铸态ER8钢高温塑性变形行为及热加工图北大核心CSCD

在Gleeble-1500D热力模拟试验机上,以0.001~1 s^(-1)的应变速率和900~1250℃的温度对铸态ER8钢进行了单轴热压缩试验,得到了流动应力曲线,并基于此,建立了热加工图,详细地分析了温度和应变率对材料热加工性能的影响。结果表明:在变形温度为900~1250℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)范围内,铸态ER8钢的流动应力曲线为动态再结晶型曲线,仅当变形温度低于900℃、应变速率高于1 s^(-1)时,流动应力曲线具有明显的动态回复型曲线的特征。结合ER8钢的热加工图分析可知,为了防止高温塑性变形失稳,在锻造时变形温度应大于950℃;当应变为0.20时,应变速率建议小于0.05 s^(-1)。     

铸态27SiMn钢热变形行为及热加工图

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,在应变速率为0.01~10 s-1,变形温度为1000~1150℃条件下对铸态27Si Mn钢进行等温恒应变速率压缩试验。通过真应力-真应变曲线,分析了应变速率和变形温度对流变应力的影响规律,建立了铸态27Si Mn钢热变形时的本构方程和热加工图。结果表明,铸态27Si Mn钢高温变形时的峰值应力随应变速率的增大和变形温度的降低而升高;变形激活能为Q=369.0 k J/mol;热变形失稳区域集中在变形温度1000~1060℃、应变速率为1~10 s-1的区域内;最优热加工条件为变形温度1130~1150℃,应变速率4~10 s-1的区域,此时表现为典型的动态再结晶,对应的峰值效率达到35%。     

16Cr超级马氏体不锈钢的热变形特性

采用Gleeble3800热模拟试验机对16Cr超级马氏体不锈钢进行高温热压缩试验,测得其高温流变应力曲线。通过双曲正弦模型构建了试验钢的热变形本构方程,获得了该钢的热变形表观激活能Q为533.018 k J/mol。根据材料动态模型绘制试验钢热加工图,结合高温变形后显微组织,确定可行热加工工艺参数:变形温度为925~1025℃,应变速率为0.01~0.1 s~(-1);变形温度为1050~1100℃,应变速率为0.1~10 s~(-1)。此时试验钢组织发生了完全动态再结晶,晶粒明显细化,且对应的能量耗散效率较高。     

GH4698高温合金变形中的流变行为及显微组织

在热模拟试验机上进行了高温压缩试验,研究了GH4698高温合金在不同变形温度(950~1200℃)和应变速率(0. 01~10 s^-1)条件下的流变行为,建立了基于流变曲线的本构方程及以动态材料模型为基础的热加工图。借助扫描电镜和背散射电子衍射技术(EBSD)对变形后试样进行组织分析。结果表明:GH4698高温合金流变应力随着变形温度的降低和应变速率的加快而逐渐增加。在变形温度为1000~1200℃、应变速率为0. 01~0. 05 s^-1的热变形条件下,GH4698高温合金具有较佳的热加工行为。在高、低功率耗散率区域中,随着功率耗散率值的增加,动态再结晶百分数均会增加,再结晶平均晶粒尺寸增大,大角度晶界分数增加。     

基于微观机理的电磁铸造35CrMo钢的高温流变本构方程

采用Gleeble-3810热模拟试验机,在变形温度为850~1150℃,应变速率为0.01~10 s-1条件下对电磁铸造35CrMo钢进行等温恒应变速率压缩试验,研究了应变温度、应变速率对35CrMo钢的高温流变应力行为的影响。以应力-位错关系和动态再结晶动力学为基础,分别构建了35CrMo钢临界应变前后的本构方程。结果表明:35CrMo钢的流变应力与应变速率呈正相关,与应变温度则呈负相关;高温低应变速率下的流变应力曲线呈现明显的动态再结晶现象,显微组织分析显示,降低应变温度和提高应变速率能有效细化变形组织晶粒。而Deform-3D有限元模拟表明,构建的本构方程能够准确预测电磁铸造35CrMo钢的高温流变应力。     

新型二次硬化超高强度钢的高温塑性及热加工图

利用Gleeble-3800热模拟试验机研究了一种新型二次硬化超高强度钢M54在850~1 200℃、应变速率为10-2~10s-1条件下的热压缩变形行为,测得了钢的高温流变曲线,并观察变形后的显微组织。实验结果表明,该钢种的流变应力和峰值应变随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小,在真应变为0.9,应变速率为10-2~10s-1的条件下,随着变形速率的提高,其发生完全动态再结晶的温度也随之提高。通过计算可知该钢的热变形激活能为489.712kJ·mol~(-1),并建立了试验钢的热变形方程,并绘制了其热加工图,结合高温变形后的显微组织和热加工图,确定了最优热变形工艺参数为变形温度范围1 050~1 100℃,应变速率为0.1~1s~(-1)。     

退火态42CrMo钢的热变形行为

为了研究退火态42CrMo钢的热变形行为，利用Gleeble3800热模拟试验机进行了单道次热压缩实验，获得了变形温度930～1230℃、应变速率0.001～1 s^-1条件下的高温流变应力曲线。分别应用Arrhenius方程和Yada模型构建了42CrMo钢的高温本构模型和动态再结晶动力学模型，并基于动态材料模型应用不同变形条件下的峰值应力构建了其热加工图。结果表明，在大部分变形条件下，高温流变应力曲线呈典型动态再结晶特征，由于动态再结晶的作用，流变应力随变形温度的升高或应变速率的降低而减小。基于峰值应力构建的42CrMo钢高温本构模型和动态再结晶模型可以用于预测不同变形条件下的流变应力和微观组织演变。此外，根据42CrMo钢的热加工图，最佳热加工工艺参数范围为1100～1230℃、0.01～1 s^-1。     

稀土Ce对Cu-Cr-Zr合金高温变形行为的影响

在Gleeble-1500D热模拟试验机上对Cu-Cr-Zr合金和Cu-Cr-Zr-Ce合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~850℃的高温变形过程中的流变应力行为进行了研究。结果表明:流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的提高而增大。从流变应力、应变速率和温度的相关性,利用逐步回归的方法建立了两种合金的流变应力方程。稀土元素Ce的加入能够细化Cu-Cr-Zr合金晶粒,而且能够促进Cu-Cr-Zr合金的动态再结晶。根据动态材料模型计算并分析了两种合金的热加工图,利用热加工图确定热变形的流变失稳区,并且获得了试验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数,利用热加工图分析了两种合金不同区域的高温变形特征以及组织变化。对比分析后得出稀土元素Ce的加入能够优化Cu-Cr-Zr合金的热加工性能。     

粉末冶金高速钢的热变形行为

在Gleeble-1500D热模拟机上对粉末冶金高速钢进行了变形温度为1000~1150℃、应变速率为0.001~1.0 s-1;最大变形量为60%的等温热模拟压缩变形实验,并对不同变形温度和变形速率下变形试样进行了微观组织变化的观察。结果表明:流变应力和微观组织受变形温度和应变速率的影响显著,流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,且流变应力在经历加工硬化阶段后均表现出加工软化,最后出现稳态流动特征。随着应变速率的减小,局部塑性流动减弱,回复与动态再结晶进行较充分,碳化物分布趋于均匀;随着变形温度的升高,扩散和动态再结晶更容易,发生连续的再结晶,晶粒容易长大粗化。综合考虑材料的微观组织和热加工图,最佳的热加工变形温度为1050~1100℃和应变速率为0.1~0.01 s-1。     

30CrNi3MoV钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机对30CrNi3MoV钢进行单向热压缩试验,研究了其在变形温度950~1150 ℃、应变速率0.01~10 s^-1的热变形行为,构建了应变补偿型流变应力本构方程,并绘制出该钢的热加工图。结果表明,30CrNi3MoV钢真应力-真应变曲线有3种不同特征:高温小应变速率时,表现为典型的动态再结晶过程;低温小应变速率时,曲线为动态回复特征;应变速率较大时,应力随应变的增大而增大,无明显的峰值应力。采用5次多项式拟合构建的应变耦合流变应力本构方程具有高的精确度,采用该方程获得的预测值与试验值的平均相对误差为3.2%,相关性系数R值为0.993。从热加工图中得到试验钢最佳的热加工工艺参数范围是:变形温度为1020~1150 ℃、应变速率为0.03~0.35 s^-1。     

基于摩擦-温度双修正的Maraging250钢热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3800热模拟试验机,通过热压缩试验研究了变形温度900~1200 ℃、应变速率0.001~10.0 s^-1时,Maraging250钢的热变形行为,综合考虑摩擦效应和变形热效应,对流变应力曲线进行摩擦修正和温度修正,建立双修正条件下的Maraging250钢本构方程和热加工图,并针对真应变为1.2的热加工图分析了试验钢在不同变形条件下的微观组织变化。结果表明,在相同试验条件下,变形温度降低或应变速率升高,摩擦效应对试验钢流变应力影响越显著;变形热仅在低温、高应变速率条件下对流变应力有显著影响。由变形热引起的最大温升约80 ℃、流变应力最大变化约20 MPa。利用双修正的流变应力曲线计算出试验钢的热变形激活能为393.552 02 kJ/mol,并建立了Z参数方程和本构方程,绘制了真应变ε=0.4、0.8和1.2的热加工图。结合微观组织分析,Maraging250钢在1000～1125 ℃、0.001～1.0 s^-1范围内能获得均匀细小的动态再结晶组织,具有较佳的热加工性能。     

13Cr超级马氏体不锈钢热压缩变形行为与组织演变

通过Gleeble-3500热模拟试验机对13Cr超级马氏体不锈钢进行单道次压缩变形试验,系统研究变形温度在950~1150 ℃、应变速率为0.001~10 s^-1条件下的热变形行为。利用双曲正弦模型建立了13Cr超级马氏体不锈钢的流变应力本构方程,求得试验钢的热变形激活能为412 kJ/mol,并基于动态材料模型(DMM)理论绘制了材料的热加工图,得出材料的最佳热变形工艺参数窗口为:变形温度1032~1072 ℃,应变速率0.039~0.087 s^-1。组织演变结果表明,试验钢在高变形温度和低应变速率的条件下,容易发生动态再结晶。当应变速率一定时(0.01 s^-1),变形温度从950 ℃升到1050 ℃,动态再结晶的体积分数从18.7%升高到60.1%,组织的再结晶程度提高,晶粒均匀细小;当变形温度一定时(1050 ℃),随着应变速率的降低,动态再结晶的晶粒长大粗化。     

X12CrMoWVNbN钢的热变形行为及热加工图

利用Gleeble3180热模拟试验机,在变形温度为950~1100 ℃,应变速率为0.001~1 s^-1,真应变为0.7的条件下,对X12CrMoWVNbN钢进行了高温单向热压缩试验。通过不同条件下的高温流变曲线分析了变形温度和应变速率对试验钢热变形力学行为的影响。以Arrhenius方程为本构模型,建立了能够预测该钢流动应力的本构方程。基于动态材料模型和试验参数、结果,绘制了该钢不同应变量下的热加工图并结合图进行了组织分析。结果表明,流变峰值应力和稳态应力随温度降低或应变速率升高而升高;功率耗散系数随应变速率降低和变形温度的升高而增大;最优热加工区域功率耗散系数η的值都在0.4以上,且这些区域的变形组织晶粒均匀细小;0.3、0.4、0.5和0.6应变下的最优热加工区域都处于变形温度1050~1100 ℃、应变速率0.001~0.003 s^-1的范围。     

核电阀门用不锈钢热变形行为研究及应用北大核心CSCD

针对大型特厚F316H不锈钢阀门锻件易出现粗晶、混晶和探伤无底波等难题,对其高温下的流变行为进行了研究,以探索最佳的热加工变形工艺参数来指导实际生产应用。采用Gleeble-1500D热模拟试验机,在应变速率为0.001~1 s^(-1)、变形温度为950~1250℃条件下开展了热压缩变形试验。基于Arrhenius模型,建立了高温流变应力本构方程,并计算得到热变形激活能为393.857 kJ·mol^(-1)。基于DMM动态材料模型,建立了应变量为0.8的热加工图,在变形温度为1100~1150℃、应变速率为0.005~0.01 s^(-1)时,功率耗散因子达到峰值,结合微观金相分析,该变形条件下晶粒发生了充分的动态再结晶,可作为热加工的主加工区域。结合热加工图,设计了核电不锈钢阀体锻件(规格为12寸)的锻造工艺,并经生产验证得到了晶粒度、无损探伤和力学性能优异的锻件。     

65Mn钢的动态再结晶行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机对65Mn钢进行热压缩试验,变形温度850~1150℃、应变速率0.02~20 s~(-1),最大真应变1.0,研究材料在上述试验条件下的动态再结晶行为,以及变形条件对再结晶晶粒尺寸的影响。结果表明:试验钢的真应力-真应变曲线在高温、低应变速率条件下出现明显峰值,随着温度的升高和应变速率的降低,临界应变变小,有利于动态再结晶发生;奥氏体再结晶晶粒尺寸与变形参数相关,应变速率降低,再结晶晶粒尺寸增大;变形温度降低,有利于再结晶晶粒尺寸细化。     

基于热加工图的20MND5钢的高温热变形行为

在Gleeble-3800热模拟试验机上通过高温等温压缩试验研究了20MND5钢在应变速率为0.001~10 s~(~(-1))、变形温度为950~1150℃的热变形行为及组织转变,研究了变形工艺对20MND5钢的热变形流动应力的影响规律,建立了其热变形本构方程。结果表明:在应变速率为0.001~0.1 s~(-1)时,20MND5钢的高温流变应力主要以动态再结晶软化机制为特征。在应变速率为1.0~10 s~(-1)时,真应力随应变量的增大而增大,但当应变速率为1.0 s~(~(-1)),变形温度达到1150℃时,发生明显的动态再结晶。综合考虑应变速率和变形温度对材料组织性能的影响,建立了基于本构方程的20MND5钢的热加工图,并确定了该钢的热变形流变失稳区及热变形过程的最佳工艺参数。分析讨论了不同区域的20MND5钢的高温变形特征,确定了20MND5钢在低温、中温及高温变形时,宜控制的应变速率及其应变量。     

LZ50钢的热变形行为及热加工图

利用Gleeble-3500D热模拟试验机,在变形温度为870~1170℃,应变速率为0.05~3 s-1,最大变形量为60%的条件下,对LZ50钢进行等温恒应变速率的热压缩实验,研究应变速率和变形温度对流变应力的影响,建立LZ50钢热变形时的本构方程和热加工图。结果表明:LZ50钢的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小,其动态再结晶型流变应力曲线可表述为加工硬化、过渡、软化和稳态流变4个阶段;热变形激活能为304.265 k J/mol,根据双曲正弦方程建立包含Z参数的峰值流变应力本构方程;将LZ50钢的热加工图与快锻液压机的技术参数及通过Deform模拟获得的优化工艺参数相结合可得,当压下量为15%~20%,在开始锻造的高温阶段1050~1150℃,可采用较高的应变速率0.5~3 s-1,随着锻件温度降低至870~1050℃,应适当降低应变速率至0.5~1.5 s-1以避开失稳区,整个变形过程的微观组织演变机制为动态回复。     

高铝高强钢动态再结晶行为研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对高铝高强钢在变形速率为0. 01～10 s-1、变形温度为925～1225℃的热变形条件下进行压缩试验,以真应力-应变曲线为基础数据研究其高温再结晶行为。通过对晶粒尺寸的统计来探究热变形条件对热变形后晶粒尺寸的影响。通过处理加工硬化率-应力曲线,标定数据中能揭示动态再结晶演变过程的3个特征点,即临界应变、峰值应变及最大软化速率应变。引入表征晶体动力学的双曲正弦模型,通过线性回归求解得到动态再结晶激活能Q,建立流变应力本构方程,并引入Z参数作为预测发生再结晶程度的依据。结果表明:高铝高强钢热加工过程是加工硬化和再结晶软化共同作用的。在发生再结晶条件范围内,Z值越小,发生动态再结晶的程度越大。     

40Cr钢热变形行为及热加工图

为研究40Cr钢的热变形行为和热加工性能，在Gleeble1500型热模拟试验机上对40Cr钢进行了不同参数下的等温热压缩试验，建立了包含再结晶特征的40Cr钢高温流变应力模型，并绘制了其热加工图。结果表明，所建立的流动应力模型能够很好地预测40Cr钢不同热变形条件下的应力-应变曲线。观察了不同变形条件下热压缩试样的微观组织，发现失稳区域为不完全动态再结晶的“项链”组织，非失稳区域中耗散值较小区域和较大区域分别为平均晶粒尺寸为128.2和20.4μm的动态再结晶组织，验证了热加工图的可靠性。结合微观组织观察和热加工图分析，可以确定40Cr钢的最佳热加工区域为温度1050～1150℃、应变速率1～10 s^-1。     

一种新型高锰耐磨钢的热加工分析

采用热模拟试验机Gleeble 3500对一种新型高锰耐磨钢进行热压缩,得到了流动应力曲线。基于流变曲线构建热加工图,并进行了金相分析。结果表明:在试验参数范围内,高温低速条件下的功率耗散因子值较大;在真实应变为0.6时,在变形温度T=1050~1200℃和应变速率ε觶=0.001~0.1s-1构成的区域内将发生完全动态再结晶,晶粒细小且均匀;在试验参数范围内热加工时,失稳区出现在低温高应变速率和高温高应变速率两个区域。