316LN高温热变形行为与热加工图研究

通过Gleeble热模拟实验机在1000~1200℃,应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下的近等温热模拟压缩实验,建立了316LN双曲正弦的流动应力预测模型及其热加工图。该流动应力预测模型考虑了实验过程中塑性变形和摩擦引起的温升,对流动应力进行了修正,考虑应变对流动应力预测模型参数的影响,获得了统一流动应力预测模型,模型预测值与实验值的相关系数为0.992,平均相对误差为4.43%;热加工图基于Prasad动态材料模型分别获得了不同应变速率、温度条件下的能量耗散率和失稳系数;分析了应变量、温度和应变速率对于能量耗散率和失稳系数的影响。结果表明:实验条件下最大能量耗散率值为0.38,且高应变速率下失稳,并通过显微组织分析对热加工图进行了验证。     

Flow behavior of Al–6.2Zn–0.70Mg–0.30Mn–0.17Zr alloy during hot compressive deformation based on Arrhenius and ANN models

The hot deformation behavior of Al–6.2Zn–0.70Mg–0.30Mn–0.17Zr alloy was investigated by isothermal compression test on a Gleeble–3500 machine in the deformation temperature range between 623 and 773 K and the strain rate range between 0.01 and 20 s^?1. The results show that the flow stress decreases with decreasing strain rate and increasing deformation temperature. Based on the experimental results, Arrhenius constitutive equations and artificial neural network (ANN) model were established to investigate the flow behavior of the alloy. The calculated results show that the influence of strain on material constants can be represented by a 6th-order polynomial function. The ANN model with 16 neurons in hidden layer possesses perfect performance prediction of the flow stress. The predictabilities of the two established models are different. The errors of results calculated by ANN model were more centralized and the mean absolute error corresponding to Arrhenius constitutive equations and ANN model are 3.49% and 1.03%, respectively. In predicting the flow stress of experimental aluminum alloy, the ANN model has a better predictability and greater efficiency than Arrhenius constitutive equations.     

The Effect of Deformation Heating on Restoration and Constitutive Equation of a Wrought Equi-Atomic NiTi Alloy

In this study, a set of constitutive equation corrected for deformation heating is proposed for a near equi-atomic NiTi shape memory alloy using isothermal hot compression tests in temperature range of 700 to 1000 °C and strain rate of 0.001 to 1 s⁻¹. In order to determine the temperature rise due to deformation heating, Abaqus simulation was employed and varied thermal properties were considered in the simulation. The results of hot compression tests showed that at low pre-set temperatures and high strain rates the flow curves exhibit a softening, while after correction of deformation heating the softening is vanished. Using the corrected flow curves, the power-law constitutive equation of the alloy was established and the variation of constitutive constants with strain was determined. Moreover, it was found that deformation heating introduces an average relative error of about 9.5% at temperature of 800 °C and strain rate of 0.1 s⁻¹. The very good agreement between the fitted flow stress (by constitutive equation) and the measured ones indicates the accuracy of the constitutive equation in analyzing the hot deformation behavior of equi-atomic NiTi alloy.     

AA7075高强铝合金热冲压流变行为本构模型对比研究

在热冲压过程中,AA7075高强铝合金板料经充分固溶后移入室温模具进行冲压成形并淬火。为表征AA7075铝合金在热冲压工艺中的变形行为,在温度200~480℃、应变速率0.01~10s-1范围内进行了高温拉伸试验。基于Arrhenius类型本构模型、Johnson-Cook模型以及Zerilli-Armstrong模型提出了多种修正本构模型,并应用实验所获流变曲线进行了拟合。提出的修正模型通过将模型参数表示为应变、应变速率及温度相关的多项式函数耦合了应变、应变速率及温度对流变应力的影响,并通过均方误差(MSE)以及相关系数R值对模型流变应力预测准确性进行了评价。结果表明,修正的Johnson-Cook模型能够更加准确的预测AA7075高温流变行为。     

Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B合金的本构方程以及加工图

在温度1323-1473 K,应变速率0.001-1 s-1的范围内研究了Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B 合金的热压缩变形行为,其真应力-真应变曲线表明合金在变形过程出现了动态软化行为。依据经过摩擦和温度修正后流变应力的曲线,获得了该合金的本构方程,其中Zener-Holloman指数方程描述了温度和应变速率对变形行为的影响,以此构建五次多项式组来描述应变对材料参数的影响,其预测结果与实验结果相符。同时,建立了该合金的热加工图,并据此加工图预测出该合金合适的加工参数为1343 K和0.02 s-1,且成功地完成了在工业生产条件下对圆柱形试样的锻造。     

The Use of ANN to Predict the Hot Deformation Behavior of AA7075 at Low Strain Rates

In this study, artificial neural network (ANN) was used to model the hot deformation behavior of 7075 aluminum alloy during compression test, in the strain rate range of 0.0003-1 s^?1 and temperature range of 200-450 °C. The inputs of the model were temperature, strain rate, and strain, while the output of the model was the flow stress. The feed-forward back-propagation network with two hidden layers was built and successfully trained at different deformation domains by Levenberg-Marquardt training algorithm. Comparative analysis of the results obtained from the hyperbolic sine, the power law constitutive equations, and the ANN shows that the newly developed ANN model has a better performance in predicting the hot deformation behavior of 7075 aluminum alloy.     

基于温度变化的AA5083合金拉伸变形行为描述

在温度为100℃~525℃,应变速率为0.008s-1、0.013s-1条件下,采用恒应变速率法研究AA5083合金板的流变行为,以及流变应力、变形温度与应变速率之间的关系。结果表明,在该条件下,AA5083合金受应变速率硬化与应变硬化共同作用;其应变速率敏感性指数随温度的升高逐渐增大,应变硬化指数随温度的升高逐渐减弱至零,而后略有增大。建立了材料基于温度变化的修正Fields-Backofen本构模型,其值与实验值吻合良好。     

A Constitutive Model of 6111-T4 Aluminum Alloy Sheet Based on the Warm Tensile Test

As main light-weight material, aluminum alloy sheets have been widely applied to produce auto body panels. In order to predict the formability and springback of aluminum alloy sheets, a precise constitutive model is a necessity. In this article, a series of warm tensile tests were conducted on Gleeble-1500D thermal mechanical simulator for 6111-T4 aluminum alloy sheets. The corresponding strain rate ranged from 0.015 to 1.5 s^?1, and the temperature ranged from 25 to 350 °C. The relationship between the temperature, the strain rate, and the flow stress were discussed. A constitutive model based on the updated Fields-Backofen equation was established to describe the flow behavior of 6111-T4 aluminum alloy during the warm tensile tests. Subsequently, the average absolute relative error (AARE) was introduced to verify the predictability of the constitutive model. The value of AARE at the uniform plastic deformation stage was calculated to be 1.677%, which demonstrates that the predicted flow stress values were in accordance with the experimental ones. The constitutive model was validated by the fact that the simulated results of the warm tensile tests coincided with the experimental ones.     

挤压态HAl61-4-3-1合金高温本构模型构建及其加工图

采用Gleeble-3500热模拟实验机在变形温度为600~800℃和应变速率为0.01~10 s^-1时对HAl61-4-3-1铝黄铜合金进行等温热压缩实验,对实验所获得真实应力-应变曲线进行摩擦修正,并以修正后的应力应变数据构建了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型。其次,根据修正的应力应变数据构建了应变为0.3、0.6和0.9时HAl61-4-3-1合金的热加工图,并结合变形后微观组织确定了合金的失稳区和安全加工区域。结果表明:该合金在实验范围内的最佳工艺参数为:600~800℃&0.01~0.1 s^-1,660~740℃&0.1~10 s^-1和740~800℃&0.1~4 s^-1,其变形机制主要为动态再结晶和动态回复。     

ZL270LF铝合金的热变形行为与组织演变

通过热压缩实验研究了ZL270LF铝合金在变形量为70%,温度为300~550 ℃,应变速率为 0.01~10 s^-1范围的热变形行为,建立了流变应力本构方程模型,绘制出了二维热加工图,确定了最佳热加工区域,采用电子背散射衍射（EBSD）和透射电子显微镜（TEM）技术研究了该合金的组织演变规律。结果表明：ZL270LF铝合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,热变形激活能为309.05 kJ/mol,最优热加工区为温度470~530 ℃、应变速率为0.01~1 s^-1。该合金在热变形过程中存在3种不同的DRX机制,即连续动态再结晶（CDRX）、不连续动态再结晶（DDRX）和几何动态再结晶（GDRX）,其中CDRX是ZL270LF铝合金动态再结晶的主要机制。     

AZ31镁合金热变形流动应力预测模型

采用近等温单轴压缩实验获得了AZ3l镁合金变形温度为523 723 K,应变速率为0.01—10 s^-1条件下的流动应力,分析了变形温度和应变速率对流动应力的影响规律.结果表明,AZ31镁合金变形过程中发生了动态再结晶,523 K时形成细小组织;而723 K时动态再结晶和长大的晶粒沿径向拉长.考虑实验过程塑性变形功和摩擦功引起的温度升高,在高应变速率条件下采用温度补偿修正了流动应力.在此基础上,建立了基于双曲正弦模型的峰值流动应力和统一本构关系,该模型利用材料参数耦合应变来描述流动应力的应变敏感性,进一步获得了合金热变形过程中流动应力与变形温度、应变速率和应变的定量关系.采用该本构关系模型预测流动应力具有较高的精度,预测值与实测值相关系数为0.976,平均相对误差为5.07%,实验条件范围内预测的流动应力与实验值几乎能保持一致.     

轧制态ME20M镁合金热拉伸变形行为及加工图

在变形温度为623～773 K,应变速率为0.001～0.1 s~(-1)的条件下,通过INSPEKT Table 100 kN电子万能高温试验机对轧制态ME20M镁合金进行了热拉伸实验,分析了变形温度和应变速率对材料流动应力的影响,建立了热变形条件下的本构模型及加工图。结果表明:随着变形温度的降低和应变速率的升高,轧制态ME20M镁合金的流动应力增加;建立的本构模型预测峰值应力与实验结果吻合较好,平均相对误差为5.19%;考虑应变对本构模型中材料常数影响后的预测应力值与实验值的相关度较高,平均相对误差为6.00%;最佳热加工范围为673～773 K、应变速率0.001～0.01 s~(-1)。     

基于物理及元建模法的TB15钛合金本构模型研究

采用Gleeble-3800热模拟机对TB15钛合金进行等温恒应变速率热压缩试验,研究其在变形温度为810～930℃、应变速率为0.001～10s-1和高度压下量为60%条件下的热变形行为;建立了物理、支持向量回归(SVR)和响应面三种本构关系模型来预测TB15钛合金的流动应力,同时对比了三种本构模型的预测精度。结果表明:TB15钛合金的流动应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小,峰值应力的变化对应变速率的敏感性更高;物理本构模型、SVR本构模型和响应面本构模型相关系数R均大于0.98,但是响应面本构模型的R值达到了0.993,而且响应面本构模型的相对误差在±5%范围内的预测值频率达到了67.9%,大于物理本构模型的58.6%。同时经过方差分析得到所构建的响应面本构模型的显著性检验值P<0.0001,表明响应面本构模型预测的流动应力与变形温度、应变速率和应变之间的回归关系显著,比物理本构模型和SVR本构模型有更高的精度,能够更好的预测TB15钛合金的流动应力。     

AM80-xSr-yCa镁合金高温压缩变形行为

采用Gleeble-1500热模拟实验机对一种新型AM80-xSr-yCa镁合金进行高温压缩变形实验,研究其在温度300℃~450℃、应变速率0.01s-1~10s-1条件下的流变行为。高应变速率下,试样的变形热带来的温升不可忽略,对真应力-真应变的测量值进行相应修正后,求得了本构方程中的系列常量。结果表明,应变速率和变形温度的变化,强烈影响着合金流变应力的大小,流变应力值随变形温度的降低和应变速率的提高而增大;金相组织观察表明,动态再结晶是该实验条件下晶粒细化和材料软化的主要机制,再结晶的程度主要受变形参数影响。变形温度越高,变形量越大,动态再结晶进行的越充分;应变速率越大,再结晶平均晶粒尺寸就越小。     

半固态7050铝合金热压缩变形行为

在Gleeble-3500热模拟机上对半固态7050铝合金进行了高温热压缩试验,研究了该合金在变形温度为420～465℃、应变速率为0.001～0.100s-1条件下的流变应力行为以及变形过程中的显微组织。结果表明,流变应力在变形初期随着应变的增大迅速增大,出现峰值应力后逐渐平稳,流变应力随着应变速率的增大而增大,随着变形温度的升高而下降;流变应力可以用双曲线正弦形式的关系来描述,通过线性拟合计算出该材料的形变激活能等参数,获得流变应力的本构方程。随着变形温度升高和应变速率降低,合金中拉长的晶粒变大,合金热压缩变形的主要软化机制为动态再结晶。     

ZK60镁合金热压缩变形流变应力行为与预测

在变形温度为523---673 K, 应变速率为0.001---1 s^-1的条件下, 采用Gleeble--1500热模拟试验机对ZK60镁合金的热变形行为进行了研究. 结果表明, ZK60镁合金流变应力随变形温度升高和应变速率的降低而减小. 其高温压缩流变应力曲线可描述为加工硬化、过渡、软化和稳态流变4个阶段, 但在温度较高和应变速率较小时, 过渡阶段不很明显. 建立了一个包含应变的流变应力预测模型, 模型中的9个独立参数可以通过非线性最小二乘法拟合求得, 预测的流变应力曲线与实验结果吻合较好.     

6061铝合金热压缩变形条件对流变应力的影响及其本构方程的研究

文章根据热压缩试验数据,应用一元线性回归和多元线性回归方法,研究了6061铝合金材料的流动应力与温度、应变速率和应变之间的关系,并根据试验数据确定了6061铝合金材料的本构方程。研究表明,6061铝合金热压缩塑性变形时的流变应力和应变速率之间的关系满足双曲正弦函数关系式;其热压缩塑性变形时流变应力的双曲正弦对数项与绝对温度倒数之间满足线性关系,其高温压缩变形受热激活能的控制。     

考虑应变补缩的6063铝合金高温流变应力本构方程(英文)

为了建立精确模拟6063铝合金高温流变应力的本构方程,在温度为573~773 K和应变速率为0.5~50 s-1的条件下,采用Gleeble-1500热模拟机进行等温热压缩实验。结果表明:可以采用参数Z描述温度和应变速率对6063铝合金热变形行为的影响,建立的本构方程中的材料常数(α,n,Q和A)可以表示成应变的4次多项式函数。模拟结果表明:所建立的本构方程能精确预测6063铝合金高温流变应力,因此,本构方程适合用于模拟热变形过程,如挤压和锻造,并且可以在工程应用中正确设计变形参数。     

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0.01～10.0s-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.     

基于应变补偿和修正项的新型铝锂合金温热变形本构模型

采用UTM5000电子万能拉伸试验机,在变形温度573~648K和应变速率0.001~0.1s-1条件下对2060-T8铝锂合金进行等温恒应变速率拉伸试验,得到其在变形过程中的真应力-真应变曲线,建立了基于应变补偿和修正项的温热变形本构方程。通过扫描电子显微镜(SEM)分析拉伸断口,对2060-T8铝锂合金的温热变形行为进行研究。结果表明：2060-T8铝锂合金对变形温度和应变速率具有较高的敏感性,流变应力曲线呈现出应变硬化和流变软化的特征,随着变形温度的升高和应变速率的降低,稳态流变特征逐渐消失,其在温热变形条件下的断裂形式为韧性断裂。修正的本构模型与实验值吻合度较高,可以为2060-T8铝锂合金温热变形的有限元模拟提供前提条件。