Research on constitutive equation of DIWA353 steel used in hemisphere head of power station nearby recrystallization temperature

To simulate the DIWA353 steel used in boiler nearby recrystallization temperature accurately by using finite element,the high temperature constitutive model of this material must be researched firstly.Thermal simulation experimental machine is used to do the high temperature hot compression experiments for the DIWA353 steel used in boiler under different strain rates and temperatures nearby recrystallization temperature.Multi-bank data of true stress-true strain is gotten,and the hot deformation activation energy of DIWA353 is obtained,and the constitutive equation of steady-state flow stress under the circumstance of high temperature is constructed.The results show that DIWA353 steel is positive strain rate sensitized material when it is at temperature of 850-1050 ℃,and the steady-state flow stress decreases with the increase of deformation temperature,but increases with the increase of strain rate.

Model of critical strain for dynamic recrystallization in 10%TiC/Cu-Al_2O_3 composite

Using the Gleeble-1500 D simulator, the hot deformation behavior and dynamic recrystallization critical conditions of the 10%Ti C/Cu-Al2O3(volume fraction) composite were investigated by compression tests at the temperatures from 450 °C to 850 °C with the strain rates from 0.001 s-1 to 1 s-1. The results show that the softening mechanism of the dynamic recrystallization is a feature of high-temperature flow true stress-strain curves of the composite, and the peak stress increases with the decreasing deformation temperature or the increasing strain rate. The thermal deformation activation energy was calculated as 170.732 k J/mol and the constitutive equation was established. The inflection point in the lnθ-ε curve appears and the minimum value of-(lnθ)/ε-ε curve is presented when the critical state is attained for this composite. The critical strain increases with the increasing strain rate or the decreasing deformation temperature. There is linear relationship between critical strain and peak strain, i.e., εc=0.572εp. The predicting model of critical strain is described by the function of εc=1.062×10-2Z0.0826.

Constitutive modeling and critical strain of dynamic recrystallization in SA508Gr.4N steel for advanced pressure vessel materials

Using a Gleeble-1500D thermal-mechanical simulator,the hot-deformation behavior and critical strain in the dynamic recrystallization of SA508Gr.4N steel were investigated by compression tests from 1050 to 1250℃ with strain rates from 0.001 to 0.1 s^-1.Stress-strain curves were fitted by a nonlinear fitting method.Based on these tests,the flow stress constitutive equations of the work-hardening dynamical recovery period and dynamical recrystallization period Were established for SA508Gr.4N steel.The stress-strain curves of SA508Gr.4N steel predicted by the established models are in a good agreement with the experimental ones.Curves of ln θ -ε and --(a)(lnθ)/(a)ε-ε (where θ is the work-hardening rate and ε is true strain)were plotted from experimental data.A critical strain (εc)and a peak strain (εp)of dynamic recrystallization were obtained and exhibited a linear relationship,i.e.,εc =0.386εp.The predicted model of εc could be described by the equation of εc=1.604×10^-3Z^0.127.

Processing map and dynamic recrystallization behaviours of 316LN-Mn austenitic stainless steel

The hot deformation behaviours of 316LN-Mn austenitic stainless steel were investigated by uniaxial isothermal compression tests at different temperatures and strain rates.The microstructural evolutions were also studied using electron backscatter diffraction.The flow stress decreases with the increasing temperature and decreasing strain rate.A constitutive equation was established to characterize the relationship among the deformation parameters,and the deformation activation energy was calculated to be 497.92 k J/mol.Processing maps were constructed to describe the appropriate processing window,and the optimum processing parameters were determined at a temperature of 1107-1160℃ and a strain rate of 0.005-0.026 s^(-1).Experimental results showed that the main nucleation mechanism is discontinuous dynamic recrystallization(DDRX),followed by continuous dynamic recrystallization(CDRX).In addition,the formation of twin boundaries facilitated the nucleation of dynamic recrystallization.

Constitutive modeling of dynamic recrystallization behavior and processing map of Cr5 steel

The hot deformation behaviors of Cr5 steel were investigated.The hot compression tests were conducted in the temperature range of 900-1150 °C under strain rates of 0.01,0.1 and 1 s^(-1).The constitutive equation and material constants(Q,n,α ln A) are obtained according to the hyperbolic sine function and Zener-Hollomon parameter.Besides,dynamic recrystallization(DRX) grain size model and critical strain model are acquired.The processing maps with the strain of 0.1,0.3 and 0.5 are obtained on the basis of dynamic materials model.It has been observed that DRX occurs at high temperature and low strain rate.According to the processing map,the safety region exists in the temperature range of 920-1150 °C with strain rate of 0.01-0.20 s^(-1).

应变速率对7065铝合金等温压缩软化机制的影响

采用等温压缩实验并结合电子背散射衍射手段,研究了应变速率对7065铝合金热变形行为的影响规律。结果表明,随着应变速率由0.001 s^(-1)增加到30 s^(-1),合金的动态再结晶面积分数先显著减少,在1 s^(-1)时达到较低水平,而后变化幅度小于10%,当应变速率大于1 s^(-1)时,合金的亚结构面积分数显著增加。低应变速率阶段(0.001~1 s^(-1))的软化机制为动态再结晶(DRX)机制和动态回复(DRV)机制,而高应变速率阶段(1~30 s^(-1))的软化机制为DRV机制。随着应变速率的增加,等温压缩变形后合金的形变储能逐渐增加。

铸态Cu-1.16Ni-0.36Cr合金热变形行为及热加工图

利用Gleeble-1500型热模拟试验机,研究了Cu-1.16Ni-0.36Cr合金在变形量为50%、变形温度为750~950℃、变形速率为0.01~10 s^(-1)下的热压缩变形行为,建立该合金热变形的本构方程和热加工图。结果表明:Cu-1.16Ni-0.36Cr合金在700~900℃的变形温度下以动态回复为主,在950℃下发生完全的动态再结晶。通过真应力应变曲线得到了该合金热变形的本构方程和热加工图。根据应变对流变应力的影响对本构方程进行修正,通过修正后的回归方程对流变应力进行模拟,模拟结果与实验结果吻合。热加工图表明,该合金适宜的热变形工艺参数为900~950℃和0.1~1 s^(-1),其中950℃和1 s^(-1)变形条件下组织状态最佳,为晶粒细小均匀的等轴晶。

颗粒混凝土冲击压缩动态力学特性试验研究

颗粒混凝土材料在建筑结构中应用比较常见,但其冲击下的动力学性能研究欠缺.为得到颗粒混凝土的动力学特性,借助MTS实验机得出其静力学强度,其后使用直径为75 mm SHPB系统对颗粒混凝土试样做了多种加载速度下的冲击试验.结果表明,颗粒混凝土试样的毁坏模式是非脆性碎裂,呈现出延性特点;随着冲击速度的增大,破坏后的形状由试样被压扁(形态基本完整,表现出明显的可压缩性)过渡到絮状.应变率在103.88~464.71 s^(-1)时,试样的峰值应力随着应变率的变大而增大,表现出明显的应变率效应.根据实验现象和实验数据进行分析,推导建立了颗粒混凝土峰值应力前和峰值应力后应力-应变的等效本构方程,将实验数据与拟合数据进行对比,具有较为明显的一致性,验证了本构方程的准确性.

铝对中锰钢热变形行为的影响

在Gleeble-1500热/力模拟试验机上对两种Fe-10Mn-0.1C(wt%)和Fe-10Mn-2Al-0.1C(wt%)中锰钢进行了单道次压缩试验,变形温度为900~1100℃、应变速率为0.01~10 s-1。结果表明,在相同热变形条件下,10Mn2Al钢的流变应力高于10Mn钢的。通过对热压缩曲线的分析,建立了两种钢的本构方程,发现10Mn2Al钢的激活能Q约为372.327 kJ/mol,高于10Mn钢(329.697 kJ/mol)。绘制了两种钢的峰值应力和峰值应变对Zener-Hollomon参数的关系曲线,10Mn钢的Zener-Hollomon指数高于10Mn2Al钢。对两种钢动态再结晶的Avrami动力学进行了研究,发现10Mn2Al钢的Avrami时间指数约为2.096,高于10Mn钢的1.986。

挤压态Mg-6Zn-0.8Zr-0.5Y镁合金热变形行为研究

通过研究挤压态Mg-6Zn-0.8Zr-0.5Y镁合金在300、350、400℃,0.001、0.01、0.1、1 s^(-1)应变率下的压缩变形行为,获得挤压态Mg-6Zn-0.8Zr-0.5Y镁合金热压缩过程的流变应力-应变曲线,构建基于Arrhenius方程的本构模型和热加工图,阐明变形温度和应变率对挤压态Mg-6Zn-0.8Zr-0.5Y镁合金显微组织的影响规律。结果表明:挤压态Mg-6Zn-0.8Zr-0.5Y镁合金热压缩过程的变形激活能Q为118.73 kJ/mol,应力指数n为4.480 9,安全热加工区域为300~400℃、0.426~2.718 s^(-1)。通过热变形组织分析可知,当变形条件为350℃、0.1 s^(-1)时,组织为细小均匀的动态再结晶组织,能改善塑性成形能力,热加工性较好,为挤压态Mg-6Zn-0.8Zr-0.5Y镁合金热加工工艺的制定提供指导。

42CrMoA钢热变形过程动态再结晶行为

目的通过Deform-3D软件模拟42CrMoA钢的热压缩过程,研究在压缩量为60%、变形温度为950~1100℃和应变速率为0.01~10s^(-1)条件下42CrMoA钢再结晶模型的可靠性。方法将热压缩试样沿轴线对半分开,以试样中心和边部位置作为金相观察区,分析42CrMoA钢的热变形行为,将计算得到的动态再结晶临界模型输入Deform-3D软件的前处理模块中,模拟过程的变形参数与实验过程的相同,通过在模拟试样的心部和边部位置进行点追踪,实现模拟结果和实验结果中组织的对比分析。结果在压缩过程中42CrMoA钢真应力的变化受加工硬化和动态软化协同作用影响。随着温度的升高,试样心部和边部的再结晶体积分数均有所上升,且试样心部动态再结晶体积分数大于边部的。模拟结果显示,当温度由1000℃升高至1100℃时,试样心部动态再结晶体积分数由75.6%升高至89.5%,在相同条件下,通过金相观察到试样心部的动态再结晶体积分数由73.2%升高至85.3%。结论基于Johnson-Mehl-Avrami模型改进的Yada再结晶模型可以较好地描述42CrMoA钢的动态再结晶过程,实验结果与模拟结果间的相对误差小于8.35%,验证了动态再结晶模型的准确性。

降镍增氮对18Cr-5Ni不锈钢组织及热塑性的影响

采用Thermal-Calc2020a热力学软件对18Cr-5Ni不锈钢进行热力学平衡计算,采用Gleeble-1500D热模拟机对加入0.24wt%N的18Cr-5Ni不锈钢进行热压缩测试,测定变形温度1273~1473 K区间和应变速率为0.01~10 s-1时热压缩的应力-应变曲线,采用Zener-Hollomon参数法构建高温塑性变形的本构方程,对高温压缩变形金相组织进行了研究。结果表明:氮促进18Cr-5Ni不锈钢形成单一奥氏体组织;氮对试验钢有强化作用,应力-应变曲线中存在动态再结晶特征。加氮后热变形激活能为475.24 kJ/mol;加氮促进碳氮化物析出,氮推迟了该钢的动态再结晶过程,在高温和低应变速率下,动态再结晶容易发生。

基于热加工图的双相不锈钢热成形机制及工艺优化

采用Gleelbe-3500热力模拟试验机对2507双相不锈钢在900~1150℃,以0.01~10 s^(-1)的应变速率进行了单向热压缩试验,以研究热变形参数对其热加工行为的影响。根据热压缩变形时的真应力-真应变曲线获得双相不锈钢基于动态材料模型理论的热加工图,并通过金相检验对热加工图进行验证。结果表明:2507双相不锈钢的真应力-真应变曲线有两个特征,即高温或应变速率较大时的动态回复和低温或应变速率较小时的动态再结晶。根据热变形方程计算得到该双相不锈钢的热变形激活能Q为473.01 kJ/mol,并构建了峰值应力本构方程。结合不同变形条件下的应力-应变曲线和显微组织,建立了2507双相不锈钢的热加工图,并确定了其最佳的热加工工艺区间为变形温度950~1100℃,应变速率0.01~0.85 s^(-1),该区域的功率耗散系数均大于0.3,发生了明显的奥氏体动态再结晶。

高应变率下GH4720Li合金热压缩性能研究

为了研究镍基高温合金GH4720Li在高应变率下的动态力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对材料进行了温度范围为20~1000℃,应变率为10~5000 s^(-1)的单轴热压缩试验,获得了不同温度不同应变率下材料的应力应变曲线。结果表明:在相同的试验温度条件下,GH4720Li合金在高、低2种应变率条件下表现出了不同的动态力学性能。在低应变率(10 s^(-1))条件下,GH4720Li合金的应力值随着温度的升高而降低;在高应变率(1000 s^(-1),5000 s^(-1))条件下,GH4720Li合金的应力值在特定温度(400~800℃)随着温度的升高而升高。结合已获得的试验数据,通过数值拟合的方法对原始Johnson-Cook(J-C)本构方程进行了修正,以满足GH4720Li合金在高应变率下应力的变化规律。通过线性相关系数和平均误差对修正的J-C本构方程精度进行了验证。结果显示:修正的J-C本构方程与试验数据吻合良好,可以大幅度提高J-C本构方程对GH4720Li合金在大应变率范围下的拟合精度。

调控LPSO层片相Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的热变形行为及热塑性提升机制

以挤压态Mg-9Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金为研究对象,通过热处理调控出晶内不含和含层片状LPSO相的两种合金,进行了热压缩试验。结果表明,含层片状LPSO相合金热塑性更好,主要是由于层片状LPSO相的扭折及其诱发的连续动态再结晶能有效提升合金的变形协调能力。随后,对含层片状LPSO相合金的热变形行为进行了深入研究,发现在低应变速率变形时,软化机制主要以不连续动态再结晶为主。在高应变速率变形时,动态回复和不连续动态再结晶共同作用,造成材料软化。结合应变0.8下的热加工图和典型区域微观组织分析,确定最佳成形温度为440~480℃,应变速率为0.001~0.01 s-1。提出了一种通过调控层片状LPSO相提升稀土镁合金热塑性的方法,为挤压态稀土镁合金的后续变形提供了新思路。

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。

铸态Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金热压缩行为及热加工图

目的研究铸态合金Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金热压缩行为及热加工图,根据合金的用途和再结晶程度,确定最佳热加工艺参数,为合金后续变形提供参考。方法通过实验设计合金成分,称取一定质量的纯镁锭和二元中间合金,在真空熔炼炉中加热至760℃,保温至熔化,搅拌,静止,然后在钢磨具中空冷,得到合金锭。实际成分通过电感耦合等离子体原子发射光谱法测定;切取合适大小的铸锭进行X射线衍射实验。用于热压缩的铸态样品为圆柱形试样(ϕ10 mm×15 mm),在进行热压缩实验前,对所有样品表面进行抛光。使用Gleeble−3800热压缩模拟试验机对铸态Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金进行热压缩试验,变形温度为573~723 K,应变速率为0.001~1 s^(-1)。经热压缩后将各试样立即进行水淬,以保持压缩变形组织。将压缩样品沿着纵轴切割压缩样品,然后抛光、蚀刻,并使用扫描显微镜进行检查,以观察微观结构的演变,计算该合金的变形激活能,并构建合金高温变形的本构方程,建立真应变为0.5时的热加工图。结果得到了铸态Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金热变形本构方程及真应变为0.5时的热加工图,合金热变形发生了动态回复和动态再结晶,合金的热变形激活能Q为198.58 kJ/mol。结论根据用途和再结晶程度,铸态Mg−2Sc−2Y−0.5Zr合金的最佳加工参数为变形温度623~673 K、应变速率0.001~0.01 s^(-1),以及变形温度723 K、应变速率0.001~1 s^(-1)。

9Cr3W3Co叶片钢的热变形行为研究

利用Gleeble-3800热力模拟机,在温度950~1150℃,应变速率0.1~10 s^(-1),变形量为70.9%的条件下,对9Cr3W3Co合金进行了单道次热变形实验。为了更好地模拟现场过程,分别采用道次变形量由大到小以及道次变形量由小到大的方案,进行多道次变形过程模拟,应变速率为5.0 s^(-1),总变形量为70.9%。研究了汽轮机叶片用9Cr3W3Co合金动态再结晶行为的变形特点,得到了合金的应力-应变曲线,并利用动态材料模型构建该合金在不同变形条件下的三维热加工图。结果表明,9Cr3W3Co合金的应力-应变曲线表现出应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大。为准确描述三者间的关系,建立了双曲正弦本构方程,最终得到其热激活能为655.051 kJ/mol,结合微观组织演变的结果分析,得出合金的最佳热加工区域应为:变形温度1050~1150℃,应变速率0.1~1 s^(-1),并且在快锻变形过程中,先大变形后小变形的锻造工艺有利于获得均匀的晶粒尺寸。

M54超强钢的热变形行为及显微组织研究

用Gleeble-3500热模拟试验机和电子背散射衍射(electron backscattered diffraction,EBSD)研究了M54超强钢在温度为900~1 100℃、应变率为0.01~10 s-1时的热压缩变形行为和显微组织演变,并构建本构方程。结果表明:在热压缩过程中,M54超强钢的流变应力随温度的升高而降低,随应变率的升高而增加;本构分析表明M54超强钢的应力指数为6.7,热变形激活能为429.656 kJ/mol;M54超强钢在该变形条件下均发生了动态再结晶,且高温低应变率下的再结晶晶粒更粗大均匀,其动态再结晶机制为非连续动态再结晶和连续动态再结晶。

22Cr-32Fe-40Ni合金热变形行为

采用Gleeble-3800热模拟试验机对22Cr-32Fe-40Ni合金在变形温度为950~1150℃、应变速率为0.1~10 s^(-1)范围内进行了热模拟压缩试验,对材料在热变形过程中的流变特性和组织演变规律进行了研究。结果表明,在变形温度高于1000℃或应变速率小于1 s^(-1)时,材料的硬化效应和软化效应达到动态平衡;在变形温度低于1000℃或应变速率为10 s^(-1)时,材料以动态再结晶为主的软化效应占主导作用。通过应变硬化率曲线确定了动态再结晶临界条件,基于温度补偿Arrhenius方程建立了22Cr-32Fe-40Ni合金的热变形本构方程,热变形激活能Q为438.339 kJ·mol^(-1)。22Cr-32Fe-40Ni合金适宜的热加工区间为变形温度1040~1150℃,应变速率0.1~0.47 s^(-1)。