生;应用改进型本构模型得到的流变应力预测值与试验值间的相关系数R为0.9944,而平均相对误差值δ仅为1.9952%,说明该本构模型能较好的预测新型奥氏体不锈钢CHDG-A的流变应力。     

高铁螺纹道钉钢TD16的高温塑性变形行为

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对高铁螺纹道钉钢TD16进行热压缩变形实验,探索该材料在不同温度和应变速率条件下的热塑性变形行为。研究温度与应变速率对真应力-真应变曲线的影响规律,结合显微组织分析,阐明真应力-真应变曲线发生变化的原因。结果表明,在低应变速率下,流变应力峰值较明显,具有明显的动态再结晶特征。在较高应变速率下,峰值应力不明显,流变应力曲线属于动态回复型,未发生动态再结晶。通过回归分析,建立高铁螺纹道钉钢TD16在实验条件范围内的峰值流变应力本构关系的数学模型。所建立的流变应力本构方程与实验值吻合较好,最大相对误差为7.03%,可以用该本构方程来预测高铁螺纹道钉钢TD16的高温流变行为。     

40CrNiMo钢热变形行为及本构方程

用Gleeble-3500热模拟试验机对40CrNiMo钢在750~1050℃、0.1~50s-1变形条件下,进行了单道次热压缩试验,获得了其流变应力曲线。利用考虑应变补偿的双曲正弦模型、误差验证等方法,对流变应力数据进行了分析。结果表明:40CrNiMo钢的流变应力曲线呈现加工硬化型、动态回复型、动态再结晶型等几种类型;应变量一定,流变应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大;应变速率较变形温度对流变应力曲线的波动影响显著,应变速率为50s-1,各变形温度下流变应力曲线均呈现明显波动;应变补偿下变形量对40CrNiMo钢的材料常数有显著影响;热变形激活能随变形增大在207.38~331.82kJ·mol-1变化;应变补偿下本构方程的平均相对误差不大于9%,近90%的相关系数大于0.90。     

高强渗碳钢高温热变形的本构方程

采用Gleeble-3800热模拟试验机,在温度为1173~1473 K,应变速率为0.01~10 s-1的变形条件下,对一种航空用高强度渗碳钢-9310钢进行热压缩实验,基于真应力-应变曲线,研究了两种高温变形流变应力的本构方程模型-位错模型和Sellars模型在该钢上的应用,根据动态再结晶是否发生,建立了不同热变形阶段下9310钢的流变应力本构方程。研究表明,在ε0.1条件下的动态软化和稳态流变阶段中,基于位错密度和动态软化机制的位错模型方程,精度误差在15%以下,但该方程参数多,计算量大,而基于Sellars模型的本构方程,在低温热变形(T1273 K)及大应变(ε0.5)条件下的精度误差更小,且方程相对简单,便于应用。在高强渗碳9310钢的热加工生产中,建议采用Sellars模型作为大应变条件下流变应力的预报方程,精度误差控制在10%以下;为了提高方程精度,Sellars模型下由于动态再结晶软化引起的应力降低值Δσ中,相关参数的取值还有进一步修正的可能。     

15CrMoR钢热变形本构方程的研究

为了分析15Cr Mo R钢的高温变形行为,在Gleeble-1500D热模拟试验机上对其进行了热压缩实验。依据不同温度和不同应变速率下的实验数据,通过把Zener-Hollomon参数和材料参数的函数导入Arrhenius-type方程,建立了15Cr Mo R钢的本构方程。结果表明:测试的流变应力曲线类型为平稳类型和单峰类型,但其试样组织均发生了动态再结晶;使用建立的本构方程计算的流变应力值与实验结果有很好的一致性(相关系数R=0.9273和平均相对误差AARE=2.14%)。     

F40MnV钢高温流动应力的预测

研究了F40MnV钢的高温流变行为。基于Arrhenius方程建立了本构模型并对该钢的流动应力进行了预测。结果表明,当变形速度较小时,材料的流动应力表现出动态回复和动态再结晶特征;当变形温度较低变形速度较大时,材料的动态回复和动态再结晶特征不明显。实验值与本构模型的预测值之间的相关系数(R)和平均相对误差(AARE)分别为0.993和5.56%。     

先进高强DP980钢动态再结晶行为

在Gleeble 3500多功能热模拟试验机上,对高强DP980钢进行了单道次压缩实验,研究了该钢在1323～1423 K和0. 05～10 s-1变形条件下的热变形行为,分析了变形温度和变形速率对流变应力曲线的影响,揭示了变形软化机制,分析了在热变形过程中微观组织的演变规律,分阶段建立了热压缩变形抗力本构模型。结果表明:流变应力对变形温度和应变速率都很敏感,随变形温度的增加和变形速率的减小而减小,低应变速率下呈动态再结晶型软化机制;应变速率ε· 0. 1 s-1时,呈动态回复型软化机制。同一变形温度下,低应变速率易于该钢中奥氏体再结晶的启动;同一变形速率下,变形温度越高,奥氏体再结晶现象越明显。分阶段所建立的本构模型预测值与实验值的相关系数达到0. 9978,平均相对误差绝对值为2. 67%,证明此模型具有较高精度。     

基于动态再结晶动力学方程的镍基高温合金热变形流变应力预测

采用等温热压缩实验,研究了一种典型镍基高温合金在1010-1160oC及0.001-1s-1条件下的高温流变行为。结果表明在合金的高温变形过程中发生了动态回复(DRV)以及动态再结晶(DRX)现象。通过深入分析不同变形条件下合金的高温流变行为,分别建立了合金在加工硬化-动态回复阶段以及动态再结晶阶段的流变应力本构方程。其中,在动态再结晶阶段,流变应力本构方程的建立是基于一种新型的动态再结晶动力学方程,该方程中引入了最大软化速率应变。此外,采用线性拟合的方法,建立了本构方程中材料常数与Zener-Hollomon参数间的函数关系。同时,通过对比分析流变应力的实测值和预测值,并计算两者之间的相关系数(R)和平均相对误差绝对值(AARE),验证了所建立本构方程的准确性,它可以精确预测所研究合金的高温流变应力。