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。

动态再结晶对纯镍热压连接界面结合率的影响

为研究热压连接过程中显微组织演化与连接界面结合效果的关系,以纯镍试棒为载体进行单向热压模拟实验。通过采用不同温度和变形速率的组合,触发不同类型的不连续动态再结晶;对热压后的试棒进行室温拉伸测试和显微组织表征。结果表明:纯镍在动态再结晶过程中,当热压温度高至1100℃和热压变形速率低至0.001 s^(-1)的组合易于触发晶界弓出的再结晶方式,分体试棒连接界面的迁移效应显著,得到高的结合率;而当热压温度低至800℃和热压变形速率高至0.01 s^(-1)时易于产生亚晶合并的再结晶方式,其对界面迁移的影响相对较弱,分体试棒的界面结合率较低。亚晶合并耦合多相场法的界面迁移模型分析同样表明,亚晶合并形核仅能消除小角度晶界,而对大角度晶界(如连接界面)的消除效果较弱。

Ti-6Al-4V钛合金超塑成形连续动态再结晶机理及亚晶粒转动

研究Ti-6Al-4V合金在超塑性成形过程中的连续动态再结晶机理,并重点研究取向差演变机制。在温度为890、920和950℃,应变速率为10^(-4)~10^(-2)s^(-1)的条件下进行拉伸试验,采用电子背散射衍射与本构模型相结合的方法描述显微组织演变。几何必需位错在小角晶界处形成过程中起作用。此外,小角晶界转化为大角晶界的机制包括:(1)大角晶界向小角晶界的迁移;(2)由动态回复不充分的残余位错在小角晶界处聚集;(3)亚晶粒的旋转也会促进晶粒形核。基于物理本构模型的计算结果,验证在小角晶界转变为大角晶界前亚晶粒会发生旋转。特别地,在晶界角取向差的演化过程中,位错运动在取向差达到饱和值前起主导作用,否则亚晶粒旋转将起主导作用。

镍基高温合金的连续动态再结晶形核机制和退火孪晶演变与晶粒生长的关系

采用电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)技术对镍基高温合金热压缩变形行为进行了表征。所研究的高温合金在热压缩变形后的主要组织特征是亚晶粒、动态再结晶(DRX)核、DRX晶粒生长和退火孪晶的发展。考虑到变形晶粒之间的近似取向和动态再结晶结果,在低温和高应变率下,除了孪晶辅助再结晶形核外,以亚晶粒结合和旋转为特征的连续动态再结晶(CDRX)形核机制也起着主要作用。MC和γ′析出相在低温(900和1000℃)时促进了DRX的形核,但阻碍了再结晶的生长。高变形温度下的晶粒生长依赖于大角度晶界迁移引起的晶粒相互吞并,这消耗了部分退火孪晶,只有少数退火孪晶在取向偏转后保持稳定。

工业纯Al高温扭转时的动态回复和动态再结晶

工业纯Ａｌ在５．０ｓ－１的恒表面应变速率条件下，４００℃及以下温度变形时，仅发生动态回复，形成近似等轴亚晶组织；４５０℃以上变形时，主要软化机制为动态再结晶，大变形后，形成与原始粗晶组织不同的细小均匀的动态再结晶晶粒．高温扭转时的等效应力－应变曲线呈现周期性锯齿流变特征．线性回归结果表明，回复亚晶尺寸和Ｚｅｎｅｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ参数间满足Ｈａｌｌ－Ｐｅｔｃｈ关系．

动态回复/再结晶制备亚微米级超微细晶粒中碳钢

采用Gleeble3500热模拟压缩试验机进行了平面应变压缩实验，研究了中碳钢在变形温度500～800℃．应变速率0．1～50s^-1条件下的变形行为与组织演化规律。结果表明：铁素体晶粒在强塑性应变条件下，存在两种动态软化类型的应力一应变曲线，其细化主要通过动态回复和再结晶完成。中碳35钢在大变形高Z值条件下可以有效获得小于1μm的超微细铁素体晶粒。分析数据后得到数学模型且计算了铁素体形变激活能（Q=273154kJ／mol）。

IC10合金的动态回复/再结晶本构行为研究

对IC10合金在1073~1373K范围内、不同应变率下开展了拉伸试验研究,试验结果表明:IC10合金在1073K附近表现出明显的动态回复力学特征,在1173~1373K范围内则表现出明显的动态再结晶特征。通过透射电子显微镜对试验样品进行观察,研究了IC10合金变形机理,结果表明,在1073~1373K范围内,IC10合金变形过程中螺位错和刃位错可动性相当,并在γ′相边界逐步形成一些胞状亚晶结构。最后,将工程中应用广泛的Sellars模型应用于描述IC10合金在1073~1373K范围内、不同应变率下的力学行为,预测结果与试验结果的平均相对误差值不超过5%。

高温变形时 Al_(67)Mn_8Ti_(25) 的动态回复和动态再结晶

采用透射电子显微术研究了Ａｌ６７Ｍｎ８Ｔｉ２５金属间化合物高温拉伸变形后的显微组织．结果表明，该合金在１１７３Ｋ和８．３５×１０－５ｓ－１条件下的塑性变形过程是以动态回复为主，变形后晶粒内存在较高密度的位错、位错墙和位错网络；而在１１７３Ｋ及３．３４×１０－５ｓ－１条件下合金则发生了动态再结晶，变形后的组织为动态再结晶形成的新晶粒，晶粒内包含有稳定的亚晶界．Ａｌ６７Ｍｎ８Ｔｉ２５合金高温塑性变形是一典型的速率控制过程．由于该合金中的位错运动及与原子扩散有关的过程进行较为困难，故只有在足够高的温度和低的应变速率条件下才发生动态回复和动态再结晶，同时合金获得较高的拉伸塑性．

GH4169超塑性变形中的位错、动态回复和再结晶

在不同变形条件下,对GH4169细晶板材进行了超塑性拉断试验和不同应变量拉伸试验,采用TEM研究了GH4169超塑性变形中的位错、动态回复和再结晶行为.

Hi-B钢动态再结晶的研究及动态回复模型的建立

采用单道次热压缩实验在Gleeble-1500热力模拟机上研究了不同变形速率和变形温度下Hi-B钢的软化行为。结果表明,试验钢在较低应变速率下,主要以动态回复作为软化机制,在较高应变速率下,主要以动态再结晶作为软化机制。采用回归法计算出动态回复的变形激活能和应变指数分别为287.12 k J/mol和4.88,由此建立了试验钢在低应变速率下的动态回复模型。

动态回复和再结晶获得超细晶粒低碳低合金钢

利用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了低合金钢在Ac1点以下大变形量应变(ε=1.5)过程中铁素体晶粒的细化机理,经过扫描电镜观察以及EBSD测定,其平均晶粒尺寸已细化到2μm以下,晶界主要以大角晶界为主,表明所形成的铁素体晶粒为稳定态的组织.在接近奥氏体区的温度,铁素体晶粒在强烈塑性应变条件下,其细化主要通过铁素体动态回复和再结晶完成,热加工参数Z=4×1016s-1,在Z>1×1016s-1条件下,铁素体通过动态再结晶进行细化是可以实现的.

钛合金热变形时的动态回复和再结晶

对于α＋β及亚稳β钛合金，传统的轧制或镏造等热变形加工通常在α＋β两相区和β单相区送行，在热变形过程中发生动态回复和动态再结晶。对β和α＋β相区热变形组织的研究表明，变形早期动态回复形成的β亚晶界（小角度晶界），在进一步变形后变成大角度晶界。经过连续动态羁结晶，晶界结构发生变化。但钛合金热变形过程中动态回复组织需要根据动态再结晶机制进行检验。

K418/42CrMo连续驱动摩擦焊接头动态再结晶研究

采用连续驱动摩擦焊对K418/42CrMo进行焊接,对焊接接头金相组织等进行分析。结果表明:K418/42CrMo焊缝冶金结合面积大,42CrMo钢发生软化并流动,K418合金侧紧靠焊缝处组织发生再结晶,晶粒组织呈细小均匀的等轴晶特征。

7075铝合金热变形时动态再结晶晶粒度演化模型

7075铝合金在热变形过程中主要发生连续动态再结晶，在温度为250-450℃、应变速率为0．1～1s^（-1）的条件下，对多组圆柱试样进行热模拟压缩实验。采用金相定量法对热变形后材料的显微组织晶粒度进行测量，建立7075铝合金热变形时动态再结晶晶粒度演化模型。结果表明：根据唯象理论的指数模型，利用线性回归方法求得7075铝合金热塑性变形组织晶粒度的演化模型；将该模型导入到有限元软件中能够预报7075铝合金热变形过程的连续动态再结晶晶粒度；预报结果与实验结果非常接近，说明将该演化模型导入有限元软件中可以较为准确地预测7075铝合金热变形过程动态再结晶晶粒度。

TB17钛合金β相区动态再结晶行为及转变机理

通过Gleeble-3800热压缩模拟试验机对TB17钛合金β相区进行热压缩实验,研究该合金β相区的动态再结晶行为及转变机理。结果表明:TB17钛合金在β相区变形时会发生动态回复(DRV)与动态再结晶(DRX)。不同应变速率下存在两种动态再结晶形核位置,低应变速率下主要在晶粒内部形核,高应变速率下主要在晶界附近形核。通过EBSD和TEM分析可知,在低应变速率下发生连续动态再结晶(CDRX),其发生的主要形式为亚晶合并转动。高应变速率下发生不连续动态再结晶(DDRX),发生的主要形式为晶界剪切伴随着亚晶转动。尽管两种动态再结晶的转变方式不同,其本质都是通过位错的增殖、滑移和胞状结构演化形成新的动态再结晶晶粒。

6082铝合金热变形过程中的动态再结晶行为

借助电子背散射衍射(EBSD)和透射电子显微镜(TEM)研究6082铝合金在623~773 K和0.01~5 s^−1条件等温热压缩时的动态再结晶行为。结果表明:6082铝合金真应力−应变曲线虽无明显单峰值特征,但仍发生动态再结晶,并且动态再结晶程度与Z参数紧密相关。在ln Z=24.9014(723 K,0.1 s^−1)热压缩时,动态再结晶体积分数最高,为38.6%。应用加工硬化率确定了动态再结晶初始临界应变,建立临界应变与Z参数之间的定量关系,得到动态再结晶临界应变方程。结合EBSD分析测试结果建立6082铝合金动态再结晶动力学模型。微观组织分析发现,原始晶粒内形成的亚晶结构随着变形的进行持续吸收位错,其取向差不断增大至大角度晶界,从而形成新的再结晶晶粒。在原始晶界附近通过亚晶界迁移引起亚晶粗化,使其小角度晶界形成大角度晶界的连续动态再结晶是其动态再结晶的主要机制。

等通道转角挤压7075铝合金动态再结晶组织晶粒度预报与性能分析

采用等通道转角挤压(Equal channel angular pressing,ECAP)对7075铝合金试样进行挤压,利用有限元软件对ECAP的连续动态再结晶组织晶粒度预报,探索模拟分析与试验分析相结合的方法,研究7075铝合金ECAP过程的组织晶粒变化规律,并对ECAP后的试样与初始样进行室温拉伸力学性能测试和采用扫描电镜断口形貌观察。模拟结果表明:经过一道次ECAP后试样的晶粒大小明显细化,从初始的40μm减小到24.6μm。采用ECAP法挤压7075铝合金试验,试样的头部P1、中部P2和尾部P3三处晶粒尺寸分别为23.8μm、23.7μm、23.9μm,三处晶粒尺寸非常相近。对比模拟预报与试验分析结果表明:两者在晶粒细化程度上吻合良好;经过一道次ECAP之后,拉伸断裂强度从初始的548 MPa增加到619 MPa,断面收缩率从初始的7.1%增加到10.6%,断口韧窝为深且大的等轴韧窝,强度和塑性均明显提高。

热变形条件对P92钢动态再结晶组织及机制的影响

采用Gleeble-1500D热力模拟压缩试验机,研究P92锻态料在温度900℃～1300℃、应变速率0.5s-1～25s-1、变形程度50%条件下的热变形行为,分析热变形参数对应力-应变曲线、动态再结晶组织演变规律和机制的影响,获得了动态再结晶分数和动态再结晶晶粒尺寸。结果表明,P92钢动态软化机制有动态回复、不连续动态再结晶和几何动态再结晶3种方式。动态再结晶分数随温度的升高而增大,且随着应变速率的增大,发生不连续动态再结晶的温度范围扩大。采用提高热变形温度和高应变速率的改进工艺,可获得P92钢优良的组织和性能。

等通道转角挤压7075铝合金动态再结晶组织晶粒度预报

采用等通道转角挤压(ECAP)对7075铝合金试样进行挤压,利用有限元软件对ECAP的连续动态再结晶组织晶粒度进行预报,采用有限元和实验相结合的方法,研究不同挤压道次对7075铝合金A路径ECAP过程组织晶粒度的影响。模拟结果表明,经过一道次、二道次和四道次A路径ECAP后试样中心区域的晶粒尺寸分别为24.8μm、20.2μm、16.7μm,晶粒随着挤压道次的增加不断细化。通过金相定量法计算可得一道次、二道次和四道次A路径ECAP实验后试样中心区域的晶粒度分别为26μm、20μm、16μm,与有限元预报结果吻合良好,最大误差小于5%,证明基于连续动态再结晶模型的有限元预报准确性较高。

45Cr4NiMoV钢动态再结晶模型研究

采用Gleeble热模拟试验机对45Cr4Ni Mo V钢在变形温度1000～1150℃,应变速率0.002～5s-1,最大变形量为55%的条件下进行热模拟压缩试验。采用Poliak EI和Jonas J J等人对θ-σ（θ=dσ/dε为加工硬化率）曲线的描述,建立了45Cr4Ni Mo V钢在变形参数范围内的动态回复曲线（DRV）。通过对变形过程中的动态再结晶体积分数XD与应力参数之间的关系拟合,得到了45Cr4Ni Mo V钢在变形参数范围内的动态再结晶体积分数模型为：XD=1-exp-1.29ε-εcε0.5εε2.304εε。