Mathematical Model for Tempering Time Effect on Quenched Steel Based on Hollomon Parameter

Through the differentiating and integrating process, a mathematical model for tempering time effect on quenched steel was derived based on the attribute of state function and the general equation of Hollomon parameter, which correlates the tempering hardness with the tempering time at different tempering temperature. Using the established model, the linear relationship between the tempering hardness and the tempering time in logarithm was proved theoretically, and the tempering hardness for various tempering time was reduced to the measurement and calculation of a hardness experiment tempered for 1 h at different tempering temperatures. Moreover, the hardness of steel 42CrMo and T8Mn tempered for various times at 200-600℃ was calculated using this method. The predicted results are in good agreement with those of the available experiments.

7050铝合金修正本构模型及Zener-Hollomon参数演化

依据等温热压缩结果,研究了均匀化7050铝合金在变形温度为300~450℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)及应变量为0.9下的变形行为。提出了一种考虑变形条件与材料参数耦合关系的修正Arrhenius本构模型。结果表明,该修正本构模型的平均绝对百分比误差和均方根误差分别为2.093%和1.983 MPa,说明该修正本构模型的预测精度较高。此外,由修正模型计算得到的拓展值与实验获得的真应力-真应变曲线的变化规律一致,也证明了修正本构模型具有较好的精确度与扩展性。最后,根据修正本构模型计算了7050铝合金在不同变形条件下的变形激活能Q和Zener-Hollomon参数(Z参数),分析了Z参数对变形组织的影响,结果表明,ln Z随变形温度和应变速率的增加而降低,并且随着ln Z的降低,其变形微观组织形态由动态回复逐渐转变为动态再结晶。

Zener-Hollomon参数对AZ61镁合金热变形行为的影响

利用Gleeble-3500热模拟试验机,对均匀化退火处理后的铸态AZ61镁合金进行了等温热压缩变形实验,研究了合金在变形温度为220℃~380℃、应变速率为0.001 s^(-1)~10 s^(-1)条件下的热变形行为和组织演变特征,并基于双曲正弦模型建立了合金的本构模型。研究了Zener-Hollomon参数对热压缩变形组织演变的影响规律,揭示了高Z值、中等Z值和低Z值对应参数条件下的变形合金呈现不同的组织形貌特征,并阐明了随Z参数的逐渐减小,变形组织逐渐由失稳组织、不完全动态再结晶组织转变为粗化的完全动态再结晶组织,确定了合理的热成形工艺参数区间对应的lnZ数值范围为22.17~29.25。

楔横轧韧性损伤模型中Zener-Hollomon参数的确定

为将温度和应变速率耦合到现存的韧性断裂准则中，文章利用Glecblc3500热模拟机对45钢进行压缩实验，采用最小二乘法计算Zener-Hollomon参数中的变形激活能Q，得到了45钢在温度1050℃～1200℃、应变速率1s^-1-100s^-1下的材料流动应力方程，不仅为韧性损伤模型的建立奠定了基础。而且可为应用韧性断裂准则模拟楔横轧心部缺陷的有限元模拟中的材料模型，提供基础数据。

SA-765 Gr.Ⅱ钢的热变形行为及再结晶临界应变模型

采用Gleeble-1500D型热模拟实验机进行SA-765 Gr.Ⅱ钢等温热压缩实验,压缩变形温度分别为1000、1050、1100、1150和1200℃,应变速率分别为0.005、0.01和1 s^(-1),最大压缩变形量为50%。基于热压缩变形过程的真应力-真应变数据,采用加工硬化率法和三次多项式拟合,求得不同变形条件下SA-765 Gr.Ⅱ钢的临界应力与临界应变,建立了关联Zener-Hollomon参数的动态再结晶临界应变模型。结果表明:变形温度和应变速率会极大地影响SA-765 Gr.Ⅱ钢的动态再结晶机制的启动,动态再结晶临界应变与变形温度成反比,与应变速率成正比。动态再结晶临界应变模型为:ε_(c)=0.201035Z^(0.000402),依据模型计算得到的临界应变预测值与实验值之间的相关系数达到了0.9765。

AZ70镁合金的高温流动应力及本构模型

在温度300～420℃及应变速率0.001～1s-1的条件下,采用Gleeble1500D热模拟试验机对AZ70镁合金进行单向压缩试验。结果表明:流动应力随着温度的升高及应变速率的降低而降低,随应变的增加,应力很快达到峰值,然后逐渐降低并趋于稳定。为评价及预测AZ70镁合金在热锻成形及数值模拟中的流动应力,结合Arrhenius方程并引入Zener-Hollomon参数建立了流动应力模型。同时考虑应变的影响,进一步对该模型进行完善。结果表明,该模型的应力预测值与试验值偏差较小,计算精度高。

TC11钛合金热锻成形过程中延性损伤演化模型的建立

基于连续损伤理论,考虑了变形温度与应变速率的影响,将与变形温度和应变速率相关的Zener-Hol-lomon参数作为一个修正函数A(Z)引入损伤演化模型,通过TC11钛合金在高温下的单向拉伸实验,确定了模型中的系数,建立了TC11钛合金高温塑性变形的损伤演化模型。通过高温压缩实验对模型进行了验证,结果表明,该模型可以很好地对TC11钛合金在低应变速率下的损伤行为进行预测。

铝合金热变形的本构模型研究

利用Gleeble 1500热模拟机,研究轧制态6016铝合金在变形温度为300～500℃,应变速率为0.1～10 s 1以及真应变为0～0.8时高温单道次压缩过程中热变形流变应力行为。研究结果表明:6016铝合金在高温单道次压缩下的热变形经历了从应变硬化阶段过渡到稳态变形阶段的过程,其软化机制主要为动态回复;据流变应力指数函数中系数A和β与应变的关系,建立Zener-Hollomon参数的指数关系本构方程;计算所得的温升修正值与实测值较吻合。

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。

HPb59-1铜合金高温流变行为的本构模型

利用Gleeble-3800热模拟试验机,通过等温热压缩模拟实验研究了HPb59-1铜合金在640~730℃、应变速率0.1~10 s^(-1)范围内的高温流变行为,并在经典Arrhenius本构模型的基础上,考虑了应变对材料本构关系的影响,建立了应变补偿Arrhenius本构模型,以表征真实应变、温度和应变速率对流变应力的影响规律。通过对比材料本构模型的理论预测结果和实验数据,获得了流变应力的相关性系数r=0.9983,平均相对误差的绝对值e_(ARRE)=2.6517%,说明所建立的HPb59-1铜合金材料本构方程具有较高的理论预测精度,该本构模型可用于HPb59-1铜合金热锻成形工艺的有限元模拟研究。

转速对搅拌摩擦焊接搅拌区晶粒尺寸影响

基于搅拌摩擦焊接的完全热力耦合模型,跟踪材料物质点运动轨迹,划分出不同搅拌头转速下搅拌区域边界。沿材料物质点迹线提取出真实应变与温度历程,可进一步计算Zener-Hollomon参数并利用经验公式预测搅拌区晶粒尺寸。经计算发现较大转速工况下,搅拌区尺寸较大。搅拌区晶粒尺寸随焊接温度的增加而增加,随应变率的增加而减小。随着搅拌头转速的增加,焊接区材料温度与等效应变率均有明显增长,但是温度影响更为明显,平均晶粒尺寸随搅拌头转速的增加而增加。

12%Cr超超临界转子钢锻造裂纹机理分析及损伤模型建立

针对12%Cr超超临界转子钢锻造表面裂纹严重的问题,从变形条件及应力-应变状态的角度出发,基于热拉伸实验获取了相应条件下的应力-应变曲线。通过分析断口形貌,判断了12%Cr超超临界转子钢高温拉伸断裂为典型的韧性断裂,并分析了锻造裂纹的产生与析出相的关系。通过观察试样断口切片,发现了大量相互缠结的位错,这些相互缠结的位错也是导致金属断裂的原因。通过对临界损伤值的比对发现,在应变速率为0.5 s^(-1)、温度为1100~1200℃时锻造最不易产生裂纹;在Normalized Cockcroft&Latham损伤模型的基础上引入温度补偿的应变速率因子Zener-Hollomon参数,建立了临界损伤值与Zener-Hollomon参数的关系式,得到考虑了温度和应变速率综合影响的高温损伤模型。

TiB95合金热压缩流变应力研究

利用Gleeble3500热模拟机,研究TiB95合金在高温塑性变形过程中的流变应力行为,试验应变速率为0.01~10s^(-1),变形温度为850℃~1050℃,变形量均为60%。对TiB95合金真应力-真应变曲线进行分析,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。同时,通过Zener-Hollomon模型建立的TiB95合金高温变形时的流变应力模型表征了变形温度、应变速率和变形程度对流动应力的影响,模型的计算精度较高,形变激活能Q为723.679kJ/mol。

40Cr冷滚打成形中宏观变形研究

为揭示40Cr在高速冷滚打中的成形机理,依据金属材料塑性变形机理,进行了高速冷滚打条件下的40Cr击打试验,研究了40Cr在高速击打变形过程中的变形温度、变形速率、温度对流变应力的影响.基于Zener-Hollomon本构关系和试验数据,求得了40Cr在高速、大变形下的材料参数,建立了材料初始应力和峰值应力变化模型,揭示了高速冷滚打成形宏观变形与成形因素之间的联系,为揭示冷滚打成形过程的热力耦合问题提供了理论基础.

单面双轴肩搅拌摩擦焊接的数值模拟

基于任意拉格朗日欧拉网格技术建立了单面双轴肩和传统单面单轴肩搅拌摩擦焊接的数值模型,与通过Zener-Hollomon参数的晶粒预测模型结合,利用基于对数应变的等效应变率和截面峰值温度,计算了两种搅拌头作用下的焊缝截面晶粒尺寸。通过与试验数据和试验规律的对比,验证了模型的有效性。与传统单面单轴肩搅拌摩擦焊接过程的对比发现,采用单面双轴肩搅拌头,相同工况下平均晶粒尺寸下降,细晶有利于强化,因此,采用单面双轴肩搅拌头有利于得到性能更好的接头;采用单面双轴肩搅拌头,相同工况下平均晶粒尺寸的标准差减小,说明采用单面双轴肩搅拌头可以进一步提高焊缝截面不同部分的力学性能的均匀性。

应变强化对S30403与S30408不锈钢力学性能影响的对比研究

研究了应变强化对S30403与S30408奥氏体不锈钢拉伸力学性能影响的差异。结果表明:随着应变强化量的增加,两种不锈钢的屈服强度显著增强,塑性参数明显降低,抗拉强度基本不变;并且两种材料的屈服强度基本一致,抗拉强度、塑性参数以及应变硬化指数存在差异。应变强化后两种不锈钢的力学性能差异与位错、孪晶和马氏体相变量有关。根据力学行为与应变能密度随应变强化量变化的演化规律,构建了改进的Hollomon本构模型,考虑了应变强化量的影响,并由试验结果论证了模型的准确性。

基于能量等效原理的金属材料硬度预测方法

硬度是一种广泛应用于材料科学与工程实际中的力学性能参数。基于能量等效原理,对于均匀连续、各向同性、应力-应变关系符合Hollomon律的金属材料,提出了一种获取布氏、洛氏硬度的半解析预测模型,已知材料的Hollomon律参数即可预测其布氏、洛氏硬度。使用少量有限元计算确定出预测模型的待定参数,再进行更广泛的有限元计算验证预测模型,结果表明,模型预测效果良好。选取6种延性金属材料完成了布氏、洛氏硬度试验,采用该文方法预测的硬度值与试验结果吻合良好。

Ti6242s合金本构关系的研究

设计了Ti6242s合金的高温热模拟压缩试验,得到该合金的真应力-真应变曲线。发现降低温度和升高应变速率能使峰值应力增加,并且出现应力软化。采用双曲正弦函数模型,对真应力-真应变曲线进行线性回归,建立了Ti6242s合金高温热变形本构方程。采用该方程得到的计算结果和实验结果吻合较好。

SP700钛合金高温流动行为及本构关系

在700~950℃的变形温度、0.001~1 s^(-1)的应变速率条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对SP700钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究其高温流动行为,并构建了基于应变补偿的Zener-Hollomon参数本构关系模型和多元线性回归本构关系模型。结果表明:SP700钛合金的流动应力曲线会随变形温度的升高和应变速率的降低而下移,且在高温及低应变速率下,流动应力会呈现出明显的稳态流动特征。对两种本构关系模型进行误差计算表明,基于应变补偿的Zener-Hollomon参数本构关系模型在700~950℃预测值相关系数和平均相对误差分别为0.978和14.29%;而另一种多元线性回归本构关系模型在700~800℃和800~950℃预测值相关系数和平均相对误差分别为0.994、5.54%和0.999、2.51%。

GH4169合金热轧过程流变应力模型

以GH4169合金应变温度在950~1100℃，应变速率在0.1~100.0s-1范围的应力-应变曲线为研究对象，基于Arrhenius方程和Zener-Hollomom参数构建合金的流变应力模型，采用此模型对GH4169合金在等温等速压缩过程中变形温度、变形速率、变形程度与流变应力的关系进行数值仿真分析。结果表明，除流变失稳区域(950℃和100.0s-1)的曲线外，在其他应变速率和温度范围，模拟所得应力-应变曲线与实测曲线取得较高的拟合精度，能较好地反映GH4169合金在不同热力学参数下的变形特征。本文构建的流变应力模型适用于合金热轧过程的基于有限元法的数值仿真分析。