LNG用高锰超低温钢高温流变应力的温度依赖性

在800～1 000℃温度范围内，利用Gleeble-3800热模拟试验机对LNG用高锰钢进行应变速率为10/s的高温拉伸试验，研究了不同拉伸温度对流变应力及断裂机制的影响，建立了流变应力、应变速率及拉伸温度之间的本构方程。结果表明：断后试样的断面收缩率随着拉伸温度的升高而增加，而流变应力随之降低，由530 MPa降至312 MPa;断口韧窝的尺寸和深度随着温度的升高而增大，呈现晶界滑移和MnS、TiN、Al₂O₃等夹杂物脱落两种形貌。在应变速率为10/s、800～1 000℃温度范围内，LNG用高锰钢的热变形本构方程为■,且该方程模型与实测值吻合程度较高。     

7085铝合金的高温压缩流变应力及软化行为

对均匀化炉冷态7085铝合金进行高温压缩实验,研究该合金在变形温度为350~450℃、变形速率为0.001~0.1 s 1和应变量为0~0.6条件下的流变应力及软化行为。结果表明:流变应力在变形初期随着应变的增加而迅速增大,出现峰值后逐渐软化进入稳态流变;随着变形温度的升高和应变速率的降低,峰值流变应力降低。采用包含Zener-Hollomon参数的Arrhenius双曲正弦关系描述合金的流变行为。分析和建立了应变量与本构方程参数(激活能、应力指数和结构因子)的关系,研究发现本构方程参数随应变量的增加而减少。合金的流变行为差异与动态回复再结晶和第二相粒子相关。     

预拉伸对7075铝合金中厚板几何精度 和力学性能的影响

以厚度为6 mm的7075铝合金中厚板为对象，开展预拉伸对板材几何精度和力学性能的影响研究.试验表明，当预拉伸量相同时，板材宽厚比越大，回弹后的纵向永久变形率越小；预拉伸对板材的宽向尺寸影响很小，其预拉伸过程近似于纵向延伸、厚向减薄的平面应变状态；通过数据拟合，建立了3种宽厚比中厚板的预拉伸量与其纵向和厚向回弹后永久变形率之间的关系方程；随着纵向永久变形率的增加，预拉伸板时效后的屈服强度和抗拉强度均呈先增加后减少的趋势；在纵向永久变形率为2.0%~2.5%时，预拉伸板的强度性能达到最大值.      

38MnB5热成形钢高温变形行为及本构方程

利用Gleeble-3500热模拟试验机对38MnB5热成形钢的高温变形行为进行研究, 分别在650~950℃温度区间内, 以0.01、0.1、1和10 s-1的应变速率对其进行等温单向拉伸测试, 并得到相应条件下的真应力-应变曲线.结果表明: 38MnB5热成形钢流变应力随着变形温度的升高而减小, 随着应变速率的增大而增大.当应变速率逐渐增加时, 热变形时发生的动态回复和动态再结晶效果并不显著, 而当温度逐渐升高时, 二者作用逐渐加强.考虑了温度、应变速率和应变的综合复杂影响, 建立38MnB5热成形钢高温下的本构方程.此本构方程通过对流变应力、应变、应变速率等实验数据的回归分析, 得到与变形温度、应变速率和应变相关的材料参数多项式.计算结果与实验结果对比发现, 通过本构方程所获得的计算值与试验值吻合良好.      

工业纯钛TA2热变形过程的流变行为本构方程

利用Gleeble-3800热模拟实验机研究了工业纯钛TA2的热变形行为.变形温度为750~1000℃，步长50℃，应变速率分别为0.01、0.1、1和10 s-1.实验结果表明，TA2在热压缩变形过程中发生了加工硬化以及动态回复、动态再结晶.随着变形温度的降低和应变速率的增加，流变应力逐渐增加.为了准确预测TA2的高温流变行为，基于实验数据和双曲正弦Arrhenius模型构建了考虑应变影响的本构方程，本构方程中材料常数α、n、Q、lnA与应变之间存在6阶多项式关系.本文所提出考虑应变影响的本构方程可以用于研究工业纯钛TA2的高温流变行为.      

耦合损伤的22MnB5热变形本构模型

利用Gleeble 3500热力模拟试验机对22MnB5板材进行高温拉伸试验,研究了该材料在变形温度为700、800和900℃以及应变速率为0.01、0.1、1和10 s-1下的高温变形行为.在同一温度下,22MnB5的断裂应变随应变速率增加而呈现增加趋势,温度升高加剧这种趋势.建立了耦合损伤基于位错密度的统一黏塑性本构模型,该模型考虑了高温变形中损伤的演化规律,能够描述了应力-应变曲线后期的陡降段.利用遗传算法确定并优化该本构模型中的材料常数,所得材料常数确定的本构模型能够较好地预测22MnB5高温拉伸变形下的流变应力,并能较好地描述材料损伤演化规律.      

1000MPa级DP钢的准静态拉伸行为与应变速率的关系

研究1000MPa的双相钢（DP钢）在室温下的准静态拉伸行为与应变速率（10^-2、10^-1、10^-1s^-1）的关系。结果表明,在准静态拉伸条件下,DP钢的拉伸性能是与应变速率相关的。随着应变速率提高,材料的屈服强度、抗拉强度、屈强比和加工硬化指数明显升高,而均匀伸长率、断裂伸长率略有下降;另外,应变速率对材料的...     

W-20Cu复合材料热变形行为及本构关系

通过热模拟压缩试验研究了W-20Cu复合材料在应变速率为0.01～5 s-1、温度为850～1 000℃时的高温热变形行为。采用扫描电镜对材料压缩变形后的显微组织进行了观察和研究。结果表明:W-20Cu复合材料具有较高的应变速率强化效应和温度软化效应;热变形加工理想条件为900～950℃,应变速率不大于1 s-1;材料热变形过程中,具有明显的条状Cu聚集现象,促使材料更致密,且高温、低应变速率致密效果更显著。利用试验数据,建立材料的Arrhennius本构方程,并对方程参数进行真应变的多项式函数关系修正与拟合,通过对比分析,修正后的本构方程能很好描述材料高温变形行为。     

800MPa级冷轧双相钢的动态变形行为及本构模型

采用Hopkinson拉杆试验系统对800 MPa级冷轧双相钢（DP800）进行动态拉伸试验,动态拉伸选择应变速率为500、1000和2250 s-1.通过比较试验结果得出:双相钢的塑性延伸强度R_p0.2和抗拉强度R_m与应变速率的关系呈指数形式增加;DP800在高应变速率塑性变形会产生绝热温升效应,计算可得DP800在应变速率为2250 s-1时拉伸变形产生的绝热温升为89℃.基于J-C（Johnson-Cook）模型和Z-A（Zerilli-Armstrong）模型,对DP800的本构模型进行了研究,并对J-C模型应变速率效应多项式进行二次化修正,修正后的J-C模型相较于J-C模型对DP800在不同应变速率下的平均可决系数从0.9228提高到0.9886.      

预应变时效对Ti-2.5Cu合金力学性能的影响

对固溶处理后的Ti-2.5Cu合金分别施加0.05、0.1、0.15、0.2的拉伸预应变,随后进行一次时效(400℃×24 h/AC)和二次时效处理(475℃×8 h/AC),研究了预应变时效处理对Ti-2.5Cu合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响。结果表明:二次时效后析出的Ti_2Cu粒子尺寸较一次时效有了明显的长大;一次时效处理的合金强度随预应变量的增加而升高,而二次时效处理的合金强度随预应变量的增加先增加,当预应变量超过0.15后,开始下降;2种时效工艺处理的合金延伸率均保持在较高的水平。在考虑应变回复的基础上,建立了Ti-2.5Cu合金预应变时效的强度预测模型,其理论预测值与实验结果相吻合;一次时效和二次时效后的疲劳寿命相当,都表现为循环软化,疲劳裂纹以穿晶方式扩展。通过预应变时效处理可以提高Ti-2.5Cu合金的综合力学性能。     

5A30铝合金板高温拉伸本构关系研究

采用拉伸试样在Gleeble-1500材料热模拟试验机上对5A30铝合金进行高温拉伸实验,研究了该合金在变形温度为300～500℃,应变速率在0.01～10 s-1的高温流变变形行为。结果表明:变形温度和应变速率对该合金流变应力的大小有显著影响。流变应力随变形温度的升高而降低,随着应变速率的增加而升高。5A30铝合金的高温流变行为可用Zener-Hollomon参数描述,从流变应力、应变速率和变形温度的相关性,得出了该铝合金板材高温变形的材料常数和本构方程。计算出5A30铝合金板的变形激活能为Q=201.1 kJ.mol-1,材料常数为A=7.44×1013 s-1,n=4.3135,α=0.02 mm2.N-1;计算得到了5A30铝合金Arrhenius方程;利用双曲正弦模型,得到高温拉伸峰值应力和Z参数的解析式。     

不同应变速率下DP980双相钢微观组织特征及变形机制

为了研究DP980双相钢在不同应变速率下的微观组织特征及变形机制。通过室温准静态拉伸(0.001、0.01和0.1 s^-1)和分离式霍普金森拉杆高应变速率拉伸实验(1 156、2 861和3721 s^-1)进行了力学性能评测。借助OM和SEM对变形断口附近的材料的显微组织微观形貌进行了系统表征和分析。结果表明：DP980双相钢的屈服强度、抗拉强度和断后伸长率随着应变速率的提高而不断提升，表现出明显的塑性和强度的双增现象。不同应变速率下DP980双相钢的断裂方式均为韧性断裂，但在高应变速率下韧窝分布更为均匀，且大尺寸韧窝数量以及韧窝深度均大幅增加。在高应变速率下除了在铁素体和马氏体相界面发生脱粘现象外，马氏体基体内部出现了开裂现象，表明马氏体也参与了较大程度的变形。     

热压铍材静-动态变形行为及其本构方程

采用改进的PTW方程和LM参数方程构建了一个新的金属材料本构方程模型;应用Hopkinson压力杆法获得热压铍材不同温度和应变速率下静-动态应力-应变曲线数据,确定了本构方程中材料参数。结果表明,计算曲线与实验曲线吻合的较好,该本构方程可应用于预测热压铍材不同温度和应变速率下静-动态流变应力。     

无取向Fe-3.3%Si钢带材温拉伸变形行为分析

利用电子试验机对热轧后Fe-3.3%Si钢开展了温度范围为250~700 ℃及应变速率为0.001~0.1 s-1的单向拉伸试验,并对其拉伸后断口形貌和微观组织进行了观测与分析。结果表明,随着变形温度的升高,抗拉强度显著降低,伸长率呈指数增加;变形温度较低时,材料发生明显的加工硬化,非均匀塑性变形阶段较短,温度升高至550 ℃时,材料发生了明显的动态回复和动态再结晶;拉伸速率较低时断口存在明显的韧窝,与低温时发生的剪切断裂相比,温度较高时,韧窝基本与拉伸方向一致,属于拉伸断裂;变形速率较高时,断口出现部分河流花样准解理断裂,解理面由表面到芯部逐渐分层,形成了解理台阶或撕裂棱,多层解理面之间存在部分韧窝;拉伸过程中芯部变形量大,组织主要表现为变形带,温度较低时,表面组织为被拉长的晶粒,变形温度较高时,表面有大量的等轴晶。研究结果对硅钢温变形组织性能控制及温轧工艺制定和优化具有重要理论意义。     

GH3230高温合金热变形行为及本构模型研究

采用高温拉伸试验研究了GH3230合金在温度1144~1273 K、应变速率1×10-3~1×10-1s-1条件下的热变形行为。计算了变形激活能,并采用Zener-Hollomon参数法构建合金的高温变形的本构关系。结果表明:温度和应变速率对GH3230合金的高温力学性能有显著影响,流变应力随变形温度的升高而降低,随着应变速率的增加而升高。GH3230合金的高温流变行为可用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数来描述,热变形材料常数为:A=5.179×1016s-1,a=0.0088,n=3.9893,并计算出合金的平均变形激活能Q=455.203 k J·mol-1,且变形激活能更容易受到应变速率的影响。扫描电镜(SEM)断口分析表明GH3230合金在高温下(1144~1273 K)应变率范围为1×10-3~1×10-1s-1时的拉伸断裂都是由损伤引起的韧性断裂,且温度对断口形貌影响不大,但应变速率增大会使韧窝尺寸和深浅变小。     

热处理对超级13Cr不锈钢组织及拉伸性能的影响

 为了研究热处理工艺对超级13Cr不锈钢组织及拉伸性能的影响，采用了光学显微镜、X射线衍射仪、透射电子显微镜、显微硬度测试及应变速率拉伸等试验方法。结果表明，经过水淬和油淬处理的超级13Cr不锈钢组织及拉伸性能相差不大。但相比于水淬，采用油淬的试样经回火处理后塑性得到更大提升。淬火试样经回火处理后，组织变为回火索氏体。随着回火温度升高，材料的塑性先增加后减小，硬度与强度变化则相反。620 ℃回火试样含有逆变奥氏体，强度塑性组合较好。二次回火能够增加超级13Cr不锈钢中逆变奥氏体含量，但塑性变化不明显，强度下降较大。     

不同应变速率下CT20钛合金孪生变形行为

在300 K及20 K、不同应变速率下对CT20钛合金板材进行单向拉伸,利用扫描电镜、透射电镜等观察拉伸应变组织及断口形貌,揭示了应变速率对CT20钛合金孪生变形行为的影响规律。结果表明:在300 K下,应变速率的提高使CT20钛合金板材的强度提高,延伸率降低;20 K下,应变速率的提高使CT20钛合金板材的强度和延伸率均下降。在300 K、应变速率高于6.67×10-1s-1和20 K、应变速率低于6.67×10-3s-1的条件下,CT20钛合金板材的变形均为滑移和孪生共同作用。20 K下,CT20钛合金拉伸应变速率超过6.67×10-3s-1时,孪生变形受到抑制,材料的延伸率迅速降低。     

S30432钢连铸和模铸管坯的高温加工性能对比

利用Gleeble热模拟试验机，完成了同炉冶炼的S30432钢连铸和模铸工艺生产的管坯在高温下的拉伸热变形过程，设置了1 000、1 050、1 100、1 150℃系列温度和0.1、1、5 s^-1应变速率的不同热模拟试验条件，获得了同炉冶炼的S30432钢连铸和模铸工艺生产的管坯在各个高温拉伸条件下的高温应力-应变曲线，并对其进行修正和拟合，使其尽可能符合实际试验情况。对同炉冶炼的S30432钢连铸管坯和模铸管坯的热变形本构方程进行了拟合，并对2种工艺管坯的高温热塑性差异进行对比分析。结果表明，连铸管坯和模铸管坯的热塑性在不同拉伸温度和速率下表现出一定规律性，连铸管坯的热塑性存在较大的波动，且整体上略逊于模铸管坯，为改进优化管坯的穿孔工艺提供了参考。通过扫描电镜对高温拉伸断口的微观组织结构进行表征，发现高温拉伸失效形式为塑性断裂，绝大部分断口形貌属于韧窝断口。然而，在特定条件下，部分连铸管坯试样表现出较差的热塑性，其断裂形式转变为脆性断裂。对于S30432钢连铸管坯的高温塑性加工，建议使用较高的应变速率和较高的应变温度以获得良好的加工性能。     

高强IF钢的高速应变行为

利用拉伸实验装置研究了高强IF钢在高应变速率下的变形特性。结果表明：高强IF钢是应变速率敏感性材料,在应变速率10-4～103/s的范围内,应变速率对高强IF钢的应变硬化率与屈服强度的影响具有2阶段性。在第一阶段,应变速率较低,应变硬化率与屈服强度对应变速率的敏感性较小;在第二阶段,应变速率较高,随应变速率的增加,应变硬化率迅速降低,屈服强度迅速增加。     

TNT埋爆载荷下700 MPa高强韧钢变形行为及仿真分析

 以自主研发的新型高强韧700 MPa防爆钢(BR700钢)为研究对象,结合LS-DYNA模拟计算软件和正交试验设计对BR700钢抗爆轰过程进行研究。根据测得的准静态及动态拉伸力学性能,拟合出了BR700防爆钢的Johnson-Cook本构方程。通过实爆试验,研究了20 mm厚钢板在8 kg TNT埋爆载荷下的抗爆轰变形行为。建立了相关仿真模型,使用LS-DYNA模拟计算软件分析了其变形量、应力应变分布情况以及超压。在确保仿真模型准确的情况下,结合有限元分析以及正交试验设计,以钢板的变形量D为评定指标,通过极差分析计算了材料屈服强度A、应变硬化模量B、应变硬化指数n、应变速率常数C和失效应变FS等因素对抗爆轰性能影响规律。结果表明,在不考虑工装偏移的条件下,8 kg TNT埋爆载荷下钢的抗爆轰变形模拟计算结果可以准确地反映BR700钢的抗爆轰变形行为。模拟结果与实际爆炸后钢板变形量误差仅为7.7%。且根据模拟结果的超压分析,钢板因其良好的塑韧性起到了较好的吸能作用,有效削弱了爆炸冲击波的破坏。根据正交试验模拟结果,对爆炸后钢板变形量D而言,材料屈服强度A值影响程度最高,其次是应变硬化指数n值。材料强度提升可以大幅减小爆炸变形量,可以有效降低爆炸冲击对车辆和乘员的伤害。同时通过1 100 MPa钢板爆炸试验验证了强度对抗爆轰变形的影响。