15CrMoG耐热钢高温变形行为及Arrhenius本构模型

采用Gleeble-3500热模拟试验机对15CrMoG耐热钢进行了变形温度为1173.15~1473.15 K,应变速率为5~20 s^(-1)的高温压缩实验。实验数据表明,15CrMoG具有负的温度敏感性和正的应变速率敏感性,且再结晶晶粒尺寸随变形温度的升高而明显增加。通过线性拟合求解出Arrhenius本构模型的材料参数,建立了基于峰值应力的表征参数和物理基参数本构模型。表征参数本构模型对峰值应力的预测值与实验数据的皮尔森相关系数为0.99824,物理基参数本构模型对峰值应力的预测值与实验数据的皮尔森相关系数为0.99807。为进一步提升本构模型的适用性,建立了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型,实现了对整个应变范围内流动应力的预测。在整个应变范围内,对模型进行了误差分析,表征参数本构模型的最大相对误差为3.76%,物理基参数本构模型最大相对误差为6.04%。

高Si铁素体/马氏体钢的高温变形行为

铁素体/马氏体(Ferritic/Martensitic,F/M)钢因具有优异的抗辐照性能和高温力学性能而成为先进核反应堆的候选结构材料。提高Si含量能够改善F/M钢的耐蚀性,但高硅的引入会恶化其热加工性能,因此研究高Si F/M钢的高温变形行为非常重要。在变形温度为950~1200℃和变形速率为0.01~10 s^(-1)的条件下,采用Gleeble1500型热模拟试验机对硅含量1%的10Cr1Si F/M钢进行热压缩模拟试验,研究其高温变形行为。结果表明:在0.01~0.1 s^(-1)的低变形速率下,10Cr1Si钢均发生动态再结晶;而在1~10 s^(-1)的高变形速率下发生动态回复,在本试验设计参数范围内仅在10 s^(-1)/950℃变形条件下出现了反常的动态再结晶现象。微观组织分析表明当变形温度较低而变形速率较快时,快速增殖的位错促使奥氏体动态再结晶。计算得到了10Cr1Si钢的Arrhenius本构方程和应变补偿本构模型,试验钢的真应力计算值与试验值吻合良好,可为10Cr1Si钢的热加工提供指导。

陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料高温变形行为研究

在非晶合金中添加第二相制备非晶合金复合材料能够有效地解决非晶合金室温脆性的问题,但第二相的引入对非晶基体高温变形行为造成的影响尚不明确。本研究在Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金中添加两种不同的陶瓷颗粒Al_(2)O_(3)和Si_(3)N_(4),通过放电等离子烧结法制备了一系列不同体积分数的陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料。通过进行高温压缩试验,并建立多颗粒随机分布模型进行数值模拟,对其高温变形行为进行了系统性研究。结果表明,在421℃时,两种复合材料都表现为应力过冲后应变硬化;在441℃时,Al_(2)O_(3)增强的复合材料表现为屈服后应变硬化,对于Si_(3)N_(4)增强复合材料,当第二相体积分数小于25%时表现为屈服后应变硬化,当第二相体积分数大于25%时材料却表现为应力过冲后应变硬化。两种非晶合金复合材料的高温变形行为差异与增强相形貌以及增强相颗粒团聚行为导致的第二相分布不均匀有关。

TC21合金的高温变形行为

采用等温压缩试验法,研究了TC21钛合金在温度范围为900～1100℃和应变速率为0.01～50s-1范围内的高温变形行为,建立了合金热变形的本构方程。结果表明,TC21合金在较高温度条件下,变形机制为动态回复,在较低温度下,变形机制为晶界滑移。其转折温度在相变点附近,在此温度上下,变形激活能不同,两相区变形激活能为330.57kJ/mol,β区变形激活能为176.49kJ/mol。

TC4钛合金高温变形行为及其流动应力模型

研究变形工艺参数对TC4钛合金高温变形行为的影响。热模拟压缩实验时选取的变形温度为1093～1303K：应变速率为0．001～10．0／s；变形程度为60％。结果表明：TC4钛合金在变形开始阶段，流动应力随应变的增加迅速增加，当应变超过一定值后，流动应力开始下降并逐渐趋于稳定，出现稳态流动特征；变形温度升高和应变速率减小使TC4钛合金高温变形时的稳态应力和峰值应力显著降低；应变速率和变形温度会影响TC4钛合金进入稳态变形时变形程度的大小。利用多元回归分析建立TC4钛合金在高温变形时的流动应力模型，模型的计算值与实验数据的平均相对误差为6．25％，该模型较好地描述TC4钛合金在高温变形过程中的流动行为。

生物医用TC20钛合金高温变形行为及本构关系

采用Gleeble-1500热模拟试验机对TC20合金进行等温热模拟压缩实验.分析该合金在变形温度为750900℃,应变速率为0.0011.0s-1条件下的变形行为及流变应力的变化规律.分析不同变形温度和变形速率下的热变形行为及其微观组织的演变规律,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显著影响;流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,流变应力在经历加工硬化的上升阶段后达到硬化和软化相平衡的稳定阶段.采用双曲正弦模型确定该合金的变形应力指数n和变形激活能Q分别为4.43和340.908kJ/mol,建立了相应的热变形本构方程为：ε=2.706x10^16[sinh（0.0091σ）]572exp[-340908/（RT）].

粗晶Mg-6.8Gd-4.5Y-1.1Nd-0.5Zr合金高温变形行为

采用Gleeble-1500热模拟机研究粗晶Mg-6.8Gd-4.5Y-1.1Nd-0.5Zr镁合金在温度为623～803 K、应变速率为0.005～5 s-1条件下的高温变形行为。结果表明:流动应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加,在高温变形初始阶段,流动应力随应变的增加迅速增加,当应变超过一定值后,流变应力开始下降并逐渐趋于稳定,出现稳态流动特征;基于Arrhenius方程建立Mg-6.8Gd-4.5Y-1.1Nd-0.5Zr合金高温流变应力本构模型;在723 K、应变速率0.05 s-1条件下,显微组织出现大晶粒被细小晶粒包围的"项链"组织特征,局部晶粒交结处出现微裂纹与孔洞;根据实验结果,合金的热加工宜在773 K左右进行。

氢对TC21合金高温变形行为的影响

采用连续升温金相法研究了氢对TC21合金相变温度的影响,通过热模拟压缩实验,研究了氢对TC21合金高温变形行为的影响。结果表明:置氢可以显著降低TC21合金的相变温度,置氢0.7%(质量分数,下同)的TC21合金相变温度为810℃,与未置氢合金相比,降幅达145℃;同时,置氢还可以有效降低TC21合金的流变应力,并且温度越低,应变速率越高,氢对流动应力的影响就越显著,变形温度为800℃,应变速率1s-1时,置氢0.28%后,稳态应力为202MPa,与未置氢合金相比降低了28%,相同应力水平条件下,置氢能够实现变形温度降低40℃,应变速率提高一个数量级。

粉末冶金TiAl基合金高温变形行为及其本构模型

采用Gleeble^(?)3800热模拟机研究粉末冶金Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B(摩尔分数,%)合金在变形温度为1100～1250℃、应变速率为10^(-3)～10~0s^(-1)和变形率为50%条件下的高温变形行为。结果表明:Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金在高温变形初始阶段,流动应力随应变的增加迅速增加;当应变超过一定值后,流变应力开始下降并逐渐趋于稳定,出现稳态流动特征;随着形变温度的升高和应变速率的增加,合金高温变形时的峰值应力和稳态应力显著降低。利用热模拟压缩实验数据,基于Arrhenius方程和Zener-Hollomon参数,运用多元回归分析方法建立Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金在高温变形过程中的流变应力本构模型。应用DEFORM^(TM)3D软件验证该流变应力本构模型的有效性,结果表明所得高温流变应力本构模型能够较好地预测Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金的高温变形行为。

定向凝固Ni_3Al合金高温变形行为的研究

定向凝固（ＤＳ）Ｎｉ３Ａｌ合金在１０００至１０５０℃温区，应变速率为２．１×１０（－４）ｓ（－１）时，应变速率敏感指数ｍ大于０．３，最大延伸可达１８５％，具有超塑变形的行为待征．金相及电子显微镜观察表明：超塑变形后，原始柱状晶内有亚结构及新晶粒生成。认为ＤＳＮｉ３Ａｌ高温变形后发生了动态再结晶过程，并由此导致ＤＳＮｉ３Ａｌ合金呈现超塑现象．

TC21-0.28%H钛合金微观组织及其高温变形行为研究

利用光学金相及X射线衍射,研究了TC21-0.28%H(质量分数,下同)钛合金的组织结构,通过热模拟压缩实验,研究了TC21-0.28%H钛合金在800～920℃温度范围和0.01～1s-1应变速率范围的高温变形行为,建立了钛合金高温变形本构方程。结果显示,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金β相比例显著增加,并且有新相马氏体α″与氢化物δ生成,TC21-0.28%H钛合金在α+β相区与β相区的变形激活能分别为233kJ/mol与153kJ/mol,软化机制为动态回复,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金变形激活能降低,热加工性能得到改善。

显示器荫罩用因瓦合金的高温变形行为与力学特性

因瓦合金因具有低的膨胀系数而用于制作显示器荫罩。为在 2 0 0℃成形条件下建立合理的加工工艺 ,有必要研究它的高温响应。在加热炉内对试样进行拉伸试验 ,并用应变计测量。结果表明 ,对于 790～ 85 0℃退火试样 ,变形抗力随加热温度从室温升至 180℃而明显下降 ,此后在 180～ 2 2 0℃时屈服强度与抗拉强度分别稳定在 12 0～ 130 MPa和30 0～ 32 0 MPa内 ,且在试验条件下提高退火或加热温度 ,延伸率增大 。

TC10钛合金高温变形行为和组织演变的研究

通过恒应变压缩实验研究了锻态TC10钛合金的高温变形行为和组织演变规律,变形温度为800~920℃,应变速率为0.01~10 s^(-1),变形量为60%。研究结果表明:降低变形温度、提高应变速率,流变应力会在变形初期迅速增加,而显微组织没有明显变化,当流变应力达到最大值后随着动态再结晶的发生而逐渐降低。提高变形温度、降低应变速率,能够为动态再结晶提供能量,细化组织并降低流变应力。综合分析表明:在变形温度为840~900℃,应变速率为0.01~0.1 s^(-1)的参数范围内进行热变形可以获得性能优良的TC10钛合金产品。

9Ni钢的高温变形行为及其数学模型研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上对低碳9Ni钢的高温变形行为进行了研究,并分析了变形温度、应变速率、变形量对变形抗力的影响规律,在此基础上采用Levenberg-Marquardt法对实测数据进行多元非线性回归。结果表明,回归方程有良好的曲线拟合特性,模型预报值与实测值吻合较好。

氮含量对1Cr17Mn6Ni5N奥氏体不锈钢高温变形行为的影响

试验用1Cr17Mn6Ni5N钢(/%:0.09~0.11C,0.19~0.29Si,7.33~7.42Mn,0.011~0.015P,0.004~0.007S,16.87~17.24Cr,,5.06~5.19Ni,0.21~0.40N)由10kg真空感应炉熔炼,通过氮气气氛加氮化铬进行N合金化。通过Gleeble-1500D热模拟试验机将实验钢在真空下1150~1 000℃,以应变速率10^(-2)s^(-1)和1 s^(-1)进行压缩60%试验。结果表明,在高温下,以低应变速率压缩时钢的动态再结晶是主要的软化机制;以高应变速率压缩时钢的动态回复是主要的软化机制;与0.21%N和0.29%N试验钢相比,含0.40%N的试验钢具有较高的峰值应力,根据Zener-Hollomon参数的计算得出0.40%N的试验钢再结晶激活能最高,在高温下不易发生动态再结晶。

MoNb合金高温变形行为及BP神经网络本构模型研究

利用Gleeble-3800热模拟试验机对锻态MoNb合金进行了等温恒应变速率压缩实验,研究了其在变形温度为900~1200℃、应变速率为0.01~10 s^-1时的高温变形行为。结合实验数据和BP算法原理,建立了一个网络结构为3×3×5×1的BP神经网络本构模型。结果表明,MoNb合金的流动应力对变形温度和应变速率均较为敏感,流动应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增加而增大。误差分析表明,采用BP神经网络方法构建的MoNb合金本构模型具有较高的预测精度,其相关系数和平均相对误差分别为0.97和3.10%,预测值误差在10%以内的数据点占91.96%。流动应力预测值和实验值吻合良好。

20Cr2Ni4A钢高温变形行为及物理基参数本构模型

采用Gleeble-3500热模拟试验机,在变形温度1073.15~1273.15K,应变速率0.001~1s^-1。下进行了20Cr2Ni4A钢的等温压缩试验。结果表明,20Cr2Ni4A钢的流变应力随变形速率的增加或变形温度的降低而增加。基于峰值应力,分别采用表征参数和物理基参数构建了20Cr2Ni4A钢的Arrhenius型本构模型。结果表明,两种本构模型对峰值应力均具有良好的预测精度。通过对比分析考虑应变影响的两种本构模型,研究了两种本构模型在整个应变范围的预测能力。结果表明,在低应变区,表征参数本构模型的预测值更接近实测值。达到峰值应变后,物理基参数本构模型的预测值与表征参数本构模型的预测值十分接近,均能提供较高的预测精度。

基于极性交互模型的TC20钛合金工艺参数优化及高温变形行为

利用Gleeble-3800热模拟试验机对TC20钛合金进行了等温恒应变速率压缩实验,研究了其在变形温度940~1030℃、应变速率0.001~10 s^-1条件下的高温变形行为。根据实验所获得的数据,建立了包含Z参数的Arrhenius本构模型,并计算了变形激活能。结果表明:TC20钛合金的流动应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增加而增大,其变形激活能远高于纯α钛和β钛的自扩散激活能。基于极性交互模型原理,构建了PRM加工图。通过观察变形失稳区和稳定区的显微组织,发现失稳区的变形机制为局部流动,稳定区的变形机制为球化和动态再结晶。经综合分析,确定了TC20钛合金的最佳热加工工艺参数范围为:变形温度955~995℃,应变速率0.032~0.32 s^-1和变形温度1000~1030℃,应变速率0.001~0.018 s^-1。

铸态AZ80A镁合金热加工图及高温变形行为研究

目的采用Instron5500R热模拟试验机，研究铸态AZ80A镁合金在变形温度为270～410℃、应变速率为0．001～0．5s-1条件下的热加工图及高温变形行为。方法利用双曲正弦本构函数模型描述了铸态AZ80A镁合金的高温变形行为，计算获得了该合金的变形激活能，构建了应变量为0．3和O．6时的热加工图。结果得到了合金热变形本构模型及加工图．变形激活能为203．5kJ／mol，确定了应变为0．3和O．6时的动态回复区域为与动态再结晶区域。结论铸态AZ80A镁合金在330～380℃，0．001～0．01s-1时发生了动态结晶，这是该合金最佳的热加工工艺参数范围。

BFe10-1.6-1白铜合金高温变形行为及修正非线性回归本构模型

利用热压缩实验研究了BFe10-1.6-1白铜合金在变形温度为1073~1273 K和应变速率为0.001~10 s^(-1)条件下的热变形行为。根据热压缩实验的真应力-真应变数据,建立了该合金的修正非线性回归本构模型。结果表明,BFe10-1.6-1白铜合金在高温热压缩过程中具有明显的动态软化特征,随着变形温度的升高和应变速率的降低,流变应力减小。合金的应变速率敏感指数m为0.096,热变形激活能Q为430.1 kJ·mol^(-1),因此BFe10-1.6-1白铜合金为应变速率和变形温度敏感型材料。引入相关系数R和平均相对误差e对所建立的本构方程进行验证,结果表明,修正非线性回归模型对BFe10-1.6-1白铜合金热变形流变应力具有较高的预测精度和可靠性。