Gleeble-3500热/力模拟压缩试验若干问题的分析与处理

Gleeble-3500型热/力模拟试验机在更换液压楔进行压缩试验时易出现应变速率、应变量达不到程序设定的要求以及试样变形不均匀、鼓形等问题,对此进行了分析和处理。结果表明:通过采用调整试样夹持力、充入氩气保护气体、修改变形程序、保证砧子和试样之间的良好润滑等改进措施可以解决以上问题。

电子背散射衍射技术在热模拟压缩研究中的应用

简要介绍电子背散射衍射(EBSD)的基本原理和特点,综述电子背散射衍射技术在热模拟压缩研究中的应用,列举电子背散射衍射分析纯金属及合金材料经热模拟压缩后的组织演变实例,包括织构及取向差分析、晶粒尺寸及动态再结晶分析、物相分析、应变分析等。分析EBSD技术存在的问题及发展方向,未来EBSD技术将会与多种分析技术相结合,不断扩大高分辨率微观晶体结构分析的应用范围,最终广泛应用到热模拟压缩研究中。

运用热模拟压缩试验确定精确的金属流动方程

研究分析在用压缩试验确定金属高温塑性流动方程时影响流动应力、应变值精度的主要因素即试样表面摩擦与变形温升，并提出了相应的修正方法。

挤压态AZ81镁合金的热压缩变形行为

在温度为320-440℃、应变率为0.001-1 s-1的变形条件下,采用Gleeble-1500热模拟机对挤压态AZ81镁合金的热压缩变形行为进行研究。结果表明：挤压态AZ81镁合金的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变率的升高而升高,且随应变的增加,流动应力很快达到峰值,然后逐渐降低并趋于稳定。为评价挤压态AZ81镁合金在热模压成形过程中流动应力,结合Arrhenius方程并引入Zener-Hollomon参数,对流动应力做出相应的修正,根据修正后的流动应力构建挤压态AZ81镁合金流变应力高温变形本构模型。模拟结果表明：该模型的应力预测值与试验值吻合较好,计算精度较高,为后续的模压近/净终成形工艺参数的制定提供一定的理论参考。

高强无磁不锈钢Cr21Ni13Mn5Mo2N的热加工特性

利用Gleeble 3800热模拟机对奥氏体不锈钢Cr21Ni13Mn5Mo2N进行热压缩实验,研究该钢种的高温变形与应变速率以及温度的关系,建立了双曲正弦本构方程,最终得到其热激活能为679.58 kJ/mol,应变速率因子Z=εexp(679580/R T)。实验结果表明,在950~1200℃,0.01~10 s^(-1)条件内,材料变形过程均发生动态再结晶,在950℃,应变速率为0.1 s^(-1)条件下,再结晶开始的变形量为10%。流变应力随温度升高及应变速率降低呈现明显下降趋势,由950℃、10 s^(-1)时的326 MPa降低至1200℃、0.01 s^(-1)时的75 MPa。结合微观组织分析及锻造试验,对压缩试样开裂问题进行深入探究,结果表明晶界处碳、氧化物的聚集恶化晶界塑性,导致热变形过程中在该处形成裂纹源并逐步扩展。通过热处理和热变形试验,确定Cr21Ni13Mn5Mo2N电渣锭在1170℃固溶6 h后晶界碳、氧化物消除,电渣锭晶界处结合力明显提升,成功消除锻造开裂问题,实现锻造成材率大幅提升。

基于有限元分析的铝合金热变形损伤行为研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对2024铝合金进行了变形温度为723 K、应变速率为1·s^(-1),不同压下量下的热模拟压缩试验,结合Deform 3D有限元软件对此变形条件下的材料热变形损伤参数进行了分析。试验过程中随着压下量的增加,试样鼓肚不断增大,最后发生开裂。模拟结果显示,随着加载压下量的增加,试样的等效应力值逐渐升高;损伤值也不断提高,主要分布在试样鼓肚位置,对比试验可以确定2024铝合金的损伤临界值在0.121~0.272。从应力三轴度分布结果可以发现,试样的开裂与拉应力状态的出现有关。

镍基高温合金GH4133B本构模型及热加工图的热模拟研究

在Gleeble-1500D热模拟试验机上对镍基高温合金GH4133B进行变形温度为940~1060℃,应变速率为0.001~1 s^(-1),变形量为50%的热模拟压缩实验,并对不同工艺参数下的变形试样进行微观组织观察。结合Arrhenius双曲正弦型方程并引入Zener-Hollomon参数,构建该合金热变形的本构模型,绘制热加工图。获得该合金的热变形激活能为448 kJ/mol,在温度为1020℃,应变速率为1 s^(-1)时,功率耗散达到峰值。基于本构模型的建立和热加工图的绘制等热模拟压缩研究结果和微观组织测试结果,确定GH4133B镍基高温合金最佳的热加工变形温度和应变速率分别为1020~1060℃和0.01~0.1 s^(-1)。

Al-4.8Mg合金热变形后的静态软化行为研究

本文采用Gleeble热压缩模拟试验与金相检测,研究了Al-4.8Mg合金热变形后的静态软化行为。研究结果表明:Al-4.8Mg合金双道次热压缩过程中,材料经过第一道次热压缩及道次间停留后,第二道次流变应力相比第一道次呈现出阶梯状下降特征;提高第一道次的变形温度、应变速率、应变量及延长道次间隔时间,均可提升道次间静态再结晶程度,促进道次间的静态软化。根据实验结果建立了Al-4.8Mg合金的静态再结晶动力学方程,方程计算值与试验值的平均相对误差仅为3.8%。

节镍型高氮奥氏体不锈钢热压缩行为研究

通过Gleeble-3800热模拟机对高氮节镍型奥氏体钢进行热压缩试验。研究了该钢种的高温变形与应变速率以及温度的关系。并通过数学模型建立了本构方程和参数Z的表达式,应用数学方法计算出变形表观激活能,为823.31 k J/mol。

HMn62-3-3合金的热变形行为及热加工图

通过Gleeble-1500热模拟机在500~600℃、应变速率0.01~10s^(-1)条件下的近等温热模拟压缩试验,建立合金本构方程和热加工图。结果表明:HMn62-3-3合金在热变形过程中发生动态再结晶行为,其峰值应力随变形温度的升高或应变速率的降低而降低;采用Arrhenius方程能够较好地拟合HMn62-3-3合金的流变行为,其热变形激活能为201.525kJ·mol^(-1);根据DMM模型,计算并建立了HMn62-3-3材料的热加工图,由此确定热变形过程中的最佳工艺参数为变形温度610~640℃,应变速率为2~10s^(-1)。

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。

新型Ti-Al-Zr-Nb-Mo-Si钛合金热变形行为及基于BP神经网络模型的本构关系研究

通过热压缩模拟实验,研究了一种新型Ti-Al-Zr-Nb-Mo-Si高强度、高弹性模量钛合金在温度为950~1150℃、应变速率为0.05~1 s-1条件下的流变行为。真应力-真应变曲线表明,变形温度、应变速率对该合金的流变应力影响显著。基于实验数据,利用包含应变参量的双曲正弦型Arrhenius方程和BP人工神经网络模型分别构建了变形参数和流变应力的本构关系,并对两种模型进行了对比评价。结果表明,两种模型的平均相对误差值分别为11.21%和2.163%,整体上均可以较好地预测Ti-Al-Zr-Nb-Mo-Si钛合金热压缩流变应力;但相对传统Arrhenius方程,BP人工神经网络模型具有更高的精度和可靠性。

固相回收SiC_p/ZK60镁基复合材料的高温压缩变形行为

在温度为360～450℃、应变率为0.001～1 s^-1的变形条件下,采用 Gleeble-1500D热模拟机对固相回收 SiCp/ZK60镁基复合材料的高温压缩变形行为进行研究。结果表明：固相回收 SiCp/ZK60的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变率的升高而升高,且随应变的增加,流动应力很快达到峰值,然后逐渐趋于稳定。固相回收SiCp/ZK60热压缩变形应力指数为3.348,变形激活能为64.97 kJ/mol,其高温压缩流变应力模型为ε^·=4.69×10^4[sinh（0.051σ）]^3.348 exp（-64790/（RT））；本试验条件下,固相回收 SiCp/ZK60的流变应力模型可以用 Zener-Hollomon参数的双曲线函数形式进行描述。

TC21合金基于不同失稳判据的热加工图研究

利用Gleeble-3800热压缩模拟试验机,对TC21合金在830~1010℃、0.0005~10s-1条件下进行了热压缩试验。以试验数据为基础,以Arrhenius热变形本构关系模型推导、不同失稳判据下的热加工图的构建为研究主线,获得了该合金不同热变形工艺参数下的本构关系模型和不同失稳判据(Gegel、Malas、Prasad、Murty、Semiatin失稳判据)下的热加工图,并对上述5种失稳判据的理论依据及预测结果进行了分析。应用热加工图理论并结合微观组织,预测了该合金的适合成形加工区和流变失稳区,为TC21合金热加工工艺参数进行了科学合理的优化。

应用Zener－Hollomon因子探讨Ti－17的高温压缩行为

用热模拟压缩方法测得Ｔｉ－１７合金在温度为８０５～９４５℃、应变速率ε为１０－３～８０ｓ－１、变形程度。在５０％范围内的真应力─应变曲线，研究了不同温度、不同应变速率下的流动应力及组织变化规律。发现：β区变形是以扩散国复型变形机制占主导地位，在高温、低应变速率下易发生连续再结晶；在（α＋β）两相区变形以位错滑移机制为主，低温、高应变速率时发生动态再结晶；近β区是两种机制的综合作用。试验还应用Ｘｉｎｅｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ因子确定了发生连续再结晶的临界因子ｌｏｇＺｃ＝４１．２，从而表明连续再结晶与高温回复形成亚结构有关。

基于应变影响的7A09铝合金等温压缩流动应力模型

在Gleeble-1500型热模拟压缩机上研究7A09铝合金在温度为633~733 K、应变速率为0.01~10.0 s-1、最大变形程度为60%条件下的高温流动行为;基于7A09铝合金高温压缩时的流动应力特征,建立反映应变影响的7A09铝合金流动应力模型。结果表明：随着变形温度的升高和应变速率的降低,合金的流动应力显著降低;当应变超过一定值后,随着应变的增加,高、低应变速率下合金的流动应力变化趋势不同;建立的流动应力模型的计算值与实验值之间的最大误差为7.77%,平均误差为2.69%;与不考虑应变影响的流动应力模型相比,该模型的拟合精度高,能较好地描述7A09铝合金高温变形过程中的流动行为,为铝合金高温变形过程的数值模拟奠定了较好的基础。

摩擦作用对铝合金热变形的影响研究

基于Deform 3D有限元软件对铝合金2024热模拟试验进行了模拟,研究了摩擦作用对铝合金变形的影响,分别对变形鼓肚、应力、应变和变形损伤进行了分析。研究发现由于摩擦作用的存在,对变形鼓肚、等效应力、应变及损伤均有不同程度的影响;随着摩擦系数的增加,所引起的鼓肚幅值也越大,应力和应变的最大值和最小值之间的差异越大,应力应变均匀性相对降低,且损伤最大值越大。

热变形过程中35Mn2钢奥氏体动态再结晶行为的研究

以35Mn2合金钢为研究对象,采用Gleeble-3500热模拟试验机对其进行热模拟压缩试验,分析不同变形条件下的应力-应变曲线,揭示试验钢动态再结晶过程中的本构关系。结果表明,35Mn2合金钢在不同变形条件下发生了动态再结晶,其机理是由扩散控制的位错攀移。

热变形参数对TC11合金微观组织的影响

在Gleebe-1500型热模拟试验机上进行了TC11合金在变形温度1023～1233K、应变速率0.001～10.0s-1、变形程度30%～70%时的热模拟压缩试验。结果表明,在α+β两相区变形时,变形温度对初生α相晶粒尺寸有影响;高应变速率下变形时,在一定的变形温度下合金内部将发生动态再结晶,且随变形程度增大,再结晶温度逐渐降低。同时,应变速率、变形程度和变形温度对合金动态再结晶发生的影响逐渐减小;确定了合金发生动态再结晶的最佳变形参数是在应变速率1.0 s-1附近,变形程度约50%,变形温度1123～1213K。

AA7085铝合金动态再结晶临界条件研究

在250~450℃的温度范围和0.01~10s-1的变形速率范围内,对 AA7085超高强铝合金进行了单向热压缩模拟实验,研究了其热变形行为以及动态再结晶的临界条件。研究表明,AA7085铝合金其流变应力随着变形温度的升高和变形速率的下降而降低,其变形激活能较低,为175 kJ/mol,有利于进行热塑性加工,高于纯铝的自扩散激活能（165kJ/mol）,材料内部发生了动态再结晶；其临界应变随着变形温度的上升而减小,随着变形速率的增加而增加,根据热力学不可逆性原理,获得了 AA7085铝合金的动态再结晶的临界条件,并分析了热变形过程中的组织变化规律。