油气井用26CrMo7S钢的热变形应变补偿型本构方程

以26CrMo7S钢为研究对象,通过热模拟研究实验钢在温度为850~1250℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)、最大变形量为70%条件下的热变形行为和流变应力特征,建立相应条件下的流变-应力本构模型,考虑热变形过程中应变对流变应力的影响,结合应变补偿进一步修正本构模型,并进行准确性验证和误差分析。研究结果表明:26CrMo7S钢的热变形行为受到加工硬化和动态软化相互作用的影响,在高应变速率下以动态回复为主,而在中低应变速率下受动态回复和动态再结晶两者共同作用;应变补偿修正后的Arrhenius本构方程六次多项式拟合效果较好,对不同应变下26CrMo7S钢的流变行为具有较高预测精度,相关系数为0.99406,平均相对误差仅为5.08%,验证了模型的准确性。

Ti60合金热变形行为与应变补偿型本构模型

目的确定Ti60合金在高温下的应变行为,促进材料性能的优化和工程应用的发展。方法在变形温度为900、950、990、1020、1050℃,应变速率为0.001、0.01、0.1、1、5 s^(-1),最大变形量为60%条件下,利用Gleeble-3800热模拟实验机对Ti60试样进行不同应变速率的热压缩实验。结果Ti60合金的高温流变应力-应变规律如下:当温度一定时,随着应变速率的升高,峰值应力上升,当温度和应变速率一定时,随着应变的升高,应力表现为先上升后下降的趋势,而在1020℃、0.01 s^(-1)条件下,表现反常,这可能与第二相的动态析出有关。不同真应变下的变形激活能Q=838.9962019 kJ/mol,相应的本构方程相关系数n=2.889582,α=0.013182009,A=1.3357×10^(33),建立了Ti60合金热变形Arrhenius本构关系模型Z=εexp(838.996×10^(3))=1.3357×10^(3)[sinh(1.3182×10^(-2)σ_(p))]^(2.889582),用于预测和优化Ti60合金在高温条件下的峰值应力。采用应变补偿方法计算了五次多项式的各个系数和其他应变对应的应力。通过比较由模型计算得到的流变应力结果和实际热模拟实验数据,发现实验结果与计算结果一致,不仅验证了应变补偿方法的合理性,而且为数值模拟等相关研究提供了数据支撑。结论通过实验和模拟,对Ti60合金的高温变形行为有了更全面和更准确的认识。

喷射沉积超高强铝合金唯象本构方程材料常数应变补偿分析

基于热模拟试验,在获得变形温度为523~723 K（间隔50 K）,应变速率为0.001、0.01、0.1、1 s-1喷射沉积超高强铝合金真应力-真应变数据的基础上,根据Arrhenius唯象本构方程计算出真应变为0.1、0.2和0.3时的材料常数（n、β、α、Q和ln A3）。结果表明,不同真实应变下的材料常数不同。根据真应变为0.1~0.6（间隔0.1）下的材料常数计算结果,采用回归分析的方法,进行材料常数应变补偿回归分析。材料常数n、β、α、Q和ln A3回归分析的可决系数为0.993 62、0.963 27、0.986 82、0.986 92和0.985 29,回归分析的拟合优度高,很好地反映出材料常数随真应变的变化规律。在此基础上建立了不同材料常数的应变补偿回归模型。

应变补偿多量子阱价带结构Kohn-Luttinger Hamiltonian方程的能量表象求解方法

本文提出一种多阱能量表象方法用来分析应变补偿多量子阶的价带结构．这一方法是把应变补偿多量子阶的价带厂点ｚ方向重轻空穴的能量本征函数作为基矢量建立能量表象，把非Г点的重轻空穴的能量本征函数按这些基矢量进行傅里叶级数展开，带入Ｋｏｈｎ－ＬｕｔｔｉｎｇｅｒＨａｍｉｌｔｏｎｉａｎ（ＫＬＭ）方程中得到相应的能量特征矩阵，进而得到其非Г点的重轻空穴的能量本征值和相应的本征矢．与ｋ·ｐ方法相比，这一方法的优点在于能够有效地分析出阱数和阱间距离对应变补偿多量子阱的能带结构产生的影响，并且所得的能量特征矩阵的阶数要小得多，很容易在微机上进行运算．

考虑应变补偿的Al2024合金本构方程研究

采用昂热力学实验室高温拉伸实验机对Al2024合金进行高温拉伸实验,实验温度为350、400和450℃,应变速率为1×10^(-3)、5×10^(-4)和1×10^(-4)s^(-1),获得应力-应变曲线。借助Arrhenius方程对实验数据进行拟合,考虑到应变量对流变应力的影响,建立各材料参数与应变量的关系,并通过三次方程表示,从而对本构方程进行修正。结果表明:Al2024合金在高温拉伸过程中会发生再结晶,出现软化现象;合金在实验温度下表现出较好的塑性,在450℃下伸长率达到80%以上;拟合得到的本构方程具有较高的精确性,误差小于5%,可以用于仿真模拟。

高锰TWIP钢热变形行为及应变补偿型本构方程的建立

对高锰TWIP钢进行不同温度(850~1100℃)和应变速率(0.01,0.1,1,5,10 s-1)的绝热压缩试验,研究试验钢高温热变形行为.分析了变形温度和应变速率对流动特性的影响,建立了应变补偿型本构方程,并采用三种标准统计参数对应变补偿型本构方程的精确度进行了评估.结果表明:流动应力对变形温度和应变速率的敏感程度很高,且随着变形温度的提高或应变速率的降低,流动应力呈下降趋势;应变速率对动态再结晶过程有着很复杂的影响;流动应力预测值与试验值具有较高的吻合度,表明建立的应变补偿型本构方程能够精确预测流动应力.

汽车用超高强度25MnB钢的热变形行为及本构方程

在MMS-200热模拟试验机上对25MnB钢进行了单轴等温热压缩实验,得到了25MnB钢在温度为850~1150℃,应变速率分别为0.01、 1、 10和30 s^(-1),最大真应变为0.7时的真应力-真应变曲线。结果表明:在低应变速率下,材料主要软化机制为动态再结晶,高应变速率下材料变形机制为加工硬化-动态回复。通过引入Zener-Hollomon参数,利用应力-应变数据建立了修正的Arrhenius型本构方程,峰值应力状态下25MnB钢的热变形激活能为297.376 k J·mol^(-1),在峰值应力本构方程的基础上,将应变对材料常数的影响纳入本构分析中,通过对比实验数据和预测数据,使用相关系数和平均绝对相对误差评估了所建立本构方程的适用性,结果表明考虑应变补偿的本构方程对25MnB钢的流变应力有着良好的预测性。

材料流变行为的温度和应变速率补偿研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机,对实验材料进行热压缩变形,研究了该材料在850-1000℃和应变速率为5-20s-1条件下的高温流变应力行为。考虑到实验过程的实际温度及应变速率与实验设定值存在差异,实验对材料高温变形过程进行了温度补偿和应变速率补偿,并给出了实验材料的变形常数（β、α、激活能Q）在材料高温变形过程中的连续变化规律,使传统的本构方程更加准确。

铸态稀土镁合金热变形应变补偿型本构模型

采用Gleeble/1500热模拟试验机,在变形温度300~420℃,应变速率0.0005~0.5 s-1,对铸态稀土AZ80合金进行高温热压缩试验,研究了该合金的高温流动应力应变变化规律,并建立了应变补偿的材料热变形Arrhenius本构关系模型。将计算结果与热模拟实验得到的应力应变曲线进行对比,结果比较吻合。鉴于应变对流动应力的影响,确定了峰值应力、变形温度和应变速率之间的关系,并获得了变形激活能和本构方程中材料常数随应变的变化规律。

基于应变补偿的Al-Zn-Mg合金热变形行为及全应变本构模型

利用Gleeble-3500热模拟试验机对Al-Zn-Mg合金进行单道次热压缩试验,获得其在变形温度350~500℃、应变速率0.01~10 s^-1下的应力-应变曲线。对热变形曲线进行摩擦修正,并基于Arrhenius方程建立全应变本构模型,以预测热变形力学行为。结果表明,变形温度及应变速率对热变形力学行为有重要影响,流变应力随变形温度的降低及应变速率的升高而显著升高。位错运动主导的动态回复软化及材料内部晶粒动态再结晶主导的再结晶软化的启动,是抵消加工硬化的主要机制。所建立的全应变本构模型的流变应力预测值与试验值吻合较好,平均相对误差为3.75%,相关系数为0.99。

Ti6Al4V合金高温拉伸变形Norton-Hoff与Arrhenius本构理论的模型化与比较(英文)

为研究Ti6Al4V合金在热成形过程中的力学性能,在923~1023K温度和0.0005~0.05s1应变速率范围内,进行片状试样的恒温高温拉伸试验,采集应力—应变试验数据并建立材料的本构模型。将Arrhenius和Norton-Hoff本构模型用于表征合金的高温拉伸行为。拟合结果显示,考虑材料常数应变补偿的Arrhenius模型和改进的Norton-Hoff模型均可以准确地预测Ti6Al4V合金多数条件下的流变应力,由拟合结果比较可知改进的Norton-Hoff模型比Arrhenius模型更精确。

等轴细晶TC4钛合金应变补偿本构关系及热加工图的研究

本工作对等轴细晶TC4钛合金进行了热压缩实验,研究了变形温度为800~950℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)下TC4钛合金的变形行为,并建立相应的Arrhenius型本构方程和热加工图,再基于实验获得的真应力应变曲线对本构方程进行应变补偿修正。结果表明:合金的真应力值随温度升高、应变速率下降而减小;修正后本构方程真应力预测值与实验值相关系数R为0.985,相对误差ARRE为6.8%。结合热加工图和相应区域的电子背散射衍射(EBSD)分析可知:失稳区的温度为875~950℃,应变速率为0.3~10 s^(-1),组织特征表现为长条状晶粒;最适宜加工区的温度为800~875℃,应变速率为0.01~0.3 s^(-1),组织特征表现为等轴细晶。

Q355B钢热变形行为及应变补偿型本构方程

在Gleeble-3500热模拟实验机上进行等温热拉伸实验,研究了Q355B钢在变形温度为500~1100℃和应变速率为0.001~0.1 s^(-1)条件下的热变形行为及微观组织演变,并建立了本构方程。结果表明,Q355B钢的微观组织主要由铁素体和珠光体组成,随着变形温度的升高,珠光体体积分数增加,且组织形貌逐步由低温带状演变为中温等轴状及高温魏氏形貌。Q355B钢的流动行为敏感于应变速率和变形温度,其流动应力随着变形温度的升高或应变速率的降低显著降低。此外,流动应力曲线在高温(1100℃)及低应变速率(0.001和0.01s^(-1))时为动态再结晶型,而在低温及高应变速率下则为动态回复型。考虑应变补偿的Arrhenius双曲正弦本构方程的预测精度较高,可较好地拟合不同变形条件下Q355B钢的流动行为。各变形条件下的相关系数均在91%以上,相对平均误差均不超过13.4%。

两种唯象型本构方程描述AZ80镁合金高温流动应力的比较研究

基于铸态AZ80镁合金热压缩实验数据,建立了两种唯象型本构方程(应变补偿的Arrhenius模型和动态回复(DRV)+动态再结晶(DRX)的两阶段模型)来描述AZ80镁合金在变形温度523~673 K和应变速率0.001~1 s^-1下的热变形行为。模型材料参数由线性拟合方法确定,对模型拟合精度进行定量分析表明:应变补偿的Arrhenius方程对流动应力的预测效果较好,相关系数R和平均相对绝对误差AARE的计算值分别为0.9930和5.26%;DRV+DRX两阶段本构方程预测结果相对较差,其R值和AARE值分别为0.9916和6.62%。比较分析表明,应变补偿的Arrhenius方程具有良好的适应性,可以在较大的温度和应变速率范围内准确预测不同变形条件下的流动应力曲线,工程适用范围广;DRV+DRX两阶段本构模型具有一定的物理意义,但是不能够很好地预测稳态流动应力,因而预测精度略低。

45钢的温变形行为及本构模型

在变形温度为600~700℃,应变速率为0.001~1 s^(-1)及变形量为60%的条件下,采用Gleeble-3500热模拟试验机对45钢进行了等温压缩试验,研究了其温变形行为。在对45钢真应力-真应变曲线进行摩擦修正及绝热修正的双修正基础上,建立了45钢基于Arrhenius方程的本构方程、基于应变补偿的Arrhenius本构方程和BP(Back-propagation)神经网络的本构模型。结果表明:45钢的流变应力对变形温度和应变速率十分敏感,随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增加。通过计算本构方程的预测值和试验值的相关系数与平均相对误差发现:基于Arrhenius方程的本构方程,相关系数为0.98537,平均相对误差为3.1197%;基于应变补偿的Arrhenius本构方程,相关系数为0.97923,平均相对误差为4.42948%;基于BP神经网络的本构方程,相关系数为0.99682,平均相对误差为2.28368%,表明基于BP神经网络的本构方程的整体预测性较好,具有较低的误差及较好的预测性。

30Cr4MoNiV超高强度钢热变形本构方程的构建与优化

采用Gleeble-3500热模拟机在温度为1173~1373 K和应变速率为0.01~10 s^(-1)的条件下通过热压缩试验研究了30Cr4MoNiV超高强度钢的热变形行为,引入应变补偿建立了优化的本构方程。结果表明:流动应力随应变速率的增大和变形温度的降低而增大。采用幂律函数、指数函数和双曲正弦函数构建的三种本构方程中,双曲正弦函数的准确度最高。基于双曲正弦函数并引入应变补偿优化后的本构方程可以较为准确地预测30Cr4MoNiV超高强度钢在热加工过程中的流动应力。

基于应变补偿的Fe-Mn-Al-C低密度钢等温压缩物理本构方程

采用Gleeble-1500D热模拟实验机,对Fe-27.51Mn-8.69Al-1.12C低密度钢在变形温度为900~1100℃和应变速率为0.01~5 s^(-1)范围内进行热压缩实验,通过实验数据分析了该钢的流动应力曲线特征,建立了考虑应变耦合的物理本构模型,并进行了验证分析。结果表明:变形温度和应变速率等热力学条件对低密度钢的流动应力影响较为显著,高温、低应变速率更有利于低密度钢的再结晶发生;基于峰值应力的低密度钢等温压缩物理本构方程的预测精度较高,其线性拟合相关系数为0.991;基于应变补偿的低密度钢等温压缩物理本构方程能够较好地描述其在热压缩条件下的流动应力变化规律,其相关系数r为0.980,预测值与实验值的平均相对误差AARE为6.9%。

采用可变系数回归的位移传感器温度补偿

由于传感器存在温度交叉敏感问题,导致精度下降,必须进行温度补偿. 主要针对应变式位移传感器的温度影响,采用数据融合的方法（即可变系数回归方程）对位移传感器输出进行温度补偿,减少温度对输出的影响.补偿前位移传感器的温度系数为6.12×10^-3/mV,相对误差为21.83%,补偿后温度系数为8.8×10^-4/mV,相对误差为 .补偿前和补偿后对比,位移传感器的测量精度提高了1~2 个数量级,表明该方法能有效削弱温度敏感.

Zr-Sn-Nb-Fe合金两相区流变行为与本构模型研究

为准确描述材料的高温流变行为,本文通过利用单向压缩试验对Zr-Sn-Nb-Fe合金在温度为650~800℃、应变速率为0.01~1 s^(-1)时的热变形行为进行研究,建立了Zr-Sn-Nb-Fe合金应变补偿型Arrhenius本构模型,并评估了该模型的预测能力。结果表明,Zr-Sn-Nb-Fe合金是一种对温度和应变速率较敏感的材料,其流变曲线呈现为动态再结晶型,流动应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。采用本文所建本构模型对Zr-Sn-Nb-Fe合金的流动应力进行预测,结果显示,各工艺参数下流动应力预测值与实验值均吻合良好,模型预测值与实验值的平均相对误差绝对值为4.77%,相关系数为0.9883,表明模型的预测精度较高。

高强汽车中锰钢的热压缩变形行为研究

目的为第三代汽车中锰钢工业化生产的加工工艺制定提供参考。方法采用Gleeble-3800型热力模拟试验机对汽车用中锰钢进行了变形温度900~1150℃、应变速率0.1~20 s^(-1)的热压缩变形处理(变形量为50%),基于不同热压缩变形条件下的应力应变数据建立中锰钢的流变应力本构方程,并对本构方程进行应变补偿,验证考虑应变补偿的流变应力本构方程预测值与试验结果的一致性。结果应变速率不变时,中锰钢的峰值应力随着变形温度的升高逐渐减小;变形温度不变时,中锰钢的峰值应力随着应变速率的增大整体逐渐增大。在变形温度900~1150℃、应变速率0.1~20 s^(-1)的条件下,汽车用中锰钢考虑应变补偿的流变应力的散点预测值与实测值吻合较好;进行应变补偿处理后,汽车用中锰钢流变应力本构方程的相关系数为0.986,绝对平均误差3.36%,相较于未考虑应变补偿的流变应力本构方程,考虑应变补偿后相关系数变大,绝对平均误差变小。结论考虑应变补偿的流变应力本构方程可以对汽车用中锰钢热压缩变形过程中的流变行为进行准确预测。