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。

HNi55-7-4-2合金高温本构模型构建及应用

HNi55-7-4-2合金是一种新型复杂耐磨黄铜合金,为建立该材料基于有限元FORGE平台的本构模型,用Gleeble-3500热模拟试验机对其在变形温度为600~800℃、应变速率为0.01~10 s^-1的范围内进行等温热压缩试验。基于Hansel-Spittel模型建立该合金的本构模型,引入统计学方法及数值模拟对模型精度量化评估。结果表明:所建立模型的平均相对误差绝对值和均方根误差分别为5.6791%和2.6456 MPa,相关系数为0.9912,数值模拟得到的力-位移曲线与试验数据吻合,本构模型预测精度较高。将该模型应用于某齿环热精锻成形数值模拟,模拟结果与实际生产结果吻合。

弥散铜材料的高温本构方程

弥散铜是一种新型的粉末体电极材料 ,在加工制备过程中其变形行为会不同于致密体 .针对粉末体材料的变形特性 ,提出了弥散铜的高温本构方程的数学模型 ,并通过大量的热模拟压缩实验 。

TC4钛合金高温本构方程的数据拟合

通过对大量实验数据进行分析对比,优选数学模型,并进行拟合运算,求出TC4钛合金锻造条件下的本构模型,为锻造生产和数值模拟提供必要前提条件。

厚板大型封头9Ni钢高温本构方程构建

采用热模拟实验机对厚板9Ni钢在变形温度770~830℃、应变速率0. 133 3~0. 266 7 s-1范围内进行了等温、等应变速率热压缩试验,通过实测载荷-位移曲线研究厚板9Ni钢的应力-应变关系。采用双曲正弦形式的Arrhenius公式建立了厚板9Ni钢的高温本构模型,并计算出模型预测真实应力和试验值之间的相关系数为0. 969、平均相对误差为6.18%。结果表明:在试验温度和应变速率范围内,采用高温本构方程进行DEFORM-3D模拟计算,工件未出现开裂褶皱等缺陷,且与实际生产的工件相吻合。因此该高温本构模型能够较为合理地预测材料高温变形状态,适用于9Ni钢厚板大型封头成形加工过程中的数值模拟与分析。

12CrNi5MoV锻钢应变补偿型高温本构模型

为优化12CrNi5MoV锻钢的锻造工艺和组织调控,使用Gleeble-3500热力模拟试验机,采用单道次压缩试验对12CrNi5MoV锻钢在变形温度为850~1 200℃,应变速率为0.1~0.001 s^(-1)下的热变形行为进行研究并建立高温本构模型。结果表明:在较高的温度和较低的应变速率下,12CrNi5MoV锻钢发生动态再结晶;在较低的温度和较高的应变速率下,12CrNi5MoV锻钢只部分发生或未发生再结晶。根据压缩曲线,建立了12CrNi5MoV锻钢的Arrhenius高温本构模型,其平均绝对相对误差为14.8%;而考虑应变补偿建立的12CrNi5MoV锻钢的Arrhenius高温本构模型精度较高,其平均绝对相对误差为6.1%,相关系数为0.991。

HNi55-7-4-2合金高温本构模型修正及变形激活能演化规律

研究了挤压态镍黄铜HNi55-7-4-2合金高温本构模型的修正方法及其变形激活能的演化规律,对HNi55-7-4-2合金进行不同变形温度(873~1073 K)及应变速率(0.01~10 s^(-1))条件下的等温热压缩实验,获取了HNi55-7-4-2合金的流动应力-流动应变曲线。基于材料参数和变形激活能对变形条件的依赖,构建了一种考虑变形条件对材料参数影响的修正本构模型。经验证,修正本构模型能很好地预测HNi55-7-4-2合金的高温流动应力,其预测精度高。在不同变形条件下应用修正本构模型计算变形激活能,变形激活能受到变形温度、应变速率和变形量的综合影响,其变化范围在119.0~173.2 kJ·mol^(-1)之间。此外,变形激活能随着变形温度的增加而降低,随着应变速率的增加先降低后升高。

IN690合金的高温本构模型及动态再结晶模型

IN690合金在热加工过程中,存在一些复杂的冶金现象(包括:加工硬化(WH)、动态回复(DRV)和动态再结晶(DRX)等),为了揭示这些现象,通过热压缩试验创建了IN690合金的高温本构方程和DRX模型,分析了IN690合金的DRX机制。此外还利用有限元模拟(Deform-3D)软件对IN690合金的DRX过程进行模拟。结果显示,在一定的应变下,IN690合金的动态再结晶体积分数(XDRX)随变形温度的上升或应变速率的降低而增大。

14Cr17Ni2钢高温变形行为及本构方程的研究

使用Gleeble-3180热模拟力学实验机采用单道次压缩方法研究了14Cr17Ni2马氏体不锈钢的高温形变行为。结果表明：随着变形温度的升高,应变速率降低,流变应力降低。14Cr17Ni2马氏体不锈钢的在高变形温度、低应变速率条件下,实验钢容易发生动再结晶,晶粒更细小均匀。根据加工硬化和动态软化的发生情况,获得了流变应力、应变速率、变形温度三者之间的关系,构建了14Cr17Ni2钢的高温本构方程。

ASME规范316H不锈钢高温蠕变本构方程解析与讨论

ASME 2021版规范提供了316H不锈钢的高温蠕变本构方程。基于正确使用本构方程进行高温设备应变和蠕变损伤评价的目的,本文解析了其各项的物理意义,分析了其关键参数对温度和应力的敏感性,对比了其预测值与ASME规范等时应力应变曲线数据。结果表明:该本构方程由快速瞬态、瞬态和稳态蠕变项来描述蠕变第一、第二阶段,其适用性受蠕变第三阶段起始时间和应力范围的限制,同时方程中快速瞬态蠕变速率常数存在勘误;方程在1 000℉(华氏温度)下所得应变较规范等时应力应变曲线更大,致使应变预测结果相对保守。因此,在满足ASME规范316H不锈钢高温蠕变本构方程适用性的前提下,可采用其评价高温设备在950、1 050、1 150℉下的结构完整性,而1 000℉下的相对保守。

钢材高温材性模型对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响研究

“9·11”事件发生后,火灾下钢结构倒塌研究得到了世界各国学者的广泛关注。钢材的物理、力学性能在高温下会显著降低,从而钢结构极易发生倒塌。因此,该文基于平面钢框架在单柱受火条件下的倒塌试验,应用大型商业有限元软件ABAQUS的显式动力分析模块,并采用梁单元对试验进行数值模拟,重点研究了钢材高温材性模型对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响,提出了适用于火灾下钢框架结构倒塌模拟的钢材高温应力-应变本构模型和热膨胀系数模型的建议。该文列举了常用的三种高温应力-应变本构模型,同时考虑应变率效应的影响,通过模拟结果与试验结果的差异对比,分析了各个模型应用于火灾下钢框架结构倒塌模拟的有效性。理想高温应力-应变本构模型,会导致临界温度与失效模式模拟不准确,应用存在一定局限性;EC3高温应力-应变本构模型可较为准确地模拟准静态失效模式,但对于动力失效模式的模拟存在一定局限性;因此,对于准静态失效模式倒塌模拟,建议采用EC3或改进的EC3高温应力-应变本构模型;对于动力失效模式的倒塌模拟,建议采用改进的EC3高温应力-应变本构模型,并采用应变率效应增大系数(DIF)的方法以考虑应变率效应的影响。此外,通过四种钢材热膨胀系数模型的对比,进一步研究了钢材“相位变换”现象对火灾下钢框架结构倒塌模拟的影响。结果表明,虽然欧洲规范EC3给出了精细的热膨胀系数模型,但采用GB 51249取值的计算结果与试验符合更好,建议采用中国规范GB 51249的相关规定。

车轴钢高温黏塑性本构模型及流变行为分析

高温黏塑性本构模型是连铸坯近凝固终点压下工艺数值模拟的基础,但该条件下的应力应变数据极为缺乏,严重限制了连铸新工艺的开发.利用热模拟实验对比研究了车轴钢在近凝固终点压下和常规热变形工艺下的流变行为.结合动态回复和动态再结晶理论构建了近凝固终点压下工艺下的本构模型.结果表明:在近凝固终点压下工艺下,类铸态组织奥氏体晶粒粗大,流变应力明显低于常规热变形工艺下的流变应力;同一变形量下,动态再结晶体积分数较大.本文构建的本构模型对不同变形条件下的应力预测值与实验值吻合较好,平均相对误差约为2.62%.

EB态TA10钛合金高温变形行为及热加工图

以电子束冷床(EB)炉单次熔铸的TA10钛合金扁锭为研究对象,利用Gleeble−3800热模拟试验机开展高且宽应变速率范围(0.01~30 s^(−1))下的等温压缩试验,研究该合金在800~1000℃下变形60%时的高温力学行为及铸态组织演变特征,建立基于峰值应力的高温塑性本构方程,绘制考虑应变的热加工图,深入讨论能量耗散效率因子与宏观、微观组织、力学响应间的关联关系。结果表明:随着变形温度升高或应变速率降低,TA10钛合金流变应力减小;变形温度高于或低于相变点时,峰值应力与变形温度均呈线性相关。Arrhenius方程能较好地预测该合金变形抗力与工艺参数间的变化规律。该合金不适合单道次大变形,较为适合变形量中等且较慢应变速率下的成形方式,可尝试开展高速率多次小变形的方式成形。该合金在两相区慢应变速率下热变形时的流变软化机制为动态球化或塑性流动局部化,而高应变速率下应力塌陷现象的主要原因为宏观失稳,且其在单相区的软化机制以动态回复为主。

弥散强化铜高温塑性变形的研究

弥散铜电极是近20年来研制出的一种新型电极。本文通过对弥散铜的压缩热模拟实验 ,研究其热变形规律以及高温显微组织。并且通过其真实 σ -ε曲线 。

高温下600 MPa级高强钢筋力学性能试验研究

为了研究高温下600 MPa级高强钢筋的力学性能,通过拉伸试验,研究了600 MPa级高强钢筋在20℃、150℃、225℃、300℃、400℃、500℃、600℃、700℃和800℃等9种不同温度下应力-应变曲线、弹性模量、屈服强度、极限强度、断面收缩率和伸长率等力学性能的变化规律.试验表明:随着温度的升高,钢筋断口剪切唇区逐渐规则;当温度为150℃时,600 MPa级高强钢筋应力-应变曲线仍然存在屈服台阶,而温度大于225℃时无屈服台阶;600 MPa级高强钢筋屈服强度、极限强度以及弹性模量随温度的升高而逐渐减小,伸长率随温度的升高而增大,断面收缩率随温度的升高是先增大后减小.最后基于试验数据,得到了高温下600 MPa级高强钢筋弹性模量、屈服强度、极限强度、断面收缩率和伸长率等力学参数随温度变化的计算公式以及高温本构模型.

BR1500HSi高强度钢的高温流变行为研究

为探究BR1500HS高强度钢板热冲压工艺的热变形过程,拟建立起高温本构方程以研究BR1500HS的高温流变行为。通过BR1500HS高强钢板高温拉伸试验得到了不同温度、应变速率下材料的真应力-应变曲线,并分析了BR1500HS超高强度钢板在高温状态下的变化规律。基于高温拉伸试验数据,采用双曲正弦形式的Arrhenius模型可较准确地描述BR1500HS超高强度钢板在高温下的流变规律。

基于热冲压工艺的AA6111铝合金热变形行为及本构模型

基于Gleeble-3500热模拟试验机,以AA6111铝合金板材为试验材料,在变形温度为425℃~525℃范围内、应变速率为0.01/s~1.0/s范围内进行了的高温拉伸测试,获得了材料在高温下的真应力-应变曲线.对拉断后的试样进行组织分析,阐述了不同变形条件下AA6111铝合金的组织对其高温流变行为的影响.研究结果表明:在高温下,AA6111铝合金的成形性随温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大;采用改进的Arrhenius方程及Zerilli-Armstrong模型构建以温度、应变、应变速率为变量的AA6111铝合金流变应力本构模型,通过参数拟合计算,实验数据与模型计算结果吻合较好.

0Cr17Mn17Mo3NiN奥氏体不锈钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究0Cr17Mn17Mo3Ni N奥氏体不锈钢在950~1 100℃,0.01~1 s-1条件下的热变形行为。依据热压缩过程中0Cr17Mn17Mo3Ni N奥氏体不锈钢的真应变-真应力曲线,确定了其在该热变形参数下的高温本构方程,并根据动态材料模型建立热加工图。结果表明,在相同的应变速率下,流变应力随着温度的升高而降低;而在相同的变形温度下,流变应力随着应变速率的减小而降低。0Cr17Mn17Mo3Ni N奥氏体不锈钢的热变形激活能为549 k J/mol。在980~1 050℃范围内,真应变为0.4,应变速率为0.01~0.1 s-1时,能量耗散效率η值为0.28~0.3,0Cr17Mn17Mo3Ni N奥氏体不锈钢容易发生动态再结晶。因此,该温度区域是最优的热加工工艺窗口。

高氮钢的热加工图及动态再结晶模型

用热模拟试验机Gleeble-3500研究了高氮钢(0Cr17Mn19Mo3NiN奥氏体不锈钢)在950~1100℃和0.01~1s^-1条件下的热变形行为。并构建了该高氮钢的动态再结晶动力学模型。结果表明:变形温度越高和变形速率越小,流动应力越小,越容易发生动态再结晶。由应力应变曲线的相关数值计算得出高温本构方程,该本构方程的峰值应力预测值和实际值相关系数为99.998%;通过能量耗散图和流动失稳图叠加得到该高氮钢的热加工图,在变形温度980~1040℃和应变速率0.05~0.24 s^-1时,能量耗散效率高于0.3,此条件为最佳加工窗口,此时该材料容易发生动态再结晶。

镍基617合金的热变形和动态再结晶行为

采用Gleeble-3500热模拟实验机和显微组织分析等研究了镍基617合金在不同温度及应变速率下的再结晶行为及其与变形参数间的变化规律,建立了合金的高温本构方程及动态再结晶方程。结果表明:合金的奥氏体动态再结晶体积分数及晶粒尺寸取决于变形温度及应变速率,温度升高,应变速率降低,奥氏体动态再结晶体积分数增大。当应变速率在0. 001~0. 1 s^-1范围内及温度等于及高于1000℃时,各应变速率下合金都发生了动态再结晶。高温本构方程及动态再结晶方程可以描述合金在热变形过程中的应变及晶粒尺寸的变化,可为实际锻造过程中晶粒尺寸的控制提供指导。