考虑高温再结晶Ti-6Al-4V合金的修正J-C本构模型

为了研究Ti-6Al-4V合金在高速切削下的真实流动应力-应变关系,针对当温度达到临界变化温度时,材料的流动应力会突然下降这一现象,建立了一种修正Johnson-Cook（J-C）本构方程。修正的J-C本构关系能够准确地描述加工温度范围内再结晶软化机制对材料流动应力的影响,预测结果与试验数据吻合良好,特别是在高温阶段,流动应力计算值与试验值误差在4%以内,正确地反映了Ti-6Al-4V合金各个温度下的真实流动应力变化。结果表明,修正后的J-C本构方程可以用于研究分析Ti-6Al-4V合金的流动应力特征与规律。     

Ti-6Al-4V钛合金热拉伸变形行为与本构方程

在变形温度600℃⁸00℃、应变速率0.01s-1800℃、应变速率0.01s-1⁰.33s-1条件下进行热态单向拉伸试验,研究Ti-6Al-4V钛合金的变形行为,以及变形性能与变形温度、应变速率之间的关系。结果表明,Ti-6Al-4V钛合金在变形过程中呈现两种变形特征,即稳态形与软化形,且随着变形温度的升高、应变速率的降低,流动应力降低,而延伸率则升高;基于Hooke定律和Grosman方程建立的Ti-6Al-4V钛合金热态成形本构方程,在整个变形区间内可以很好的表征材料的变形行为。     

应用智能方法建立Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V合金的本构关系(英文)

利用Thermecmastor-Z热模拟机进行Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金在不同工艺参数(变形温度800,850,900,1000,1050°C,应变速率0.01,0.1,1,10s-1)条件下的热模拟压缩试验,研究变形温度和应变速率对Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金流变应力的影响。以试验数据为基础,应用BP神经网络算法原理,建立该合金的高温流动应力与变形温度、应变和应变速率对应关系的高温本构关系预测模型。结果表明,运用神经网络方法建立的Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金本构关系模型具有较高的预测精度,与试验结果吻合良好。此外,运用Visual Basic可视化编程语言设计并开发了具有神经网络功能的用户界面。     

粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金高温变形本构模型

研究了粉末冶金方法制备的Ti-22Al-25Nb合金在变形温度940～1060℃和应变速率0.001～1.0 s~(-1)下的热变形行为。采用双曲正弦函数Arrhenius建立了该合金在高温变形条件下的本构方程。通过六次多项式拟合,将应变量耦合到建立的高温本构方程中,构建了带有应变耦合的本构方程。结果表明:Ti-22Al-25Nb合金的流变应力随着应变速率的增加而增大,随温度的升高而减小,同时出现不连续屈服现象。采用六次多项式拟合得到α、n、Q、ln A的应变耦合函数,建立修正的双曲正弦型Arrhenius方程。该方程预测应力精度达到97.6%。     

喷射成形CPM9V高速钢流变本构模型的建立

采用Gleeble-3500热模拟试验机在变形温度970~1180℃和应变速率0.01~10 s~(-1)下对喷射成形CPM9V高速钢进行了热压缩变形行为研究。基于Arrhenius双曲正弦模型,建立了喷射成形CPM9V高速钢的本构方程,并对本构方程中材料参数进行了修正。通过修正的本构方程预测了喷射成形的CPM9V高速钢的流动应力。结果表明:在热变形过程中出现动态再结晶和动态回复,流变应力随应变速率增大而增大,随温度增大而减小。本构模型的预测值和试验值吻合较好,且相关系数R=0.9976,平均相对误差绝对值为3.157%。     

置氢Ti-6Al-4V钛合金的热压缩变形行为研究

通过热模拟压缩实验,研究了氢对Ti-6Al-4V钛合金热变形行为的影响。结果表明,置氢可以显著降低Ti-6Al-4V钛合金高温压缩时的流动应力,提高Ti-6Al-4V钛合金的热加工变形速率一个数量级以上,并且明显降低了Ti-6Al-4V钛合金的变形温度。在变形温度760℃~800℃范围内,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小;在变形温度840℃~920℃范围内,置氢量0.2wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小。同时,置氢前后Ti-6Al-4V钛合金的变形激活能计算结果表明,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金在α+β两相区的变形激活能为208.3kJ/mol,与未置氢Ti-6Al-4V钛合金相比降低了316kJ/mol。     

Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金的热变形行为及本构方程的建立

通过热模拟压缩试验研究了Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金在变形温度950~1100 ℃,变形速率0.001~1 s^-1,最大变形程度50%条件下的热变形行为。结果表明：Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金的流变应力对热变形工艺参数（变形温度和变形速率）的敏感性较高,其真应力-真应变曲线具有峰值应力、应变软化和稳态流动特征。采用Arrhenius双曲正弦函数和多元回归处理法确定了合金在试验条件下的应力指数n、变形激活能Q等材料参数,建立了Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金高温变形本构关系模型。     

新型Ti-V-Mo系钛合金热变形行为及热加工图研究

通过高温热压缩试验研究Ti-555钛合金热变形过程中变形温度、应变速率对流变应力的影响,采用Arrhenius双曲正弦函数模型推导出Ti-555本构方程,并依据动态材料模型建立了ε=0.6时的热加工图。结果表明,Ti-555钛合金流变应力对应变速率和变形温度较为敏感,热变形时随变形温度的升高或应变速率的降低,流变应力下降。根据热加工图确定了2个热加工安全区参数为:(1)变形温度为850～950℃、应变速率为0.6～10 s-1;(2)变形温度为950～1150℃、应变速率为0.36～0.9 s-1。     

TB6钛合金热变形行为及本构模型研究

研究材料的热变形行为及建立其本构模型是进行材料加工与模拟的基础。通过对TB6钛合金热变形行为分析,表明流变应力受应变速率的影响较显著,而变形温度对流变应力的影响程度与应变速率的大小有关。采用Arrhenius型双曲正弦方程建立了TB6钛合金流变应力本构模型。研究变形条件对TB6钛合金流变应力的影响。结果表明,可通过控制应变速率和变形激活能来控制热加工的应力水平和力能参数,为TB6钛合金塑性加工过程控制和模拟提供前提条件。     

钛合金动态本构关系的研究及应用

经典的Johnson-Cook本构模型不能很好地描述钛合金在高应变率下的力学性能。作者引入S型曲线定量描述β与ε·之间的关系,对经典Johnson-Cook本构模型进行了修正,并采用遗传算法快速确定本构关系中的各个待定参数。最后以Ti-6Al-4V合金为例,采用应力增量法作出不同应变率、不同温度下的真应力-真应变曲线。数值模拟结果与文献中的实验数据吻合得很好,表明修正的Johnson-Cook模型能够很好地描述Ti-6Al-4V合金在任意应变率、任意温度下的力学行为,这对预测材料在高应变率和高温下的力学行为具有重要工程意义。     

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。     

石油管用Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金高温流变行为及预测模型研究

通过使用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温单轴压缩试验,研究了Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金在温度800到1100℃,应变速率0.01到10 s-1条件下的高温流变行为。结果表明,Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金的峰值应力随着变形温度的降低以及变形速率的增大而增大,软化机制在950℃以下为动态回复,在950℃以上为动态再结晶。通过使用线性回归的方法建立了Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金的Arrhenius本构模型,计算得到该合金的热激活能为720.477 kJ/mol,应变速率敏感指数为4.809。通过引入应变对材料常数α、n、A和Q的影响,建立了考虑应变的流变应力预测模型,通过对试验值和预测值的比对,相关系数达到96.9%,说明该模型具有较好的预测精度。     

马氏体TiAl合金的热变形行为

为研究马氏体TiAl合金的热变形行为,对Ti-42.1Al-8.3V合金进行1320 ℃油淬,得到马氏体,然后利用Gleeble-1500D热模拟试验机研究了马氏体在变形温度为1000~1150 ℃、应变速率为0.001~1 s^-1下的热变形行为。利用背散射电子成像(BSE)和背散射衍射(EBSD)研究了热变形参数对TiAl合金显微组织的影响,通过分析真应力-真应变曲线,结合双曲正弦方程建立了本构方程。结果表明,马氏体TiAl合金的流变应力曲线符合动态再结晶特征,峰值应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大;通过计算得到n为2.175,变形激活能Q为595.79 kJ/mol,并构建了马氏体TiAl合金的本构方程;在热变形后,TiAl合金中近等边三角形排布的马氏体转变成α₂/γ片层结构。随着变形温度的升高和应变速率的减小,α₂/γ片层逐步被再结晶晶粒替代,最后在变形温度为1100 ℃、应变速率为0.001 s^-1条件下全部转化为等轴晶。另外,随着应变速率的降低和变形温度的升高,晶粒充分长大,逐渐粗化。     

挤压态MB350镁合金的高温拉伸变形行为

研究了热挤压态Mg-3Al-3Zn-1Ti-0.6RE镁合金的高温拉伸变形行为和微观组织演变,分析了该合金在温度为623K-723K,应变速率为1x10-4s-1-1x10-2s-1条件下的流变应力随温度和应变速率的变化,归纳了温度、应变速率与流变应力的关系。研究结果表明：温度和应变速率是影响流变应力的主要因素,在变形过程中,流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。在本实验条件下,该合金的变形本构方程可用双曲正弦函数 来描述,应力指数n=3.286,激活能Q=238kJ/mol,表明该合金的高温塑性变形机制主要是位错滑移和攀移。     

Hot deformation behaviors of Fe-microalloyed Ti-6Al-4V based on experiments and calculations

Our previous results have shown that comprehensive mechanical properties of titanium alloys can be effectively improved by addition of Fe[1]. We systematically investigate hot deformation behaviors of Ti-6Al-4V-0.35Fe in this study, which is significant to improve plastic deformation ability of titanium alloys. In experiment, we use a Gleeble 3800 thermo-mechanical simulator to obtain the relationship between thermomechanical parameters and flow stress in a range of temperatures (800-950 °C) and strain rates (0.001-10 s-1). The single-peak profiles of the flow curves indicate that dynamic recrystallization (DRX) mechanism dominates the deformation. TEM analysis indicate that the grain size in DRX changes under different deformation temperatures, and finer grains are formed at relatively lower temperature due to the dynamic globularization. The dislocation walls are formed in subgrain boundaries due to dislocation slipping-climbing. The Avrami-type DRX model and the strain compensated multivariable regression model have been applied to fit the experimental stress-strain data during hot deformation. A comparative study between these two types of constitutive models is conducted to represent the flow behavior. It is found that both models have good accuracy in predicting the flow stress of Ti-6Al-4V-0.35Fe alloy. A processing map based on dynamic material model (DMM) at the strain of 0.8 (steady-state flow stage) has been established to identify the flow instability regions and stability regions. The strain rate range of stability region is 0.001-0.6s-1 which has been expanded compared to the range of 0.0003-0.1s-1 of Ti-6Al-4V. Optimal hot working parameters are confirmed to be 920-950 °C and 0.001-0.005 s-1, and nearly complete DRX has taken place. Our results indicate that hot working property of Fe-microalloyed Ti-6Al-4V is better than that of Ti-6Al-4V alloy in 800-950 °C temperature scale, and processing cost has been decreased.     

TiAl基合金的高温塑性变形行为

采用Gleeble-1500热模拟机在变形温度为1 000～1 150 ℃、应变速率为10~(-3)～10~0 s~(-1)的变形条件下,研究Ti-47Al-2Cr-0.2Mo(摩尔分数,%)合金的热变形行为.利用光学显微镜和扫描电子显微镜分析合金在不同变形条件下的组织演化规律.结果表明:流变应力随着应变速率提高和变形温度降低而增大;在变形过程中,流变应力随着变形量增大而增大,当流变应力达到峰值后趋于平稳,表明合金在变形过程中发生了动态再结晶;热变形过程的流变应力可采用双曲正弦本构关系来描述,平均激活能为337.75 kJ/mol;从合金的组织演化过程中可以看出,合金中不均匀的原始组织得到明显均匀化,变形后的组织是由α_2/γ层片晶团和γ晶粒组成的双态组织,在α_2/γ层片晶团和γ晶粒的晶界交界处发现分布均匀的B_2相,并且随着变形温度升高B_2相数量逐渐减少.     

Ti-22Al-26Nb合金热变形本构方程建立及软化行为研究

作为最具潜力的航空航天高温结构材料,Ti2AlNb基合金具有高的比强度和良好的高温蠕变性能。本文对热轧态Ti-22Al-26Nb合金高温变形中的力学行为和再结晶行为进行研究,建立其高温本构关系模型,对其中呈现出的动态再结晶多应力峰值曲线特征（以1000℃,0.1s-1为例）进行拟合分析。结果表明：基于双曲正弦函数建立Ti-22Al-26Nb合金的高温本构关系模型的精度较高,最大误差为2.6%,可以很好地描述合金在高温变形时各热力学参数之间高度非线性的复杂关系,由修正的Avrami方程预测得知再结晶体积分数与应变呈现典型的再结晶动力学增长趋势,揭示了该合金高温变形过程中复杂的软化行为。     

Ti-3.0Al-3.7Cr-2.0Fe低成本钛合金的热压缩变形行为

为研究钛合金的热压缩变形过程中流变应力、显微组织等随变形条件的变化,对自行研制的Ti-3.0Al-3.7Cr-2.0Fe低成本钛合金在Gleeble 1500D热模拟实验机上进行高温压缩变形实验。对d 8 mm×12 mm的试样进行等温压缩变形实验,研究该合金在变形量为30%、50%和70%(对应真应变为1.2)、变形温度为800~950℃、应变速率为0.01~10 s 1条件下的变形行为、流变应力的变化规律以及变形条件对显微组织的影响。结果表明:该合金流变应力受变形温度和应变速率影响显著,流变峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低。采用Arrhenius双曲正弦模型确定该合金在本实验条件下的变形激活能Q=214.22 kJ/mol和应力指数n=3.81,并根据得到的参数建立相应的热变形本构关系为=6.91×108[sinh(0.011σ)]3.81exp[214 220/(RT)]。通过显微组织观察发现,在950℃、变形速率≥0.1 s 1时,发生再结晶现象,且随着变形速率的增加,再结晶现象越明显。