基于热力耦合的塑性成形动态再结晶仿真分析

解析了微观组织演化模型与有限元传热变形相互耦合的理论方法,利用Deform软件建立了考虑材料变形、传热、生热、动态再结晶、静态再结晶、亚动态再结晶、晶粒生长等多因素的耦合计算模型.以规格φ35mm×70mm的In718棒坯镦粗70%、冷却5s为实际算例,定义了In718流动应力模型、组织演化模型,对热塑性变形、空冷过程中动态、静态、亚动态再结晶的晶粒尺寸、体积分数及发生的时机等进行了有效预测.     

7050铝合金内部沿晶微裂纹热塑性修复的元胞自动机模拟

根据7050铝合金单道次热压缩变形实验数据,对建立微裂纹修复的元胞自动机(CA)模型所需相关参数进行辨识和计算。利用Microsoft Visual C++平台编制了包含拓扑变形机制、位错密度演变机制、动态再结晶动力学机制的沿晶微裂纹热塑性修复的微观组织CA演化规则。针对裂纹表面和母相晶界的不同特征,提出再结晶过程中表面能和晶界能驱动下不同的晶粒长大方式。CA模拟结果表明:一定条件下的热塑性变形和动态再结晶可完全修复材料内部微裂纹,且裂纹愈合过程中出现的分段愈合特征与实验结果相吻合,但裂纹愈合的形貌演化取决于裂纹形态、裂纹表面形核率和形核位置、新晶粒长大方向与速度。     

微合金超高强度钢的热变形行为及流变应力模型

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究微合金超高强度复相钢(CP钢)在变形温度为900～1150℃、应变速率为0.1～10 s-1条件下的热变形行为,观察了不同变形条件下的晶粒组织。根据实验结果,建立了CP钢在热变形过程中的本构方程及动态再结晶过程的物理模型。实验结果表明,微合金元素钛的存在,明显抑制了动态再结晶的发生,提高了变形激活能,其值为439.09 kJ/mol。另外,热变形参数对最终的晶粒大小具有重要影响,随着再结晶变形温度的降低及应变速率的提高,晶粒尺寸明显减小。本构方程、动态再结晶模型能为科学设计和有效控制CP钢的热加工工艺提供依据。     

一种铌微合金钢热变形过程中的动态再结晶

通过一种铌微合金钢高温下(900～1100℃)不同应变速率(0.01～10s<'-1>)的热模拟单道次压缩试验,结合组织观察,研究了热变形参数对动态再结晶过程的影响,求出动态再结晶形变激活能及相关参数,建立了该钢的热变形本构方程.实验结果表明,合金元素的添加,由于固溶原子拖曳及析出物的钉扎作用,增加了动态再结晶激活能,显著抑制了该钢的动态再结晶及晶粒长大过程.原始奥氏体晶粒尺寸增大、变形温度降低及应变速率增大将抑制动态再结晶过程.     

690合金热变形行为特点研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机进行了690合金等温恒应变速率热压缩实验,研究不同热变形条件下的流变行为和显微组织演变规律,并研究了原始晶粒尺寸对流变行为的影响。通过试验获得的峰值应力数据,建立了690合金高温热变形的本构方程。结果表明,减小原始晶粒尺寸可降低690合金在热变形过程中的变形抗力,增加动态再结晶体积分数,而原始晶粒尺寸对动态再结晶晶粒尺寸的影响则非常小。在较低温度区间,动态再结晶晶粒优先以原始晶界处产生的大量亚晶作为基础,通过亚晶界迁移形成再结晶核心;在较高热变形温度区间,再结晶晶粒主要以大角度晶界迁移的方式长大成粗晶粒。     

Cu-Cr-Zr合金热变形行为分析

对Cu-Cr-Zr合金进行了热压缩变形实验,并建立了热变形本构方程和热加工图。结果表明,Cu-Cr-Zr合金的最佳变形条件为:变形温度780℃、应变速率0.01 s-1。随变形温度的升高,Cu-Cr-Zr合金显微组织先后发生动态回复和动态再结晶,逐渐替代纤维状晶粒并长大成等轴晶粒。     

18CrNiMo7-6齿轮钢的热变形行为及组织演变规律

利用Gleeble-3500热模拟试验机对18CrNiMo7-6齿轮钢进行了等温单道次压缩试验,研究了变形温度为900～1150℃,应变速率为0.01～5 s^-1,应变为0.76的条件下材料的热变形行为;并且通过光学显微镜对热变形后的微观组织进行了分析。建立了唯象型Arrhenius本构方程,预测的峰值应力与试验数据具有很好的一致性。高温热变形过程是加工硬化与动态回复以及动态再结晶的竞争过程,在热变形的过程中会形成变形晶粒、再结晶晶粒、等轴晶和晶粒长大等4种类型的微观组织。当应变速率为0.01 s^-1时,动态再结晶程度与变形温度成正比,当变形温度超过1050℃时,变形能转变成晶粒长大的驱动能,使得晶粒粗大;当应变温度一定(1050℃)时,随着应变速率的增大,动态再结晶发生不完全,导致晶粒组织出现细化、畸变、不完全再结晶共存的现象。变形程度越大,晶粒越细小。     

AZ80镁合金热变形过程中的动态再结晶动力学和运动学模型

采用热模拟实验方法测试了AZ80镁合金材料的真实应力-应变曲线, 变形温度范围533K - 683K, 应变速率范围0.001 - 10 s-1, 变形程度为50%。动态再结晶的晶粒尺寸随着变形温度的升高和应变速率的降低而增大。确定了AZ80镁合金的热激活能, 确定了AZ80镁合金材料热变形时的本构方程。根据Sellars方程, 确定了AZ80镁合金的动力学模型, 其定义为描述发生动态再结晶体积分数与变形温度和应变速率的函数关系。确定了AZ80镁合金的运动学模型, 其定义为描述动态再结晶晶粒尺寸与Z函数之间数学关系. 动态再结晶晶粒尺寸的模型计算结果与实验结果相吻合,相对误差小于11.8%。确定了临界应变和稳态应变与Z函数之间数学关系。     

晶粒度对690合金热变形特性的影响

利用物理模拟实验方法对具有不同晶粒尺寸的690合金试样进行热压缩变形实验,变形温度范围为1100～1200℃,应变速率分别为0.1,1,10s-1,获得了合金的流变应力数据,并对合金变形后的组织特征进行了分析,建立了包含初始晶粒度参数的本构关系模型。结果表明:晶粒尺寸增大使690合金高温变形时的流变应力增加,发生动态再结晶的临界应变增大,动态再结晶体积分数减小,根据所建立的流变应力本构模型计算出的流变应力值与实验值相近,从而完善了690合金的热变形本构方程。     

Co40NiCrMo合金本构关系的建立

根据Co40NiCrMo合金在THERMECMASTOR-Z热模拟机上进行等温压缩试验的数据,研究了Co40NiCrMo合金的本构关系模型,建立了以Zener-Hollomon参数和热变形参数为基本变量的Co40NiCrMo合金本构关系方程.绝大多数情况下误差仅为5%,误差最大值为5.8023%,误差大于5%的情况仅占试验规范的6%左右.所建立的本构关系能正确反映合金对锻造热力参数的动态响应特征,而且可以很好地描述不同应变、应变速率、温度时的应力特征.以Co40NiCrMo合金的金相试验为基础,研究热变形参数对Co40NiCrMo合金微观组织的影响规律,建立Co40NiCrMo合金在高温变形过程中的微观组织演化模型.建立的微观组织演化模型能够较好地反映热态变形时锻造热力参数对Co40NiCrMo合金显微组织演化过程和再结晶晶粒尺寸的影响规律.     

多向锻造纯钨形变储存能及动态再结晶行为分析

对纯钨烧结体进行多向锻造试验,运用OM和DSC分析了纯钨多向锻造组织演化规律及形变储存能的变化,结合XRD、EBSD对纯钨形变储存能的来源及动态再结晶行为进行了研究。结果表明:多向锻造后纯钨内部孔隙明显减少,热变形过程中的动态再结晶导致晶粒显著细化,变形后保留在晶粒及亚晶内部的高密度位错结构导致形变储存能的增加,再结晶晶粒主要沿能量较高的晶界及晶界交汇处分布,其动态再结晶机制为形变诱导晶界迁移机制与亚晶粗化及晶粒机械破碎的混合机制,多向锻造后纯钨再结晶温度基本不变,材料热稳定性有所提高。     

Changes in the grain structure of metallic materials upon plastic treatment

Experimental data on structural changes in the process of plastic deformation of polycrystalline copper and stainless steel have been reviewed. It has been shown that the mechanisms of the formation of a new grain structure, i.e., dynamic recrystallization, depend on the conditions of treatment or flow stresses at the steady-state stage, which are determined unambiguously by the temperature and strain rate. Upon hot deformation (low flow stresses), it is local migration (bulging) of grain boundaries and subsequent growth of these bulgings that seem to be the main mechanism of formation of new grains. Since the nucleation of new grains in this case is of a heterogeneous character, the microstructure evolution can be classified as a discontinuous dynamic recrystallization. Upon worm or cold deformation (high flow stresses), we deal with a dynamically recrystallized structure only after very high degrees of deformation. The new grain structure is formed due to the growth of angular misorientation between subgrains with an increase in the total degree of deformation, which can be considered as a continuous dynamic recrystallization. Changes in the mechanisms of dynamic recrystallization with changes in the conditions of treatment lead to a bimodal dependence of the size of dynamically recrystallized grains on the flow stresses.     

Hot deformation behaviors and dynamic recrystallization mechanism of Ti-35421 alloy in β single field

Hot deformation behaviors and microstructure evolution of Ti?3Al?5Mo?4Cr?2Zr?1Fe (Ti-35421) alloy in the β single field are investigated by isothermal compression tests on a Gleeble?3500 simulator at temperatures of 820?900 °C and strain rates of 0.001?1 s^?1. The research results show that discontinuous yield phenomenon and rheological softening are affected by the strain rates and deformation temperatures. The critical conditions for dynamic recrystallization and kinetic model of Ti-35421 alloy are determined, and the Arrhenius constitutive model is constructed. The rheological behaviors of Ti-35421 alloys above β phase transformation temperature are predicted by the constitutive model accurately. The EBSD analysis proves that the deformation softening is controlled by dynamic recovery and dynamic recrystallization. In addition, continuous dynamic recrystallization is determined during hot deformation, and the calculation model for recrystallization grain sizes is established. Good linear dependency between the experimental and simulated values of recrystallized grain sizes indicates that the present model can be used for the prediction of recrystallized grain size with high accuracy.     

Hastelloy C276高温合金热加工微观组织演化元胞自动机模拟

采用Gleeble热模拟试验机对Ni-Cr-Mo系高温合金Hastelloy C276进行单道次和双道次热压缩试验,获得了不同热变形条件下的流变应力曲线和微观组织,在此基础上回归了该合金热变形物理冶金模型及参数,进而构建了微观组织拓扑演化的元胞自动机模型。结果表明:Hastelloy C276高温合金在高温热压缩过程中易发生动态再结晶,当动态再结晶不完全时,在热压缩保温或道次间歇内,再结晶晶粒将进一步快速生长而发生亚动态再结晶。Hastelloy C276高温合金再结晶行为对变形温度、变形速率、应变量等工艺参数敏感;构建的元胞自动机模型,集成计算了热压缩和道次间歇过程中的位错密度、再结晶形核及晶界迁移等,可有效表征多工艺参数下Hastelloy C276高温合金热压缩过程中的微观组织拓扑结构演化和应力-应变响应。     

AZ31镁合金铸轧和常规轧制板的变形组织及形变特征

在变形温度为150～400 ℃、应变速率为0.3～0.000 3 s~(-1)条件下,在Gleeble1500热模拟机上采用等温拉伸试验对AZ31镁合金铸轧和常规轧制板的高温塑性及组织演变进行研究.结果表明:两种AZ31镁合金板的峰值应力和峰值应变均随着变形温度的降低和应变速率的增加而逐渐增大.铸轧板的应变硬化指数和应变速率敏感系数均大于常规轧制板的.在高温低应变速率变形条件下,铸轧板的晶界滑移引起的空洞尺寸、体积分数和密度均大于常规轧制板的.低应变速率下拉伸变形后的动态再结晶晶粒尺寸随温度的升高逐渐增加;不同变形条件下铸轧板的晶粒尺寸均小于常规轧制板的;再结晶晶粒尺寸和Z参数呈幂律关系.     

Mg-3Sn-1Mn-1La镁合金热压缩组织演变与应变修正本构方程

通过对铸态Mg-3Sn-1Mn-1La合金在变形温度为200～450℃、应变速率为0.001～1.0s-1条件下进行热压缩实验,研究了其热变形行为和微观组织变化规律.结果表明:随着变形温度的降低和应变速率的升高,流变应力明显增大而再结晶晶粒尺寸减小.在变形温度较低的条件下,连续动态再结晶是主要的再结晶机制.然而,当变形...     

DYNAMIC RECRYSTALLIZATION IN SUPERPLASTIC DEFORMATION OF TiAl BASED ALLOY

１ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＳｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙｏｆＴｉＡｌｂａｓｅｄａｌｏｙｈａｓａｔｔｒａｃｔｅｄｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅａｔｅｎｔｉｏｎ［１－３］．Ｉｔｈａｓｂｅｅｎｆｏｕｎｄｔｈａｔ,ｄｙｎａｍｉｃｒｅｃｒｙｓｔａｌｉｚａｔｉｏｎｉｓ...     

Texture analysis of the transition from slip to grain boundary sliding in a discontinuously recrystallized superplastic aluminum alloy

Texture and microtexture measurements were correlated with mechanical property data for a superplastic 5083 aluminum alloy. Prior processing had included an overaging treatment followed by severe rolling deformation and the as-received material was annealed prior to mechanical testing. Discontinuous recrystallization by particle-stimulated nucleation during the annealing accounts for a predominantly random texture, although a weak {100}<0vw> component was present, as well as a random grain boundary disorientation angle distribution. During elevated temperature deformation under dislocation-creep-controlled conditions, a distinct <111> fiber component and a relatively weak {100}<001> cube orientation, which are mutually compatible during uniaxial tensile extension, became apparent in the texture. Also, low-angle boundaries became evident in the disorientation distribution. In contrast, the random texture component and the randomness of the disorientation distribution became more evident when the material was deformed under conditions of grain boundary sliding control of deformation. A transition from dislocation creep to grain boundary sliding observed in the microtexture measurements of this work may be predicted by treating constitutive equations for dislocation creep and grain boundary sliding in an additive manner.     

冷轧TA5钛合金退火过程的再结晶行为及织构演变

采用电子背散射衍射技术(EBSD)对冷轧及退火态TA5钛合金板材的晶粒尺寸、再结晶及织构进行了表征,并讨论了变形不均匀对再结晶行为及织构演变的影响。结果表明:<0002>//TD取向晶粒比<0002>//ND取向晶粒更容易发生变形,结合hcp结构滑移系统的有限性,共同决定了TA5合金板材冷轧变形具有不均匀性的特点。退火早期再结晶在局部应变大的区域快速形核,且变形量越大,形核数量也越多,再结晶后样品的晶粒尺寸也越小。局部应变大的区域在退火早期以“定向形核”机制快速发生再结晶形核并长大,包括少量剩余的严重变形<0002>//TD取向晶粒;同时,其余应变较低的组织在再结晶形核全过程以“应变诱发晶界迁动形核”机制缓慢形核,这两种机制共同作用导致退火后板材的织构弱化,但仍以冷轧态的基面织构为主。硬度变化曲线可以很好的反映再结晶程度;但受织构影响,不同测试面的硬度值存在显著差异,加载轴与晶体c轴之间的夹角越大,硬度值越小。