奥氏体不锈钢的热压缩本构方程及动态再结晶行为

利用Gleeble热力模拟试验机研究了304奥氏体不锈钢在变形温度950～1 150℃、应变速率0.05～1 s^-1条件下的热压缩行为,根据真应力-真应变曲线,基于Arrhenius模型构建其在高温下的本构方程,并建立热加工图;基于试验数据建立动态再结晶模型,采用Deform软件对该钢的再结晶行为进行模拟,并进行试验验证。结果表明：随着应变速率的增大或变形温度的降低,不锈钢的流变应力增大;在变形温度1 080～1 120℃、应变速率0.05～0.2 s^-1和变形温度1 120～1 150℃、应变速率0.5～1 s^-1下,该钢具有良好的热加工性能;模拟得到在变形温度1 000℃、应变速率0.05 s^-1和变形温度1 100℃、应变速率0.05 s^-1下,试样心部再结晶晶粒体积分数和尺寸与试验结果间的相对误差小于7.62%,验证动态再结晶模型的准确性。     

新型高强轴承钢的热压缩变形行为与热加工图

以自行开发的贝氏体轴承钢为研究对象，采用热模拟试验机在变形温度900～1 200℃、应变速率0.01～5 s^-1条件下进行单道次热压缩试验，研究了该钢的热压缩变形行为，基于真应力、真应变数据，建立热变形本构方程，并绘制热加工图。结果表明：当变形温度不低于1 000℃、应变速率低于0.1 s^-1时，试验钢在热压缩过程中的动态再结晶较明显。在相同应变速率下，变形温度越高，峰值应力越小，到达峰值应力的真应变也越小；在相同变形温度下，应变速率越大，峰值应力越大，达到峰值应力的真应变也越大。试验钢的变形激活能为479.119 kJ·mol^-1,明显大于传统GCr15马氏体轴承钢，说明在相同变形温度下试验钢更难以变形。试验钢适宜的热加工区间为变形温度900～1 100℃、应变速率1.4～2 s^-1。     

Fe-1.3C-5Cr-0.4Mo-0.4V超高碳钢的热变形行为与再结晶组织研究

采用Gleeble-3500热模拟机对Fe-1.3C-5Cr-0.4Mo-0.4V超高碳钢在温度为950～1 150℃,变速率为0.01～5s-1,变形量为40%条件下进行热压缩模拟试验。研究Fe-1.3C-5Cr-0.4Mo-0.4V超高碳钢在热压缩过程中变形温度和应变速率对超高碳钢真应力-应变曲线,以及对再结晶组织演变的影响规律,并构建出超高碳钢本构方程。结果表明,在升高变形温度和降低应变速率的情况下,超高碳钢更容易发生再结晶。在应变速率一定时,流变应力随着温度的升高而降低;在温度一定时,流变应力随应变速率的减小而降低。通过流变应力曲线获得本构方程,能够准确地描述超高碳钢的流变行为,同时获得超高碳钢的激活能为Q=729.37kJ/mol。在微观组织方面,变形温度为1 050℃时,应变速率由0.01s^-1增加到5s^-1时,晶粒尺寸降幅5.21μm。因此,超高碳钢应该在温度为1 000～1 050℃和应变速率在1～5s^-1下进行热变形。     

Fe-0.2C-7Mn中锰钢的单道次热压缩变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对Fe-0.2C-7Mn中锰钢进行单道次等温压缩试验,研究了该钢在不同变形温度(950～1 150℃)和应变速率(0.001～1 s^-1)下的热变形行为,通过计算应变速率敏感指数、功率耗散效率以及失稳参数建立该钢的热加工图,并获得最佳的热加工工艺窗口。结果表明：随着应变速率的增加和变形温度的降低,该钢的流变应力增大;高变形温度和低应变速率有利于动态再结晶的发生,动态再结晶程度的差异会对应变速率敏感指数产生很大的影响;不同真应变下的失稳区均出现在高温高应变速率区域,并且基本与功率耗散图中的低功率耗散效率区域重合。试验钢的最佳热加工工艺窗口为变形温度975～1 100℃、应变速率0.006～1 s^-1。     

应变速率对铸态低镍奥氏体不锈钢热塑性的影响

通过高温拉伸试验研究了应变速率对Cr15Mn9Cu2NiN和Cr17Mn6Ni4Cu2N两种铸态奥氏体不锈钢热塑性的影响。结果表明:Cr15Mn9Cu2NiN钢的显微组织为单一奥氏体,而Cr17Mn6Ni4Cu2N钢中有残留δ铁素体分布在奥氏体晶界和晶粒内部;将应变速率由0.1s-1升高至10s-1后,变形时奥氏体晶界处增加的应力集中的作用与减少晶界滑移的作用相抵消,因此对Cr15Mn9Cu2NiN钢的热塑性无明显影响;但Cr17Mn6Ni4Cu2N钢的显微组织中存在较多的奥氏体/铁素体相界,这些相界在高应变速率时会变成位错源迅速产生大量的位错,从而提高奥氏体和铁素体强度,降低铁素体处的应力集中作用,使其断面收缩率提高10%以上。     

18CrNiMo7-6齿轮钢的热压缩变形行为及显微组织演变

采用热模拟方法研究了18CrNiMo7-6齿轮钢在变形温度900～1 150℃、应变速率0.01～5 s^-1条件下的热压缩变形行为;建立了基于Arrhenius模型的全应变本构方程,采用该方程对流变应力曲线进行预测;根据动态材料模型绘制热加工图,并结合热加工图系统地研究显微组织演变特征。结果表明：试验钢的峰值应力随应变速率的增加或变形温度的降低而增大,动态回复和动态再结晶是热变形过程中的主要软化机制;采用建立的全应变本构方程预测得到流变应力曲线与试验结果基本吻合,预测真应力与试验结果的相对误差小于4.715%,说明该模型可以精确地模拟18CrNiMo7-6齿轮钢的热压缩变形行为。试验钢的适合热加工工艺参数为变形温度1 050～1 150℃、应变速率0.1～1 s^-1,此时组织为均匀细小的再结晶晶粒,晶粒尺寸在5～15μm。随着变形温度的升高或应变速率的降低,原始奥氏体晶粒不断被动态再结晶晶粒取代,且动态再结晶程度和再结晶晶粒尺寸增大。     

核电厂反应堆压力容器O型密封管用GH4169合金的热加工性能及组织演变

利用Gleeble-3500热模拟试验机,研究了高温合金GH4169在温度1 000～1 150℃,应变速率0.01～10 s^-1变形参数下的热加工性能及组织演变规律。获得了合金的真应力-真应变曲线,随后构建了Arrhenius本构方程、加工图与热变形机理图。结果表明,增加应变速率或降低变形温度会导致变形抗力增大,其中1 000℃下的变形抗力可达到400 MPa。合金在峰值应变与稳态应变下的热变形激活能分别为436.469 6,399.20 kJ/mol;失稳加工窗口出现在3～10 s^-1的高应变速率区;而经1 025～1 075℃,0.05～0.6 s^-1变形后,出现晶粒尺寸为10μm的完全动态再结晶组织,因此该参数区间可作为GH4169合金的最佳热加工窗口。     

Fe-10Mn-2Al-0.1C中锰钢的本构模型与热加工图

使用Gleeble-1500型热机械模拟机在变形温度900～1 100℃、应变速率0.01～10 s^-1下对Fe-10Mn-2Al-0.1C(质量分数/%)中锰钢进行热压缩试验,根据试验数据,采用应变补偿法建立试验钢Zener-Hollomon本构模型并进行了试验验证;基于动态材料模型(DMM)建立试验钢在真应变0.2,0.4,0.6,0.8下的热加工图。结果表明:由建立的本构模型预测得到的流动应力与实测应力的相关系数为0.987,说明该模型可用来描述试验钢的热变形行为;由本构模型计算得到当真应变从0.1增加到0.8时,试验钢的热变形激活能从476 kJ·mol^-1降低到342 kJ·mol^-1;根据热加工图确定试验钢的最佳热加工工艺条件为变形温度900～940℃、应变速率0.01～0.03 s^-1和变形温度1 070～1 100℃、应变速率0.1～0.56 s^-1,该条件下的功率耗散效率在32%～38%。     

40CrNi2MoE钢的高温塑性变形特征

采用Gleeble-3800型热力模拟试验机,在温度为1 123~1 423K、应变速率为0.01~10 s-1的条件下,对40Cr Ni2Mo E钢进行了高温轴向单道次压缩变形试验,根据压缩试验结果绘制了高温塑性流变曲线,并观察了变形后的显微组织。结果表明:该钢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0.01~10 s-1的条件下,随着应变速率的提高,其发生完全动态再结晶的温度也逐渐升高;当应变速率为10 s-1,变形温度高于1 323 K时,该钢才会发生完全动态再结晶;计算得到40Cr Ni2Mo E钢的热变形激活能为333.726 k J·mol-1,并建立了该钢动态再结晶条件下峰值应变与Zener-Hollomon因子的定量关系以及高温塑性变形本构方程。     

Cr9Mo高合金钢的热流变应力本构方程

采用Gleeble-1500D型热模拟试验机对Cr9Mo高合金钢进行热压缩变形,研究了该钢在温度1 173~1 473 K和应变速率10-3~1 s-1条件下的热塑性变形行为;并基于经典的应力-位错关系和动态再结晶动力学理论,分别建立了Cr9Mo钢的加工硬化-动态回复和动态再结晶两阶段的流变应力本构方程。结果表明:所建立的两个阶段的流变应力本构方程与试验曲线吻合较好,可以用该方程来预测Cr9Mo钢的高温流变行为。     

4Cr5MoSiV1热作模具钢的热变形行为与热加工图

利用Gleeble-3500型热模拟试验机对4Cr5MoSiV1热作模具钢进行单道次等温压缩试验,研究了其在变形温度750～1050℃,应变速率0.001～0.1 s-1条件下的热变形行为,并观察变形后的显微组织;根据试验得到的真应力-真应变曲线,构建了0.3真应变下的Arrhenius高温本构模型,并在动态材料模型基...     

铸态42CrMo钢热压缩变形时的动态再结晶行为

基于Gleeble-1500型热模拟试验机进行热压缩试验,通过对试验数据进行线性回归分析推导出了铸态42CrMo钢热压缩变形的本构方程,同时探讨了热压缩变形参数对显微组织的影响。结果表明:在相同的变形温度(850～1 150℃)下,该钢变形后的显微组织随着应变速率的增大逐渐变细,在5s-1时达到最细;在相同的应变速率(0.1～5s-1)下,显微组织随着变形温度的升高逐渐变细后再粗化,在1 050℃时马氏体板条最细;在相同的应变速率(1～5s-1)和变形温度(900～1 050℃)下,随着变形量的增加,再结晶晶粒尺寸均得到了显著细化;在温度为1 050℃、应变速率为5s-1、应变为0.6时热压缩后晶粒的细化效果最为显著。     

22MnB5热变形行为研究及本构方程建立

以22MnB5为实验材料,在500~950℃范围内和应变速率为0.01s-1、0.1s-1、1s-1的实验条件下,采用热模拟机Gleeble-1500对硼钢进行热拉伸实验,研究了不同变形条件下硼钢的热流变行为;对拉断后的试样断面进行组织分析,阐述了不同变形条件下硼钢的组织对热流变行为变化的影响。研究表明：硼钢的热变形行为属于典型的动态回复型,其流动应力随着温度的升高而减小,随着应变速率的增大而增大,且温度对流动应力的影响更显著;在500℃、应变速率0.01s-1的条件下,硼钢高温下的热力学行为与上述规律有所差别,其流变应力高于高应变速率下的流变应力。最后根据高温拉伸实验所得数据,构建了22MnB5热变形的本构方程,以此来描述硼钢高温下的热流变行为。     

316LN不锈钢低速率应变下的热变形行为

目前, 对316LN不锈钢在低速率应变下的热变形行为研究很少. 本文选用工业316LN不锈钢, 通过Gleeble-3800热模拟试验机进行了600-1 100 ℃温度下, 应变速率为3×10-3 s-1的热压缩试验, 得到了真应力-应变曲线. 通过分析真应力-应变曲线和试样的微观组织, 得到了如下结论: 1 000 ℃和稍高温度是适于低速率应变下316LN不锈钢加工的温度.     

Al-1.04Mg-0.85Si-0.01Cu铝合金的热压缩变形行为

采用Gleeble-1500型热模拟试验机对Al-1.04Mg-0.85Si-0.01Cu铝合金进行热压缩试验,研究了其在300～500℃和0.001～1.0s-1应变速率下的热变形行为,并利用光学显微镜分析了其不同条件变形后的显微组织。结果表明:该合金的热变形行为可用双曲正弦形式的本构方程来描述;应变速率小于1.0s-1时,随温度升高和应变速率增加,合金的变形激活能提高,应变速率为1.0s-1时,变形激活能有所下降;计算得到该合金的热变形激活能为193.029kJ·mol-1,低于6061合金的变形激活能;该合金的热加工性能优良。     

一种铁素体钢热变形流变应力行为

利用Gleeble热力模拟试验机在温度为1 123～1 473 K和应变速率为0.001～0.1 s-1的条件下对试验钢进行了热压缩变形试验,测定了其真应力-应变曲线,试验结果表明:试验钢在热压缩变形过程中发生了明显的动态再结晶,流变应力随变形温度的降低和应变速率的提高而增大。通过线性回归分析确定了试验钢的流变应力本构方程。     

10B06冷镦钢连铸坯的热压缩流变行为

利用MMS-200型热力模拟试验机研究了10B06冷镦钢连铸坯在750～1 100℃、应变速率为0.01～20s-1条件下的热压缩流变行为,并且通过线性回归确定了该钢的应变硬化指数以及热激活能,获得了其在变形条件下的流变应力本构方程。结果表明:该钢在热压缩变形时的流变软化行为是动态再结晶、动态回复与加工硬化联合作用的结果;当变形温度较低、应变速率较小时,软化效应以动态再结晶为主;而当变形温度较高、应变速率较大时,软化效应是动态再结晶和动态回复共同作用的结果;该钢的流变应力可采用Zener-Hollomon参数的函数来描述,其热激活能为220.132 3kJ.mol-1。     

热冲压硼钢B1500HS高温本构方程的研究

硼钢的高温本构方程是热冲压数值模拟不可缺少的数学模型,它反映了流动应力与应变、应变速度以及温度之间的依赖关系。为了研究热冲压硼钢B1500HS高温时的流变力学行为,采用Gleeble 1500D热模拟试验机,在600～900℃温度区间,分别以0.01 s–1、0.1 s–1、1.0 s–1、10 s–1的应变速度对硼钢B1500HS试样进行等温单向拉伸试验,计算得到各相应测试条件下的正应力—应变曲线。采用包含变形激活能和变形温度的双曲正弦形式修正的Arrhenius关系来描述硼钢奥氏体组织的热激活变形行为。通过对试验数据进行拟合回归分析,得到与应变量相关的各材料参数,以及与应变速度、变形温度相关的流变应力关系式。试验结果显示,流动应力随着变形温度的降低而增大,随着形变速度的升高而增大。计算结果表明:流变应力关系式的计算结果与试验数据的吻合度较好。     

AerMet100钢热压缩过程流变应力模型

用Gleeble-1500D型试验机研究了AerMet100钢热压缩变形过程流变应力的演变规律.结果表明:流变应力随变形温度的提高而降低,随应变速率和变形量的提高而增加.基于三因子的二次正交回归设计分析方法,建立了流变应力随变形量、应变速率和温度变化的数学模型并对流变应力进行了预测.该模型预测结果与实测结果基本吻合.     

GH4169合金不同热变形条件下的流变应力研究

在Gleeble－3500型热加工模拟试验机上进行了GH4169镍基合金的高温压缩试验,变形温度为980℃～1100℃、应变速率为0,01s^-1、0,1s^-1、1s^-1、10s^-1,变形程度为50％。通过绘制真应力一真应变曲线,研究了GH4169镍基高温合金高温下的流变应力行为。结果表明：GH4169是应变速率和变形温度敏感型材料,变形温度升高和应变速率减小使流变应力显著减小;在变形的初始阶段,流变应力迅速增加,在到达峰值后,随着应变的增加,流变应力逐渐下降,并趋于一稳定值。采用简化后的双曲正弦模型Arrhenius方程,建立了GH4169高温条件下的本构方程,运用该方程计算出的峰值应力与试验测量值相比,拟合度达到了95.95％。