2507超级双相不锈钢的流变应力本构关系及热加工图

采用Gleeble-3800热模拟试验机研究了热变形温度为950~1200 ℃、应变速率为 0.01~10 s^-1条件下2507超级双相不锈钢的热压缩变形行为,并借助光学显微镜观察了不同变形过程中的微观组织演化。基于试验数据分析,建立2507超级双相不锈钢的流变应力本构关系及热加工图。结果表明:流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而逐渐降低,在高应变速率下,流变曲线出现“类屈服平台”。试验钢的热变形激活能为414.57 kJ·mol^-1,应力指数为4.18,峰值应力本构方程为ε·=3.69×10¹⁵[sinh(0.0101σ)]^4.18exp-414.57RT,根据微观组织分析及热加工图确定出试验钢的最佳热加工区域为热压缩温度1060~1120 ℃,应变速率0.01~0.1 s^-1。     

热等静压态FGH96合金的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3800热模拟压缩试验机对热等静压态FGH96合金进行了不同温度和应变速率的等温热压缩试验,研究了FGH96合金在变形温度分别为1040、1070、1100、1130 ℃,应变速率为0.001、0.01、0.1和1 s^-1,最大真应变为0.7条件下的高温热变形行为,分析了真应力-真应变曲线,建立了本构方程,并利用Origin软件构建了热加工图,结合变形温度和应变速率对组织的影响确定了FGH96合金合适的热加工参数。结果表明,热等静压态FGH96合金的真应力-真应变曲线呈现典型的动态再结晶特征,其峰值应力随变形温度的降低和应变速率的增加而增加,结合本构方程、热加工图以及微观组织确定了FGH96合金合适的热加工区域为变形温度1060~1080 ℃,应变速率0.0001~0.004 s^-1。     

Incoloy901合金的热加工图与热变形行为

利用Gleeble-3800热模拟机研究Incoloy901高温合金在变形温度950~1150 ℃,应变速率0.005~1 s^-1,真应变0.6下的热变形行为。结果表明:变形温度大于1000 ℃,应变速率大于0.01 s^-1时,Incoloy901合金真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征。根据应力-应变曲线构建Incoloy901合金的本构方程与热加工图,得出形变激活能Q=439.401 kJ/mol,最佳热加工工艺为:变形温度1050~1150 ℃,应变速率0.005~0.1 s^-1,在此工艺范围内合金的高温变形功率耗散系数η较高,可达37%,能获得较好的动态再结晶组织。     

AM355不锈钢的热变形行为

使用Gleeble-3800热模拟试验机对锻造态AM355不锈钢进行等温热压缩试验,应变速率选择0.01~10 s^-1,变形温度选择1173~1423 K。热变形后的组织通过光学显微镜、电子背散射衍射、透射电镜进行观察。基于Arrhenius模型采用峰值应力构建了本构方程,并对其改进得到了准确度更高的本构方程。采用动态材料模型构建了热加工图。由热加工图与变形后的组织得到了真应变为0.9时的热加工窗口。结果表明,适用于AM355钢的最优热加工区域为变形温度1250~1300 K、应变速率0.01~0.03 s^-1与变形温度1300~1400 K、应变速率0.01~10 s^-1及变形温度1400~1423 K、应变速率0.5~10 s^-1,该区域下能量耗散率均小于0.36,且发生了完全的动态再结晶。此外,还确立了完全动态再结晶时奥氏体晶粒尺寸d_drx与Z参数的关系。     

铸态Cr5钢热变形行为及热加工图的研究

以支承辊常用材料铸态Cr5钢为研究对象，在单道次热压缩试验的基础上，对其在不同试验参数下的热变形行为及热加工图进行分析研究。试验中，变形温度为850～1220℃,变形速率为0.01～1 s^-1,真应变为0.7。利用试验数据绘制了铸态Cr5钢的真应力-真应变曲线，得出影响流变应力的因素。并通过拟合曲线计算了各待定材料系数，给出了铸态Cr5钢的流动应力方程。最后，基于真应力-真应变曲线，绘制了0.1～0.6应变范围内的热加工图。结果表明：提高变形温度以及减小应变速率可以降低Cr5钢的流变应力，有助于动态再结晶的发生；而随着应变的增加，失稳区域与功率耗散因子变大。Cr5钢高温下最适宜的加工参数区间为：变形温度为1000～1200℃,应变速率为0.03～0.37 s^-1。     

耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN的热变形行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机，研究了耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN在变形温度为900～1200℃、应变速率为0.01～1 s^-1、变形量为0.5条件下的热压缩变形行为和微观组织演化规律。基于真应力-真应变曲线分析不同变形温度和应变速率对试验钢热变形行为的影响，采用Arrhenius双曲正弦方程构建耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN的流变应力本构模型，并结合动态材料模型(DMM)绘制了热加工图。结果表明，流变峰值应力随变形温度升高或应变速率下降而降低，在应变速率为0.1 s^-1时，变形温度达到1000℃后开始出现再结晶，且随变形温度升高再结晶晶粒越大；在不同温度下组织中均发现有δ铁素体，其含量随温度升高而增加。结合热加工图和微观组织分析，确定了耐热钢2Cr12Ni4Mo3VNbN的最佳热加工区域为1068～1172℃, 0.08～0.12 s^-1。     

退火态42CrMo钢的热变形行为

为了研究退火态42CrMo钢的热变形行为，利用Gleeble3800热模拟试验机进行了单道次热压缩实验，获得了变形温度930～1230℃、应变速率0.001～1 s^-1条件下的高温流变应力曲线。分别应用Arrhenius方程和Yada模型构建了42CrMo钢的高温本构模型和动态再结晶动力学模型，并基于动态材料模型应用不同变形条件下的峰值应力构建了其热加工图。结果表明，在大部分变形条件下，高温流变应力曲线呈典型动态再结晶特征，由于动态再结晶的作用，流变应力随变形温度的升高或应变速率的降低而减小。基于峰值应力构建的42CrMo钢高温本构模型和动态再结晶模型可以用于预测不同变形条件下的流变应力和微观组织演变。此外，根据42CrMo钢的热加工图，最佳热加工工艺参数范围为1100～1230℃、0.01～1 s^-1。     

30CrNi3MoV钢的热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3500热模拟试验机对30CrNi3MoV钢进行单向热压缩试验,研究了其在变形温度950~1150 ℃、应变速率0.01~10 s^-1的热变形行为,构建了应变补偿型流变应力本构方程,并绘制出该钢的热加工图。结果表明,30CrNi3MoV钢真应力-真应变曲线有3种不同特征:高温小应变速率时,表现为典型的动态再结晶过程;低温小应变速率时,曲线为动态回复特征;应变速率较大时,应力随应变的增大而增大,无明显的峰值应力。采用5次多项式拟合构建的应变耦合流变应力本构方程具有高的精确度,采用该方程获得的预测值与试验值的平均相对误差为3.2%,相关性系数R值为0.993。从热加工图中得到试验钢最佳的热加工工艺参数范围是:变形温度为1020~1150 ℃、应变速率为0.03~0.35 s^-1。     

低碳马氏体不锈钢热变形行为及本构方程

为研究低碳马氏体不锈钢的热变形行为，利用Gleeble-3800热模拟试验机对该材料进行不同温度的压缩变形试验，利用流变应力曲线构建了基于Arrhenius双曲正弦模型的本构方程，并建立试验材料的热加工图，最后对比分析试验材料在不同变形条件下的显微组织。结果表明，材料在高变形温度与低应变速率下变形时主要发生动态再结晶现象，在低变形温度与高应变速率下变形时主要发生加工硬化现象，流变应力的理论值与实测值的线性相关系数为0.995 5,验证了本构方程的准确性；结合热加工图分析和显微组织观察，得出该材料的失稳工艺窗口区域为变形温度1 020～1 120℃、应变速率0.01～1 s^-1;材料的最佳工艺窗口区域为变形温度900～1 150℃、应变速率0.003～0.01 s^-1。变形温度的提高有利于将粗大变形组织逐渐转变成细小的等轴组织，应变速率的降低同样有利于发生动态再结晶，但过低则会延长变形时间，导致再结晶晶粒逐渐长大与粗化。     

316L/Q420双金属热变形行为及热加工图

为研究不锈钢和低合金高强钢双金属的高温变形行为，对316L/Q420双金属进行了温度为950～1150℃、应变速率为0.01～10 s^-1、最大变形量为50%的单向热压缩试验，通过观察试验结果，研究了该双金属的热变形行为，进而构建了基于Z参数的Arrhenius本构方程，并应用动态材料模型和Prasad失稳判据绘制了应变分别为0.1、0.3、0.5和0.7时的热加工图。结果表明，316L/Q420双金属热变形具有典型的动态再结晶型特征，流变应力随温度的升高和应变速率的降低而减小；根据所建本构方程得到的预测应力与试验值之间有良好的线性相关性。对应热加工图，综合分析了碳钢侧微观组织状态和脱碳层厚度，确定了最优热加工工艺窗口为：变形温度为1110～1150℃,应变速率为1.284～10 s^-1。     

0.30C-Cr-W渗氮轴承钢的热变形特性

为了探究0.30C-Cr-W渗氮轴承钢的最佳动态再结晶条件和热变形机理,利用Gleeble3800热模拟试验机对试验钢进行了等温热压缩模拟试验,试验变形温度为750~1050 ℃,应变速率0.01~10 s^-1,变形量60%。结果表明,峰值应力随变形温度的降低和应变速率的升高而增大,在应变速率为0.01∼0.1 s^-1,变形温度为950~1050 ℃时,发生明显动态再结晶;具有双曲正弦函数型的本构方程能较好地描述0.30C-Cr-W渗氮轴承钢的流变行为;0.30C-Cr-W渗氮轴承钢的形变激活能为442.022 kJ/mol。基于动态材料模型和流变应力数据建立了热加工图。通过热加工图及微观组织的观察确定了变形温度950∼1050 ℃,应变速率0.01∼0.15 s^-1为最佳热变形条件;变形温度750∼950 ℃,应变速率1.2∼10 s^-1为流变失稳区。     

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金的高温塑性变形行为及热加工图

采用Gleeble-1500热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验，探究了Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金在应变速率为0.1～10 s^-1、变形温度为1173～1323 K及最大变形量为60%条件下的高温塑性变形行为。探究了工艺参数对真应力-真应变曲线的影响，采用Arrhenuis模型构建了耦合应变的本构方程，基于动态材料模型及Babu流变失稳准则构建了热加工图。结果表明，Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金的流动应力随应变速率的减小及变形温度的增加呈下降并趋于平稳的趋势，且温度敏感性在低温区比高温区强。真应力-真应变曲线在变形温度1173～1273 K下的α+β相区呈现出动态再结晶特征，在变形温度为1323 K的β相区呈现出动态回复特征。建立的耦合应变的Arrhenuis本构方程具有较高的预测精度。利用Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金热加工图，确定了该合金最优塑性变形工艺参数为变形温度为1230～1323 K和应变速率为0.1～0.816 s^-1。     

13Cr超级马氏体不锈钢热压缩变形行为与组织演变

通过Gleeble-3500热模拟试验机对13Cr超级马氏体不锈钢进行单道次压缩变形试验,系统研究变形温度在950~1150 ℃、应变速率为0.001~10 s^-1条件下的热变形行为。利用双曲正弦模型建立了13Cr超级马氏体不锈钢的流变应力本构方程,求得试验钢的热变形激活能为412 kJ/mol,并基于动态材料模型(DMM)理论绘制了材料的热加工图,得出材料的最佳热变形工艺参数窗口为:变形温度1032~1072 ℃,应变速率0.039~0.087 s^-1。组织演变结果表明,试验钢在高变形温度和低应变速率的条件下,容易发生动态再结晶。当应变速率一定时(0.01 s^-1),变形温度从950 ℃升到1050 ℃,动态再结晶的体积分数从18.7%升高到60.1%,组织的再结晶程度提高,晶粒均匀细小;当变形温度一定时(1050 ℃),随着应变速率的降低,动态再结晶的晶粒长大粗化。     

GH141镍基高温合金的热变形行为和组织演变

通过热压缩实验研究了GH141镍基高温合金在变形温度为1040～1160℃、应变速率为0.01～10 s^-1条件下的热变形行为和组织演变，分析变形温度和应变速率对流变行为的影响，对流变应力进行摩擦、温度和应变修正补偿，用修正后的流变应力构建更加精准的本构方程并绘制热加工图，分析不同热加工区的微观组织演变以验证得到的最优热加工区。结果表明：压缩流变应力对变形温度和应变速率较为敏感，综合摩擦、温度变化和应变补偿修正的本构方程能较好地预测不同变形条件下的热压缩流变应力，结合热加工图及不同热加工区域内的微观组织演变确定最优热加工区为变形温度1130～1145℃、应变速率为0.1～5 s^-1，此区域内动态再结晶完全，晶粒内部几乎不存在畸变，晶粒组织为等轴晶，且较均匀。     

Si-Cr-Mo改进型H13热作模具钢热变形行为及有限元模拟

利用Gleeble-3800热模拟实验机,对自主研发的Si-Cr-Mo改进型H13热作模具钢——3Cr2Mo3钢进行热压缩实验,研究了其在变形温度为950～1200℃、应变速率为0.01～10 s^-1条件下的热变形行为。基于实验得到的真应力-真应变曲线,建立了Arrhenius型本构方程,并对其进行真应变补偿。由动态材料模型构建了3Cr2Mo3钢的热加工图,并得到了最佳热加工范围。利用有限元软件DEFORM和光学显微镜,研究了3Cr2Mo3钢在热变形过程中的温度场与微观组织的关系。结果表明：3Cr2Mo3钢的真应力受应变速率和变形温度的影响,且在低应变速率下(0.01 s^-1)出现明显的动态软化特征,6次真应变补偿型本构方程的拟合精度高;实验条件范围内,3Cr2Mo3钢的最佳热加工范围为变形温度为1110～1200℃、应变速率为0.01～1 s^-1;有限元软件DEFORM温度场结果显示,随着变形温度的升高和应变速率的降低,试样的心部与表面的温度场分布均匀,微观组织为均匀细小的动态再结晶晶粒。     

15Cr16Ni2MoN新型马氏体热强钢热变形行为研究

利用Gleeble-3800热模拟试验机在变形温度为950～1150℃、应变速率为0.1～10 s^-1,最大变形量为50%的条件下对15Cr16Ni2MoN钢进行了单道次热压缩试验。根据应变硬化速率θ-应力σ曲线的拐点以及-dθ/dσ-σ曲线计算得到临界动态再结晶(DRX)的临界应力σ_c与温度T的关系。结果表明，在高应变速率(1和10 s^-1)下观察到较为稳定的流动行为，在低应变速率0.1 s^-1时，DRX程度更充分并显著改变了真应力-应变曲线变化趋势。DRX发生需要的临界应力σ_c随温度的升高而逐渐降低，随应变速率的增加逐渐提升。基于Arrhenius模型预测了合金钢的组织演化规律，绘制了在不同应变量下的热加工图，确定最佳热加工区间为变形温度为1030～1070℃,应变速率为0.10～0.22 s^-1,并通过金相显微组织观察予以验证。     

节Ni型2101双相不锈钢的高温热加工行为研究

采用Gleeble-3800热力模拟试验机在温度为1123~1423 K、应变速率为0.001~10 s~(-1)的条件下对2101双相不锈钢进行了热压缩实验,以研究热变形参数对其热加工行为的影响规律。结果表明,相同应变速率下,随温度升高,流变曲线由动态再结晶向动态回复转变。变形速率由0.001 s~(-1)增至0.01和0.1 s~(-1)提高了动态再结晶温度范围,而1和10 s~(-1)的较高应变速率不利于动态再结晶。在应变速率为0.001~0.1s~(-1)、变形温度为1253~1323 K时,峰值应力所对应的应变越小,奥氏体动态再结晶越容易发生,有利于等轴状再结晶组织形成。低应变速率下,变形温度升高使奥氏体再结晶晶粒长大,且Zener-Hollomon参数较大时,动态再结晶效果变差与Mn稳定奥氏体能力较Ni弱有关。基于热变形方程计算得到该不锈钢热变形激活能Q=464.49 k J/mol,略高于2205双相不锈钢,并建立了峰值流变应力本构方程。结合不同变形条件下的应变曲线和显微组织,根据热加工图确定了最佳热加工区域为应变速率在0.001~0.1 s~(-1)、变形温度为1220~1350 K,该区域功率耗散系数处于0.40~0.47的较高值,发生了明显奥氏体动态再结晶。     

Incoloy825高温合金热变形行为及动态再结晶模型

采用Gleeble-3800热模拟试验机，对Incoloy825高温合金在应变为0.92、温度为950～1150℃和应变速率为0.001～1 s^-1条件下进行单道次压缩试验。依据真应力-真应变曲线建立了动态再结晶临界方程和动态再结晶动力学模型。结果表明，Incoloy825高温合金热变形对温度和应变速率较为敏感，真应力-真应变曲线整体满足硬化-软化-稳态的流变过程，动态再结晶是Incoloy 825高温合金材料的主要软化机制。在热变形过程中，动态再结晶临界应变随变形温度的升高和应变速率的降低呈减小趋势。对动态再结晶动力学模型进行分析发现，动态再结晶百分含量随变形温度的升高和应变速率的降低而增大，表明高变形温度和低应变速率对动态再结晶具有促进作用。     

Cu-15Ni-8Sn合金的热变形行为和热加工图

借助Gleeble-3500热模拟试验机研究了Cu-15Ni-8Sn合金在变形温度为933～1083 K,应变速率为0.001～10 s^-1条件下的热压缩变形行为，通过Arrhenius模型建立了合金的热压缩变形本构方程并对其准确性进行了验证，基于动态材料模型得到了合金的3D热加工图。结果表明：合金适宜的热加工区间为变形温度993～1083 K,应变速率0.01～0.1 s^-1;在应变速率为0.01 s^-1时，随着变形温度的升高，合金的位错密度逐渐降低，动态再结晶体积分数逐渐增加，小角度晶界逐渐转化为大角度晶界，动态再结晶产生的软化效果使得合金的变形抗力逐渐降低。     

基于摩擦-温度双修正的Maraging250钢热变形行为及热加工图

采用Gleeble-3800热模拟试验机,通过热压缩试验研究了变形温度900~1200 ℃、应变速率0.001~10.0 s^-1时,Maraging250钢的热变形行为,综合考虑摩擦效应和变形热效应,对流变应力曲线进行摩擦修正和温度修正,建立双修正条件下的Maraging250钢本构方程和热加工图,并针对真应变为1.2的热加工图分析了试验钢在不同变形条件下的微观组织变化。结果表明,在相同试验条件下,变形温度降低或应变速率升高,摩擦效应对试验钢流变应力影响越显著;变形热仅在低温、高应变速率条件下对流变应力有显著影响。由变形热引起的最大温升约80 ℃、流变应力最大变化约20 MPa。利用双修正的流变应力曲线计算出试验钢的热变形激活能为393.552 02 kJ/mol,并建立了Z参数方程和本构方程,绘制了真应变ε=0.4、0.8和1.2的热加工图。结合微观组织分析,Maraging250钢在1000～1125 ℃、0.001～1.0 s^-1范围内能获得均匀细小的动态再结晶组织,具有较佳的热加工性能。