Al-Cu-Li合金热变形特性与位错密度模型构建

通过等温压缩试验,研究热轧态Al-Cu-Li合金在温度为390~480℃、应变速率为0.01~1s^(-1)下的流变行为。基于热压缩流动应力数据构建了峰值应力Arrhenius本构模型,其平均相对误差绝对值(AARE)为4.612%。基于该模型数据,采用K-M模型以及Taylor关系式建立了耦合温度、应变速率、峰值应力、峰值应变的位错密度模型。该模型AARE值为5.926%,具有较高精度,为准确描述Al-Cu-Li合金在热变形过程中的位错密度演变提供参考。

基于Laasraoui-Jonas位错密度模型的GWZK134合金动态再结晶行为研究

采用Gleeble-3500D热模拟试验机进行了单轴等温压缩试验,研究了GWZK134合金在变形温度360~480℃,应变速率0.001~1 s^(-1)条件下的动态再结晶行为,并基于镁合金的密排六方(HCP)结构,建立了改进的Laasraoui-Jonas(L-J)位错密度模型。结果表明:GWZK134合金的动态再结晶体积分数随温度的升高而增大,随应变速率的加快而减小。在变形过程中,动态再结晶由晶界处形核产生,并逐步向周围晶粒扩展,随温度升高或应变速率的降低,压缩条件下剪切应力引起的扁平状晶粒逐渐成为等轴晶。此外,通过模拟仿真结果与试验数据相比较,证明所建立的模型对该合金动态再结晶行为模拟较为准确。

Laasraoui-Jonas位错密度模型结合元胞自动机模拟AZ31镁合金动态再结晶

通过Gleeble 3500热压缩试验机对AZ31镁合金进行热压缩实验,得到温度为300、350、400、450和500℃,应变速率为0.03、0.3、和3 s 1的流变应力曲线。对流变应力曲线进行图形变换求解出不同应变速率下的回复参数r,求得的回复参数的自然对数lnr与温度的倒数1/T成线性相关。结果表明:可以采用修正的Laasraoui-Jonas(L-J)位错密度模型计算AZ31镁合金动态再结晶过程中的位错密度演变;修正的L-J位错密度模型结合元胞自动机(CA)能精确地模拟位错密度动态再结晶过程。

基于L-J位错密度模型及CA法的45Cr4NiMoV合金动态再结晶行为

基于热压缩实验得到的数据,获得了45Cr4NiMoV合金在改进的Laasraoui-Jonas(L-J)位错密度模型中的应变软化参数及应变硬化参数,建立了45Cr4NiMoV合金的动态再结晶模型。采用元胞自动机(CA)方法,应用DEFORM-3D软件对45Cr4NiMoV合金热成形过程中的动态再结晶行为进行有限元分析,并与实验得到的微观组织进行对比。结果表明:当应变速率及变形量一定时,较高的变形温度促使45Cr4NiMoV合金位错及晶界迁移运动加剧,其动态再结晶晶粒尺寸随着变形温度的升高而增大,模拟结果与实验结果较为吻合,验证了所建立的L-J位错密度模型的合理性,说明修正的L-J位错密度模型结合CA能准确预测45Cr4NiMoV合金的动态再结晶微观组织演变过程。

应用Laasraoui-Jonas位错密度模型模拟工业纯钛微观组织演变

为模拟工业纯钛的微观组织演变过程,利用Gleebe-1500D实验机对工业纯钛进行热模拟压缩实验,变形温度为700、800、900和950℃,应变速率为0.01、0.1、1和5 s-1。对实验得到的数据进行处理,建立工业纯钛Laasraoui-Jonas(L-J)位错密度模型,结合Deform-3D软件对工业纯钛的微观组织演变过程进行模拟,并和实验所得到的微观组织进行比较。结果表明,工业纯钛在热压缩过程中,随着变形量的增加,位错密度先增大再减小,材料内部微观组织发生回复与再结晶;再结晶晶粒的模拟结果与实验结果较吻合,所建立的L-J位错密度模型是合理的。

7A85铝合金塑性变形过程位错密度模型

通过等温热压缩试验,研究7A85铝合金在应变速率为0.001~0.5 s^−1、变形温度为250~450℃条件下的流变行为。结果表明,7A85铝合金在塑性变形过程中,流变应力达到峰值前后的软化机制不同。在流变应力达到峰值应力前,加工硬化作用占主导地位,软化机制主要是材料内部位错的交滑移,动态回复不明显。当流变应力达到峰值后,材料内部发生明显的动态回复和再结晶现象。基于流变应力达到峰值前后的软化机制不同,建立了“两阶段”式Kocks-Mecking(K-M)位错密度模型来描述7A85铝合金塑性变形过程的位错密度演变规律,并验证了模型的准确性。

AZ31镁合金位错密度模型及热压缩的微观组织预测

通过热压缩实验研究AZ31镁合金挤压杆料在变形温度300、400和500℃,应变速率0.1、0.01和0.001 s^?1条件下的流变行为,基于Arrhenius方程建立流变应力的本构模型,其中激活能Q为132.45 kJ/mol,应变硬化系数n为4.67。依据AZ31镁合金高温变形中的动态再结晶(Dynamic recrystallization,DRX)机理和位错密度演化规律,建立宏观变形?微观组织多尺度耦合的位错密度模型,该模型能够反映热加工过程中的加工硬化、动态回复(Dynamic recovery,DRV)、低角晶界(Low angle grain boundaries,LAGB)和高角晶界(High angle grain boundaries,HAGB)等机制的交互作用。利用ABAQUS的VUSDFLD子程序进行热压缩过程的有限元模拟,获得DRX分数、LAGB和HAGB位错密度的数值模拟结果以及压缩载荷。结果表明:实验载荷与模拟结果基本吻合,本文提出的AZ31镁合金位错密度模型是合理的。

基于L-J位错密度模型的7050铝合金微观组织演变模拟

为了模拟分析铝合金热变形过程中的微观组织演变过程,采用热物理模拟试验机对7050铝合金在变形温度分别为573、623、673和723 K和应变速率分别为0.01、0.1、1和10 s^(-1)的条件下进行了热压缩试验。通过对试验数据进行处理,求解得到了7050铝合金的动态软化系数与加工硬化系数,并建立了改进后的Laasraoui-Jonas(L-J)临界位错密度模型,将该模型应用于合金热压缩变形过程的微观组织模拟,并与试验结果进行对比。结果表明:采用修正的L-J位错密度模型可以计算7050铝合金动态再结晶过程中的位错密度;修正的L-J位错密度模型结合元胞自动机能比较精确地模拟7050铝合金的动态再结晶过程。

基于位错密度模型的AZ31镁合金热压缩微观组织预测

运用ABAQUS软件的VUSDFLD子程序,结合建立的位错密度模型对AZ31镁合金进行热压缩过程的微观组织预测,研究了变形温度和应变速率对低角晶界(Low Angle Grain Boundaries,LAGBs)位错密度、高角晶界(High Angle Grain Boundaries,HAGBs)位错密度和动态再结晶(Dynamic Recrystallization,DRX)体积分数XDRX的影响。结果表明:变形温度为400℃时,LAGBs和HAGBs位错密度与宏观应力具有一致的变化趋势,表明LAGBs和HAGBs位错密度能够体现宏观应力的变化;较大的变形量和较高的变形温度能促进DRX的进行,但在相同的变形量下,XDRX随着应变速率增加而降低;变形温度为300℃时,易变形区和自由变形区的LAGBs和HAGBs位错密度都呈现出先增后减的变化趋势;但变形温度在400和500℃时,易变形区的LAGBs和HAGBs位错密度会出现缓慢上升的趋势,而自由变形区则出现了下降趋势。

7A85铝合金位错密度模型与热变形过程中的微观组织研究

通过金相观察和电子背散射衍射技术,研究了7A85铝合金在应变速率0.001~1 s^(−1)、变形温度250~450°C条件下的微观组织演变规律,并基于K-M位错密度模型,建立了7A85铝合金“两阶段”式K-M位错密度模型。结果表明,在7A85铝合金热变形过程中,动态回复和动态再结晶是微观组织演变的主要机制;350~400°C是动态回复向动态再结晶的转变温度区间。在低温条件(≤350°C)下主要发生动态回复,高温条件(≥400°C)主要发生动态再结晶;此时,微观组织演变对于温度的敏感性较高,且随着温度的升高,平均取向差角(θˉ_(c))显著增加,增加范围在0.93°~7.13°之间,同时微观组织中f_(LAGBs)明显减少,最高下降幅度达24%。

位错密度演化模型的研究进展

作为材料微观结构状态的一个内部变量,位错密度与材料组织结构演化和力学性能密切相关。金属材料在塑性变形过程中,其位错密度会发生演化。因此,位错密度演化模型的建立是材料组织结构和力学性能研究领域的一个重要课题。本文简要介绍了位错密度的演化规律及其物理机制,综述了当前位错密度演化模型的研究进展,总结了位错密度演化数值计算方法的研究现状,介绍了位错密度对组织结构演化和力学性能的影响规律,探讨了位错密度演化研究的发展趋势。

基于L-J位错密度模型模拟Cr8合金钢动态再结晶行为

为了研究Cr8合金钢动态再结晶行为,利用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cr8合金钢进行了热压缩试验。基于试验得到的数据,建立了Cr8合金钢修正的Laasraoui-Jonas（L-J）位错密度模型,结合动态再结晶形核长大模型,采用Deform-3D有限元软件中元胞自动机（CA）模块模拟了Cr8合金钢的动态再结晶行为,并和试验得到的动态再结晶组织进行比较。结果表明,当变形温度为900-1200℃时,Cr8合金钢变形抗力与变形量曲线图呈现出典型的动态再结晶特征;Cr8合金钢的热激活能Q为340.332 k J/mol;应变速率一定时,随着温度的升高,Cr8合金钢动态再结晶晶粒尺寸增大,其再结晶晶粒尺寸的模拟结果与试验结果较为吻合,平均相对误差在7%以内,说明所建立修正的L-J位错密度模型能够准确预测Cr8合金钢动态再结晶组织的变化。

TC11钛合金动态回复与动态再结晶高温本构模型研究

采用Gleeble-1500热模拟试验机在变形温度为900~1050℃、应变速率为0.1~10 s^(-1)的条件下,对TC11钛合金进行等温恒应变速率单轴压缩试验。组织观测结果表明,在热变形过程中,TC11钛合金存在明显的动态再结晶现象,变形温度分别为900℃和950℃时,再结晶晶粒尺寸随应变速率增加而先增大后减小;变形温度分别达1000℃和1050℃时,α相含量大量减少,组织演变中动态再结晶机制占主导,晶粒细化明显。为研究此现象对流变行为的影响,结合K-M位错密度模型与动态再结晶分数模型,建立了基于动态回复与动态再结晶现象的流动应力高温本构模型。将此本构模型预测结果与试验数据对比分析,相关性系数和平均相对误差分别为0.989和6.53%,表明所构建的考虑动态回复与动态再结晶的流动应力模型能够准确预测TC11钛合金热变形条件下的流动应力。

基于Laasraoui-Jonas位错密度理论的TA10钛合金微观组织演变模拟

为模拟TA10钛合金的微观组织演变,采用Gleeble-1500D热/力模拟试验机,在变形温度为800~1050℃,应变速率为0.01~5 s^（-1）的条件下,对TA10钛合金做了热模拟压缩实验。通过处理实验数据,得到不同变形条件下的动态回复软化率系数r,分析了变形温度和应变速率对r值的影响;建立了TA10钛合金的Laasraoui-Jonas（L-J）位错密度模型,结合元胞自动机法（Cellular Automata,CA）对TA10钛合金的微观组织演变进行模拟,并将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明：TA10钛合金动态回复软化率系数r的值随应变速率的增加而减小,随温度的升高而增大;模拟结果与实验结果基本吻合,所构建的L-J位错密度模型能够准确预测TA10钛合金在热压缩过程中的微观组织演变。

金属材料动态再结晶模型研究现状

动态再结晶是热塑性变形过程中重要的材料软化、晶粒细化、组织控制和塑性成形能力改善方法,而材料发生动态再结晶过程形成的组织结构直接决定其综合性能,因此,长期以来动态再结晶一直是热成形过程中的研究热点。概述了动态再结晶的物理机理,介绍了位错密度模型、动力学模型和微观组织演化数值模拟,并对目前研究现状进行分析,展望其未来发展前景。

马车螺栓镦锻成形微观组织有限元模拟

对304不锈钢的流变应力数据进行处理,获得了304不锈钢在改进的L-J位错密度模型中的应变软化参数、加工硬化参数和自扩散激活能等表征参数,建立了304不锈钢L-J位错密度模型,进而采用有限元方法对马车螺栓镦锻成形过程中微观组织变化开展有限元模拟,并将模拟结果与金相实验得到的微观组织进行对比分析。结果显示,304不锈钢马车螺栓成形过程中,螺栓头部晶粒被压扁、拉长明显,方颈部位晶粒也有一定程度的细化,而杆部晶粒变化不明显;螺栓成形后,6个样品区的应变分别为2.03、2.32、0.48、0.64、0.03和0.05,其中,螺栓头部内外侧平均晶粒尺寸分别减小了约31.3%、33.5%,而硬度分别提高了约35.9%、40.8%,方颈部位内外侧平均晶粒尺寸分别减小了约23.5%、26.2%,而硬度分别提高了约24.5%、30.2%,杆部外侧平均晶粒尺寸略微减小,硬度略微增加;模拟的平均晶粒尺寸比实验的平均晶粒尺寸要小,晶粒分布更密集,但误差水平大体一致。

AZ41M镁合金动态再结晶组织演变模拟

在变形温度300～450℃,应变速率0.005～1 s-1条件下,采用Gleeble-1500D试验机对AZ41M镁合金进行热压缩实验;处理实验数据,求解不同变形条件下的动态回复软化率系数r,分析了温度和应变速率等工艺参数对r的影响;基于实验数据,建立了Laasraoui-Jonas（L-J）位错密度模型,借助Deform-3D软件对合金热压缩时的组织演变过程进行模拟,并将模拟结果与实验微观组织进行对比。结果表明,动态回复软化率系数r随温度升高而增大,随应变速率增加而降低;组织模拟结果与实验结果基本吻合,该位错密度模型能准确模拟合金动态再结晶过程中的微观组织演变。

基体裂纹与界面刚性线的弹性干涉

研究两种材料界面上的刚性线与其它任意位置处直线裂纹弹性干涉的反平面问题。基于界面上刚性线与任意位置处螺型位错干涉的基本解,运用连续位错密度模型法将问题转化为奇异积分方程。用半开型积分法求解奇异积分方程,得到位错密度函数的离散值,计算裂纹尖端处的应力强度因子。算例说明该方法可用于工程实际问题。

大型铝合金航空模锻件组织演变的元胞自动机模拟研究

结合7A85铝合金的动态再结晶模型,对7A85铝合金航空模锻件的晶粒组织演变进行了元胞自动机模拟,模拟结果与等温锻造成形工艺实验结果吻合较好,可以实现航空模锻件的微观组织预测。

非等温退火对大变形铝试样组织和力学性能的影响:模拟与实验（英文）

为了研究铝在非等温退火过程中的组织演变和流动应力,分别采用2、4和6道次多向锻造工艺,使试样应变量为1、2和3。然后,在150、200、250、300和350℃下对试样进行非等温退火。通过对变形阶段和退火阶段的模拟,研究位错密度和流动应力的演化规律。结果发现,经2、4和6道次多向锻造的试样在温度分别达到250、250和300℃时其热稳定性仍然较好。模拟结果与实验数据吻合较好。与模拟得到的流动应力值相比,经2道次和4道次多向锻造的样品在350℃非等温退火后的实验流动应力值偏低。其根本原因在于,模拟所用非等温退火模型仅是基于晶内位错密度演化,只考虑了回复和再结晶现象;然而,在350℃退火后,除了回复和再结晶外,还会发生晶粒长大现象,这使得模拟和实验得到的流动应力值出现偏差。