基于人工神经网络的微合金钢热轧奥氏体晶粒尺寸模型的研究

基于人工神经网络原理，对微合金钢热轧控制参数的选取进行了研究．利用Gleeble－1500热力模拟机提取了轧制温度、应变量、应变速率和相应的应力应变曲线，并通过显微组织观察获取了实验后样品断面的奥氏体晶粒尺寸．通过归一化把实验所得数据进行处理．采用BP算法训练网络，对热轧控制参数（轧制温度、应变量、应变速率）和奥氏体晶粒尺寸之间的映射关系进行了函数逼近，建立了奥氏体晶粒尺寸神经网络模型．根据网络估测的结果可定量地进行热轧控制质量预报．

Cu-Ni-Si-Ag合金动态再结晶数学模型

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,采用高温等温压缩试验,对Cu-2.0Ni-0.5Si-0.15Ag合金在应变速率为0.01～5.00s-1、变形温度为600～800℃、最大变形量为80%条件下的动态再结晶行为以及组织转变进行了研究。根据σ-ε曲线确定了不同变形条件下该合金的动态再结晶体积分数,并利用该体积分数建立了合金的动态再结晶动力学数学模型。该合金动态再结晶的显微组织受变形速率的影响,动态再结晶晶粒尺寸D与Z参数满足如下关系:Ddyn=0.59×103Z-0.08。

49MnVS3非调质钢静态再结晶模型研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上对非调质钢49MnVS3进行双道次压缩试验,研究其静态再结晶行为。采用0.2%补偿法计算了静态再结晶体积分数,分析工艺参数对静态再结晶行为的影响,建立了静态再结晶动力学模型。在Gleeble-1500热模拟试验机上对非调质钢49MnVS3进行一次与双道次压缩工艺参数相同的单道次压缩试验。对试样进行金相分析建立了静态再结晶晶粒尺寸模型。结果显示,模型的预测值与试验值吻合较好,可为优化生产工艺参数提供理论依据。

低合金钢Q345E静态再结晶模型研究

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对低合金高强度结构钢Q345E进行高温双道次热压缩试验,研究不同变形参数下Q345E钢在变形奥氏体区的软化行为,分析各变形参数对该钢静态软化的影响。通过采用0.2%应力补偿法计算得到静态再结晶百分数,确定了Q345E钢的静态再结晶激活能,建立了静态再结晶动力学方程和晶粒尺寸演变模型。

GH4720Li合金粗晶组织热变形细化预测研究

目的研究不同变形参数下GH4720Li合金动态再结晶行为,建立GH4720Li合金粗晶组织动态再结晶细化的预测模型,为铸态初轧GH4720Li合金锻造工艺参数制定、粗晶组织消除、细晶组织获得提供理论支撑。方法在温度为1030~1150℃、应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下,对铸态初轧GH4720Li合金粗晶组织进行了热压缩实验,分析了不同变形参数下合金的动态再结晶行为。研究了合金动态再结晶演化机制,构建了GH4720Li合金粗晶组织动态再结晶预测模型和晶粒尺寸模型,并结合实验对模型的准确性进行了验证。结果在合金热压缩过程中,流变应力表现出明显的加工硬化、动态回复和动态再结晶软化平衡特征,粗晶组织动态再结晶细化程度可以通过流变应力变化间接反映。根据应力-应变数据计算得到合金的热变形激活能为1230.48 kJ/mol,确定了Z参数与峰值应变和临界应变之间的关系,发现峰值应变和临界应变与Z参数均呈线性关系。通过观察合金微观组织发现,在变形过程中发生了非连续动态再结晶和连续动态再结晶,2种变形机制共同影响着粗晶组织的演化,所建立的动态再结晶细化模型和动态再结晶晶粒尺寸模型与实验值最大相对误差仅为8.5%和8.9%。结论所建模型的预测结果与实验结果基本一致,模型预测值具有较高的准确性,可以利用所建模型对合金动态再结晶细化进行定量预测。

30Cr2Ni4MoV低压转子钢的静态再结晶行为

在Gleeble-1500D热模拟实验机上,使用双道次热压缩的方法,研究了30Cr2Ni4MoV低压转子钢在高温变形时的静态再结晶行为。讨论了变形温度、应变、应变速率与原始晶粒尺寸对其静态再结晶的影响。根据实验结果,建立了30Cr2Ni4MoV钢静态再结晶动力学模型以及静态再结晶晶粒尺寸模型。实验结果表明:间隔时间越长、变形温度越高、应变和应变速率越大,静态再结晶体积分数越大;变形温度越低、应变越大、原始晶粒尺寸越小,静态再结晶晶粒越细小。

铸态AZ31B镁合金热变形研究

以铸态AZ31B镁合金材料为基础,采用Gleeble-1500D热变形模拟试验机对铸态AZ31镁合金在250、300、350、400℃,应变速率0.005、0.05、0.5 s-1条件下的再结晶行为进行研究,建立了热变形方程,再结晶运动学模型、晶粒尺寸模型。结果表明:在较高温度或较低应变速率下可得到较为细小的晶粒,从而对减小晶界处的孪晶位错密度,为后期轧制铸轧镁板生产过程中降低边裂产生的概率提供依据。

高铁螺纹道钉钢TD16静态再结晶行为研究

利用双道次热压缩实验,在Gleeble-3500型热模拟机上研究了金属材料高铁螺纹道钉钢TD16的静态再结晶行为,分析了不同变形温度、应变、应变速率和初始晶粒尺寸对高铁螺纹道钉钢TD16的静态再结晶体积分数的影响。借助金相显微镜,对单道次热压缩后的试样进行微观组织分析,获得静态再结晶晶粒尺寸。基于实验数据进行线性回归分析确定材料的相关参数,从而建立了高铁螺纹道钉钢TD16静态再结晶的动力学模型和晶粒尺寸模型。通过不同热变形工艺参数下高铁螺纹道钉钢TD16静态再结晶动力学模型预测值与实验值的对比可知,实验数据与预测数据吻合良好,从而较好的验证了高铁螺纹道钉钢TD16动力学模型的正确性。

2024铝合金板材高温拉伸流变行为和微观组织演化研究

目的研究高温拉伸应力状态下,2024铝合金板材的流变行为和微观组织演化行为。方法对退火后的2024铝合金板进行等温拉伸试验,得到其应力应变曲线,并通过金相实验测定平均晶粒尺寸。建立了2024铝合金板材高温拉伸条件下的流变应力本构关系和晶粒尺寸模型。结果流变应力随温度的升高而减小。流变应力对应变速率有正的敏感性,随着温度的升高,应变速率敏感系数变大。变形后的平均晶粒尺寸随Zener-Hollomon参数升高而减小,随应变量的增加先减小后增大。结论所建立的流变应力本构关系和晶粒尺寸模型,有助于在实际生产过程中优化工艺参数,获得细小晶粒,提高零件性能。该研究为2024铝合金板材热成形工艺的开发和组织控制奠定了理论基础。

SA508 Gr.3Cl.1钢动态再结晶行为研究

通过在热模拟试验机Gleeble-1500上对SA508 Gr.3Cl.1钢进行变形温度为950~1 200℃、应变速率为0.001~1 s;的等温压缩试验,研究了其在高温热变形时的动态再结晶行为。基于P-J法确定了临界应力和临界应变,建立了其与热变形参数Z之间的数学模型。基于改进的Avrami方程建立了SA508 Gr.3Cl.1钢的动态再结晶动力学模型。以变形温度和应变速率为变量建立了动态再结晶尺寸模型。研究结果表明:SA508 Gr.3Cl.1钢在高温低应变速率下,更容易发生动态再结晶。在动态再结晶进行充分的情况下,温度越高,应变速率越低,动态再结晶晶粒尺寸越大。动态再结晶尺寸模型计算值与试验值之间的相关系数达0.97。

38CrMoAl钢的静态再结晶行为

在Gleeble-1500热力模拟试验机上对38CrMoAl钢进行了双道次热压缩实验,研究了不同变形参数条件下38CrMoAl钢的静态再结晶行为。对实验得到的流变应力曲线进行分析,并使用金相显微镜对压缩后试样的微观组织进行观察。讨论了应变、应变速率、变形温度和初始晶粒尺寸等不同因素对38CrMoAl钢的静态再结晶行为的影响。采用0.2%应力补偿法计算了不同变形条件下38CrMoAl钢的静态再结晶分数。通过对实验数据进行线性回归分析,建立了38CrMoAl钢的静态再结晶动力学模型和晶粒尺寸模型。模型的计算结果与实验结果吻合良好,验证了所建立的38CrMoAl钢静态再结晶动力学模型和晶粒尺寸模型的准确性。

GH4742合金高温变形过程的动态再结晶研究

金属材料合金在高温变形过程中,往往会发生动态再结晶行为。动态再结晶行为是当金属材料变形储能释放,通过形核与长大方式形成新的无畸变的新晶粒的过程,能够显著提高金属材料的热成形加工性能。因此,对于难加工金属材料在优化其热变形工艺参数时,对于动态再结晶行为格外关注。文章选取难变形GH4742合金为研究对象,通过设计不同工艺条件下的热压缩试验,对该合金在温度范围900~1100℃,不同应变速率下的动态再结晶行为进行研究。通过理论计算与模型推导,建立该合金在上述热变形条件下的动态再结晶晶粒尺寸模型、临界应变模型和动力学模型,揭示GH4742合金发生动态再结晶时的临界应变量与临界晶粒尺寸,从而为该合金热变形工艺参数优化提供理论依据有数据支撑。

基于元胞自动机AZ31镁合金微观组织模型

以AZ31镁合金在热压缩过程中微观组织演变为基础,结合元胞自动机模型(CA),建立了镁合金变形过程中再结晶晶粒尺寸模型和动态再结晶百分数模型。通过对铸态AZ31镁合金在不同变形条件下的热压缩实验,推导出镁合金的位错密度模型、临界位错密度模型、形核率模型和晶粒长大模型。结合元胞自动机具体演变规则,建立元胞自动机模型,并利用应力应变曲线及晶粒大小验证元胞自动机的模拟结果,验证该模型的准确性,结合实验数据和JMAK理论,推导出再结晶晶粒尺寸模型和动态再结晶百分数模型。借助DEFORM-3D分析软件得到镁合金在变形过程中,晶粒尺寸分布的变化情况以及动态再结晶百分数分布的变化情况。

TC21钛合金动态再结晶行为的元胞自动机模拟

为研究热加工工艺不同变形参数对TC21钛合金塑性成形过程中微观组织的影响,利用Gleeble-3500型热模拟试验机进行等温恒应变速率热压试验,研究了TC21钛合金在不同变形条件下的热变形行为;并以TC21钛合金在热压缩过程中微观组织演变为基础,通过对TC21钛合金的位错密度模型、再结晶形核和晶粒长大模型的推导,建立了元胞自动机模型,并基于元胞自动机模型对TC21钛合金β单相区变形过程中的动态再结晶行为进行了模拟和验证。结果表明:该合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的升高而增大;结合元胞自动机模拟结果分析得,在β单相区内该合金动态再结晶体积分数与变形温度成正比,而与应变速率成反比。

铸态30Cr2Ni4MoV钢的静态再结晶行为

通过采用双道次热压缩的实验方法,在Gleeble-1500D热模拟机上对铸态30Cr2Ni4MoV钢在高温变形时的静态再结晶软化行为进行研究。根据实验结果,分析变形温度、初始晶粒尺寸以及道次间隔时间等不同工艺参数对铸态30Cr2Ni4MoV钢静态软化行为的影响;构建该铸态材料的静态再结晶动力学模型及晶粒尺寸模型,获得该铸态材料的再结晶激活能为207.39 k J·mol-1。通过实验结果可知：该铸态材料的静态再结晶体积分数随温度的升高、应变的增加、应变速率的加快和道次间隔时间的不断延长而增加,却几乎不受初始晶粒尺寸的影响。对比分析热压缩所得到的实验值与该模型的计算值,验证了所建模型的准确性。

17CrNiMo6钢的静态再结晶行为

采用Gleeble-1500热模拟试验机,在压缩温度为950~1050℃(间隔50℃)、预应变为0.1~0.2(间隔0.05)、应变速率为0.01~1 s^(-1)、不同原始晶粒尺寸和道次间隔时间条件下,对17CrNiMo6钢进行双道次热压缩试验。讨论了道次间隔时间、压缩温度、预应变、应变速率和原始晶粒尺寸对17CrNiMo6钢静态再结晶行为的影响。根据回归分析得到静态再结晶在不同变形条件下的流变应力曲线,结合压缩后试样的显微组织,建立了17CrNiMo6钢静态再结晶动力学模型和晶粒尺寸模型。结果表明,17CrNiMo6钢静态再结晶体积分数随压缩温度、间隔时间、预应变和应变速率增加而增大;静态再结晶晶粒尺寸随压缩温度和原始奥氏体晶粒尺寸增加而增大,随预应变和应变速率的增加而减小。通过对比所建模型的预测值与热压缩所得的试验值,发现二者较为吻合,验证了模型的准确性。

10钢热变形过程动态再结晶行为

在Gleeble-1500热模拟实验机上进行单道次压缩实验,试样的尺寸为Φ10 mm×15 mm,压缩变形温度为900~1200℃,应变速率为0.01~10 s^(-1),压缩量为63.2%(真应变为1.0)。结果表明:10钢在高温单道次压缩实验过程中应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的升高而升高,且在热变形过程中发生了动态再结晶现象。在此研究基础上,得到了10钢的动态再结晶临界应变模型;根据真应力-真应变曲线,计算动态再结晶体积分数,构建了10钢动态再结晶动力学模型;根据金相统计晶粒尺寸,建立了10钢动态再结晶晶粒尺寸模型。引入平均相对误差绝对值(AARE),验证10钢动态再结晶晶粒尺寸方程的拟合效果,得到AARE=6.32%,说明拟合效果良好。