TA32钛合金高温应力松弛行为及其对应的本构方程

在不同温度（775℃,800℃,825℃）、不同初应力（150MPa、200MPa）和不同预应变（7.85%、15.7%）下进行TA32钛合金高温应力松弛实验,研究了工艺参数对应力松弛行为的影响。对实验后的试样进行微观组织观察,分析了温度对微观组织的影响。利用二次延迟函数对应力松弛曲线进行拟合,推导得到高温蠕变本构方程,进而将其应用于TA32钛合金应力松弛行为有限元模拟。结果表明：在应力松弛的前200s,应力松弛速率很快,其应力急剧下降,经过3600s后应力逐渐趋于平缓并最终达到松弛极限。应力松弛行为随着温度的升高而加快,但其松弛极限随之减小,初应力和预应变则对其影响不大。随着温度的升高晶粒发生了等轴化和长大现象,塑性增强。模拟结果和应力松弛的实验曲线有较高的吻合度,验证了此蠕变方程的可靠性。     

Ti6Al4V合金的高温短时蠕变本构关系与应力松弛行为

对Ti6Al4V合金在不同温度(650、700和750℃)、初始应力(100和150 MPa)和预应变(3.97%和15.87%)条件下进行多组应力松弛试验;研究Ti6Al4V合金高温下的应力松弛行为以及影响因素。利用应力松弛的试验数据推导出高温短时蠕变应变速率与应力的关系,对蠕变应变速率-应力曲线进行拟合,得到Ti6Al4V合金的高温短时蠕变本构方程。将高温短时蠕变本构关系代入有限元软件ABAQUS中对Ti6Al4V合金的应力松弛行为进行模拟。结果表明:Ti6Al4V合金的应力松弛可以分为两个阶段:第一个阶段应力松弛速率很快,剩余应力急剧降低,该过程时间为应力松弛的前250 s;第二个阶段应力松弛较为缓慢,经过2000 s后剩余应力趋向于某一极限值,即应力松弛极限。温度对Ti6Al4V合金应力松弛的影响显著,应力松弛随温度的升高而加快,且温度越高,应力松弛极限越小。初始应力和预应变越大,应力松弛极限越大,但是两者对应力松弛行为的影响不大。模拟结果与试验测得的应力松弛曲线具有很高的吻合度,验证了高温短时蠕变本构关系的可靠性。     

GH3536镍基变形高温合金的应力松弛行为与蠕变本构方程

对GH3536高温合金在变形温度为650、750和850℃和初应力为150、200和250 MPa条件下进行了多组应力松弛试验，研究了温度和初应力对GH3536高温合金应力松弛行为和松弛极限的影响，分析了应力松弛行为的特点。采用三次延迟函数对试验获得的松弛曲线进行了拟合，推导出蠕变应变速率与应力的关系，并基于分段蠕变本构方程对蠕变应变速率-应力曲线进行了拟合，并确定了方程中的材料常数。将蠕变本构方程代入ABAQUS有限元软件中对GH3536高温合金的应力松弛过程进行了模拟。结果表明，模拟数据与试验数据吻合较好，表明建立的蠕变本构方程可很好地描述GH3536高温合金在相应条件下的应力松弛行为。     

BT20钛合金高温应力松弛行为研究

通过高温应力松弛实验对BT20钛合金在700～850℃,不同初应力条件下短时应力松弛行为进行研究。结果表明:随着温度升高,BT20钛合金应力松弛速率加快,但长时间应力松弛后剩余应力趋向于一极限值。相同温度下,不同初应力作用的应力松弛极限相同。     

Hastelloy C-276合金应力松弛试验及蠕变本构方程

对Hastelloy C-276合金分别在不同的温度(750、800、850和900℃)和相应的初始应力(250、250、250和200 MPa)条件下进行了多组应力松弛试验。利用试验测得的应力松弛曲线推导出应力松弛过程中蠕变应变速率与应力之间的关系,建立用于描述Hastelloy C-276合金应力松弛行为的蠕变本构方程,通过对蠕变应变速率—应力曲线进行拟合,得到各温度下蠕变本构方程中的材料常数。将蠕变本构方程带入有限元软件MSC.Marc对Hastelloy C-276合金的应力松弛过程进行模拟,模拟得到的应力松弛曲线与试验测得的应力松弛曲线符合得很好,验证蠕变本构方程的可靠性。     

Ti-6Al-4V中温应力松弛行为建模及模拟研究（英文）

应力松弛是钛合金在升高温度和加载条件下的一个显著特性,也是热校形和热处理的理论基础。因此研究了一种Ti-6Al-4V钛板在923~1023 K温度范围内、几种应变水平下的拉伸应力松弛行为。结果表明,应力松弛速率随着温度的升高而增加,材料中的残余应力经过一段时间之后趋向应力松弛极限;另外,在相同温度下,不同应力水平的应力松弛极限相同。进而,建立了一种描述应力松弛行为的显式三次延迟函数,本构精度高达97%,可用于工艺设计及理论分析。最后,基于应力松弛和蠕变的关系,提出了一种隐式蠕变型本构方程描述应力松弛行为,并将识别的材料参数输入ABAQUS,数值模拟了Ti-6Al-4V的热应力松弛行为,发现模拟的应力变化规律符合应力松弛曲线,证明了蠕变型本构方程对应力松弛模拟的适用性。     

Modeling and Simulation for the Stress Relaxation Beha- vior of Ti-6Al-4V at Medium Temperature

应力松弛是钛合金在升高温度和加载条件下的一个显著特性,也是热校形和热处理的理论基础。因此研究了一种Ti-6Al-4V钛板在923~1023 K温度范围内、几种应变水平下的拉伸应力松弛行为。结果表明,应力松弛速率随着温度的升高而增加,材料中的残余应力经过一段时间之后趋向应力松弛极限;另外,在相同温度下,不同应力水平的应力松弛极限相同。进而,建立了一种描述应力松弛行为的显式三次延迟函数,本构精度高达97%,可用于工艺设计及理论分析。最后,基于应力松弛和蠕变的关系,提出了一种隐式蠕变型本构方程描述应力松弛行为,并将识别的材料参数输入ABAQUS,数值模拟了Ti-6Al-4V的热应力松弛行为,发现模拟的应力变化规律符合应力松弛曲线,证明了蠕变型本构方程对应力松弛模拟的适用性。     

Hastelloy C-276合金应力松弛行为的研究

通过高温拉伸试验研究Hastelloy C-276合金在不同温度和初始应力下的应力松弛行为。实验得到了一系列应力松弛曲线,应用二次延迟函数对实验测得的应力松弛曲线进行拟合,拟合出的曲线与实验应力松弛曲线符合得较好。从实验测得的应力松弛曲线可以推导出不同温度下材料的蠕变应变速率与应力之间的关系,此外,还探讨了温度对Hastelloy C-276合金应力松弛的影响,为转子屏蔽套真空热胀形过程的有限元模拟工作奠定了理论基础,并为其提供了有价值的数据。     

TA15钛合金应力松弛行为研究

对TA15钛合金进行了高温单向拉伸试验,获得了试验用板材在不同温度和应变速率下的力学性能。在此基础上,开展了板材高温应力松弛试验,得到了该材料在600、650、700和750℃这4个典型温度下的应力松弛曲线。研究了温度对TA15钛合金应力松弛行为、松弛应力和松弛应变的影响,获得了应力松弛速率与时间的变化关系。结果表明:温度越高,保温时间越长,试样在卸除外载荷后,松弛应力和松弛应变较小。且温度范围700~750℃,保温时间5~8 min时,回弹消除彻底和高效,为降低回弹的较优工艺参数,研究结果可为热成形工艺、热校形工艺及紧固件的使用周期提供指导。     

工业纯钛中低温蠕变的等时应力应变曲线

根据工业纯钛TA2在服役温度范围内(室温、353 K、423 K)的拉伸实验和蠕变实验获得了工业纯钛的拉伸应力应变曲线和蠕变曲线。由中低温蠕变实验数据发现工业纯钛在服役温度范围内会产生显著的蠕变现象,蠕变特征会随温度发生变化。随后,分别建立了工业纯钛在各温度下的弹塑性拉伸本构方程和蠕变本构方程。综合拉伸和蠕变本构方程建立了工业纯钛在服役温度范围内的等时应力应变曲线。等时应力应变曲线显著低于拉伸曲线,并且存在寿命相关性,随着寿命要求的提高等时应力应变曲线不断下降。值得注意的是在不同的温度下等时应力应变曲线随寿命要求的变化规律存在显著差别。根据等时应力应变曲线、结构允许的极限应变和结构设计寿命,本研究提出了工业纯钛与时间相关的许用应力曲线。     

TC21钛合金热变形行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机对TC21钛合金进行了高温热压缩变形试验。试验变形温度为890～990℃,应变速率为0.01～10s~(-1)。通过分析不同热变形条件下获得的应力-应变曲线和微观组织,探究合金在高温变形中的微观组织演变规律。结果表明:TC21钛合金对变形温度和变形速率极其敏感,流变应力随着应变速率的增加和温度的降低而升高。随着变形温度的升高和应变速率的降低,变形中动态回复作用增强,微观组织中动态再结晶晶粒数目减少。此外,应用线性回归方法,建立TC21钛合金的高温本构方程,经过实验验证,该本构模型与实验结果吻合较好;基于Prasad失稳准则,建立了TC21钛合金热加工图,为TC21钛合金锻造工艺的制定提供理论依据。     

TA1钛合金应力松弛试验研究

通过应力松弛试验对TA1钛合金在480~550℃时,不同初始应力条件下的短时应力松弛行为进行研究。结果表明:TA1钛合金应力松弛大致分为2个阶段,500s前应力松弛迅速,500 s后应力松弛缓慢,最终趋向于某一个极限值。初始应力越大,应力松弛速率在应力松弛试验初始阶段增加越明显,总应力松弛量也越大;温度越高,应力松弛量越大,但超过530℃后,应力松弛量增幅随温度的升高明显下降。     

GH4738高温合金的应力松弛行为

高温合金的松弛性能研究对于使用该合金制造的紧固件在服役过程中的工作条件选择以及松弛规律提供实验依据。本文详细研究了紧固件用高温合金GH4738在不同温度和初应力,及不同热处理制度下的应力松弛行为。研究表明：应力松弛的两个阶段之间存在一个槛应力 ,低于此槛应力 时,塑性应变速率快速下降。随着温度的升高,GH4738合金的松弛稳定性下降,应力松弛速率加快,松弛极限降低。随着初应力的提高,松弛第一阶段松弛速率加快,松弛极限有所增大。不同的固溶温度和稳定化热处理工艺主要影响了合金松弛过程的第二阶段,对其槛应力及松弛稳定性均无明显影响。     

航空用TA15钛合金热变形行为研究

利用Gleeble-3800热模拟试验机,在温度800~980℃及应变速率0.001~1 s~(-1)范围内进行了TA15钛合金热压缩试验,研究了TA15钛合金在热变形过程中力学行为特点及微观组织演变规律。研究结果显示,变形温度和应变速率对流变应力影响显著。随着变形温度升高和应变速率的降低,最大变形抗力减小,且使得流变曲线在较小应变下即达到稳态。当变形温度低于或等于900℃时,随应变的增加合金的动态软化效应显著,当温度高于900℃时,合金的软化效应逐渐减弱,这主要与温度升高导致密排六方α相与体心立方β相两相比例改变进而导致主导软化机制改变有关。基于流变曲线,建立了考虑摩擦效应和应变补偿的热变形本构方程。对比分析表明所建立的双曲正弦型本构模型可较好地预测不同变形阶段合金流变应力,可为TA15钛合金热加工工艺的选择等提供参考依据。     

TA2、TC1、TC4钛板高温短时应力松弛的研究

研究了TA2、TC1、TC4钛板在550～750℃、不同初应力及预应变条件下的短时应力松弛。实验结果表明,试验材料的应力松弛非常符合下列松弛方程σ=σ_0-sln(1+vt),其中s,v为松弛系数。本实验结果对正确拟定钛板零件热校形工艺具有一定的参考价值。     

GH4738高温合金的应力松弛影响因素

详细研究了紧固件用高温合金GH4738在不同温度和初应力,及不同热处理制度下的应力松弛行为。研究表明:应力松弛的两个阶段之间存在一个槛应力σ'_0,低于此槛应力σ'_0时,塑性应变速率快速下降。随着温度的升高,GH4738合金的松弛稳定性下降,应力松弛速率加快,松弛极限降低。随着初应力的提高,松弛第1阶段松弛速率加快,松弛极限有所增大。不同的固溶温度和稳定化热处理工艺主要影响了合金松弛过程的第2阶段,对其槛应力及松弛稳定性均无明显影响。     

TC4钛合金L型材高温弯曲蠕变的数值模拟研究

利用ABAQUS有限元软件,针对TC4钛合金L型材,分别在蠕变温度为500、600和700℃及蠕变时间为600、1200、1800 s的条件下,进行高温压弯蠕变的数值模拟分析,研究温度和时间对该L型材高温压弯蠕变变形后回弹量的影响规律.数值模拟结果表明,TC4钛合金应力松弛效果受温度影响明显,当温度为700℃时,应力松...     

TA11钛合金热变形本构方程

在Gleeble-3500热模拟试验机上进行等温热压缩试验,得到TA11钛合金在温度为954~1074℃、应变速率为0.05~5 s~(-1)、变形量为60%条件下的真应力-真应变曲线。根据真应力-真应变曲线,分析流变应力随变形温度、应变速率和应变的变化规律。结果表明,流变应力与变形速率成正比,与变形温度成反比;利用Arrhenius双曲正弦方程和Z参数建立了TA11钛合金的热变形本构方程。经验证明,试验值与所建立的本构方程的预测值吻合较好,可用于预测TA11钛合金塑性变形过程中的变形抗力和作为有限元数值模拟的材料模型。     

连铸板坯连续矫直过程充分利用钢高温特性的研究

在连续矫直过程中,铸坯温度高,蠕变及应力松弛现象十分明显,坯壳处于高温、低应变和低应变速率的状态。在Gleeble-3500型热/力模拟试验机上模拟连铸坯连续矫直的工艺条件,对普碳钢的高温蠕变、应力松弛等进行了定性实验,实验结果表明,该条件下钢的蠕变及应力松弛速度很快。以某钢厂板坯连续弯曲、矫直改造为例,计算了连续矫直过程中坯壳固液相界面处的矫直应变。现场实际应用效果表明,通过采用矫直区由两段光滑连接的曲线段组成的设计方案,对连续矫直区合理布置,从而充分利用钢的高温蠕变及应力松弛现象,对降低矫直应变速率,提高连铸坯质量有很重要的意义。     

TA10钛合金的高温拉伸断裂极限

为了研究TA10钛合金的高温拉伸断裂极限值,采用GFL(Gleeble Fracture Limit)方法在Gleeble-1500D热模拟试验机上进行高温拉伸试验,以测得TA10钛合金不同温度下的真应力-应变曲线,基于Normalized CockcroftLatham损伤模型,通过公式运算得到不同变形条件下的断裂极限值,并对温度以及应变速率对该值的影响进行了分析。结果表明:TA10钛合金的断裂极限值的变化受到温度以及应变速率的影响较大,变形温度的不断升高能够引起断裂极限值的逐渐增大,在1 s~(-1)下,随着温度从800℃升高到1050℃,断裂极限值从0.638升高到1.132;应变速率升高使断裂极限值逐渐减小,在900℃下,随着应变速率从0.01 s~(-1)增加到5 s~(-1),断裂极限值从1.089降低到0.770。