GH90高温合金动态再结晶数学模型构建及验证

为研究GH90高温合金的动态再结晶行为，在Gleeble 1500热模拟试验机上开展了不同温度和应变速率下的等温压缩试验。根据获得的真应力-真应变曲线分析可知，高温状态下GH90合金的主要动态软化机制为动态再结晶。通过对真应力-真应变数据进行分析和处理，构建了GH90合金的动态再结晶临界应变模型和体积分数模型。通过试样微观组织和模型预测结果的对比表明，所构建的GH90合金动态再结晶数学模型能够对GH90合金动态再结晶行为进行准确描述。     

挤压态ZK60镁合金的热压缩变形行为

为了研究挤压态ZK60镁合金的热变形行为,利用Gleebe-3500热模拟机在变形温度为523~723 K、应变速率为0.01~10 s~(-1)的条件下对挤压态ZK60合金进行了热压缩变形试验。通过真应力-真应变曲线分析了挤压态ZK60合金流变应力与应变速率、变形温度之间的关系,通过引入Z参数建立了挤压态ZK60合金的流变应力本构方程,并观察了其在热压缩过程中的显微组织变化。结果表明:挤压态ZK60合金的真应力-真应变曲线属于动态再结晶型,并且合金的流变应力在高变形温度或低应变速率条件下较低。在变形温度降低或应变速率升高时,动态再结晶晶粒变小,但动态再结晶进行的不充分,再结晶晶粒分布不均匀。通过本构方程计算出挤压态ZK60镁合金的变形激活能Q=122.884 k J/mol,应力指数n=5.096。     

高强硼钢高温软化机制及动态再结晶临界条件

采用Gleeble-1500热模拟压缩试验获得了高强硼钢在880~1000℃、0.01~10 s-1、最大变形55%条件下的真应力-真应变曲线,通过对试验数据的处理和分析,研究了高强硼钢在试验条件下的软化机制及动态再结晶临界条件。结果表明:利用真应力-真应变曲线来判断高强硼钢的软化机制存在宏观判断误区,通过分析θ-σ曲线和晶粒金相可以发现,高强硼钢在本文变形条件下均可以发生动态再结晶;通过lnθ-ε曲线拐点及-(lnθ)/ε-ε曲线最小值判据可以确定高强硼钢动态再结晶临界应变,进而通过σ-ε曲线可以获得临界应力;随变形温度降低或应变速率提高,动态再结晶临界应力或应变值随之提高,且临界应力/应变与峰值应力/应变之间存在如下关系:σc=0.92σp,εc=0.57εp;临界应力/应变与变形条件的关系分别为:σc=17.4048ln Z-450.2409,εc=0.0195ln Z-0.4710。     

ZK60镁合金低挤压比棒材的热压缩变形行为

采用Gleebe-3500热模拟机研究了ZK60镁合金低挤压比棒材(挤压比为15),在变形温度为523~723K、应变速率为0.01~10s~(-1)条件下的热压缩变形行为。分析了应变速率、变形温度对合金流变应力的影响,引入Zenner-Hollomon参数建立了挤压态ZK60镁合金的流变应力本构方程,通过金相观察分析了热压缩过程中的组织演化。结果表明:挤压态ZK60镁合金热变形时的真应力-真应变曲线具有明显的动态再结晶特征;流变应力随着变形速率的提高和变形温度的降低而升高,同时,动态再结晶的晶粒尺寸和体积分数也随之变小;通过本构方程计算,得出在挤压比为15条件下,变形态ZK60镁合金的变形激活能Q为143.025 k J/mol,应力指数n为3.074。     

AZ80A镁合金动态再结晶研究

利用Gleeble-1500型热模拟机,在应变速率为0.01～1s-1、变形温度为593～653K的变形条件下,对AZ80A镁合金进行等温压缩试验.结果表明:在较高变形温度或者较低应变速率时,AZ80A镁合金更易发生动态再结晶;根据热模拟试验所得的流动应力曲线确定了AZ80A镁合金的动态再结晶临界条件,并通过动力学分析并建立了该合金的动态再结晶模型,可为该合金组织模拟技术提供理论依据.     

Fe-0.1C-5Mn中锰钢热变形行为研究

通过Gleeble-3500热机械模拟机研究了Fe-0.1C-5Mn中锰钢在950～1 150℃变形温度、0.001～1 s^-1应变速率下的高温变形行为。根据单道次热压缩的真应力-真应变曲线，分析了变形条件对流变应力的影响，发现高温和低应变速率有利于动态再结晶的发生。引入Zener-Hollomon参数，建立本构方程，得到钢的热变形激活能为256.317 kJ/mol。通过对试验数据的拟合，建立了中锰钢动态回复和动态再结晶的分段流变应力模型，结果表明：模型预测值与试验值吻合较好，证明了所建模型的可靠性。     

AZ80镁合金热变形本构模型及动态再结晶行为研究

基于AZ80镁合金高温热压缩成形试验,对合金热变形本构模型及动态再结晶行为进行了研究。采用双曲正弦模型回归分析变形温度和应变速率对AZ80镁合金热变形流动应力的影响,建立了AZ80合金高温塑性变形的本构模型;定量分析了镁合金发生动态再结晶的临界条件与变形参数之间的函数关系,基于Avrami方程建立了AZ80镁合金动态再结晶动力学模型。     

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。     

700℃超超临界转子用镍基617合金的动态再结晶行为

用Gleeble-3500热模拟机对镍基617合金进行等温热压缩试验,获得了不同变形条件下该合金的真应力-真应变曲线,并对压缩试样的微观组织进行分析。通过对试验数据的计算,得到了镍基617合金的动态再结晶激活能和本构关系方程;建立了动态再结晶图,获得了镍基617合金发生动态再结晶所需的临界变形量与Z参数的关系。结果表明,变形参数对镍基617合金热变形后的显微组织具有重要影响,较高的变形温度和较低的应变速率有利于动态再结晶的发生。     

20MnNiMo钢热塑性变形与动态再结晶软化的耦合行为

采用热物理模拟压缩实验获得退火态20MnNiMo钢在不同温度和应变速率下的真应力-应变曲线,作为计算动态再结晶模型的底层数据.基于d σ/dε-σ曲线,识别了真应力-应变曲线上能表征动态再结晶演变过程的特征点:临界应变εc,峰值应变εp及最大软化速率应变ε*.引入表征晶体动力学的双曲正弦模型,通过线性回归求解得到动态再结晶激活能Q,建立流变应力本构方程.设计无量纲参数Z/A,对已修正的Avrami方程作线性回归分析,表征了不同变形条件对退火态20MnNiMo钢动态再结晶体积分数演变的影响,并详细描述了动态结晶对应力软化的影响.结果表明:在高应变速率下,在应变后期发生剧烈软化;在中等应变速率下,发生剧烈的软化后趋于稳定;在低应变速率条件下,出现硬化和软化的周期性循环.     

应变影响的AZ31B镁合金流动应力预测模型研究

本文采用热压缩试验获得了铸态AZ31B镁合金高温变形时的流变曲线,分析了变形温度和应变速率对流动应力的影响。结果表明：峰值应变随着应变速率增加和温度减小而增大,减小应变速率、适当提高变形温度对材料的动态回复和再结晶是有利的。利用多元回归分析建立了流动应力预测模型,该模型可以描述流动应力的应变敏感性,经验证发现使用其预测流动应力具有较高精度,相关系数高达0.9926,能较好地描述铸态AZ31B镁合金在热变形过程的流动行为。     

Analysis on flow stress of magnesium alloys during high temperature deformation

The flow stress of magnesium alloys during hot compression at different temperatures and strain rates was studied by experiments.Materials used were AZ91D alloys in as-cast,homogeneous treatment states,AZ31 and ZK60 alloys in as-cast state. The results show that the thermal simulation curves of different alloys differ from one another at the same deforming condition.The general curves of AZ31 and AZ91D alloys have the character of dynamic recrystallization.There are increase of true stress,drastic fallin...     

Dynamic recrystallization kinetics of as-cast AZ91D alloy

The flow behavior and dynamic recrystallization (DRX) behavior of an as-cast AZ91D alloy were investigated systematically by applying the isothermal compression tests in temperature range of 220–380 °C and strain rate range of 0.001–1 s^?1. The effect of temperature and strain rate on the DRX behavior was discussed. The results indicate that the nucleation and growth of dynamic recrystallized grains easily occur at higher temperatures and lower strain rates. To evaluate the evolution of dynamic recrystallization, the DRX kinetics model was proposed based on the experimental data of true stress-true strain curves. It was revealed that the volume fraction of dynamic recrystallized grains increased with increasing strain in terms of S-curves. A good agreement between the proposed DRX kinetics model and microstructure observation results validates the accuracy of DRX kinetics model for AZ91D alloy.     

AZ31镁合金位错密度模型及热压缩的微观组织预测

通过热压缩实验研究AZ31镁合金挤压杆料在变形温度300、400和500℃,应变速率0.1、0.01和0.001 s^?1条件下的流变行为,基于Arrhenius方程建立流变应力的本构模型,其中激活能Q为132.45 kJ/mol,应变硬化系数n为4.67。依据AZ31镁合金高温变形中的动态再结晶(Dynamic recrystallization,DRX)机理和位错密度演化规律,建立宏观变形?微观组织多尺度耦合的位错密度模型,该模型能够反映热加工过程中的加工硬化、动态回复(Dynamic recovery,DRV)、低角晶界(Low angle grain boundaries,LAGB)和高角晶界(High angle grain boundaries,HAGB)等机制的交互作用。利用ABAQUS的VUSDFLD子程序进行热压缩过程的有限元模拟,获得DRX分数、LAGB和HAGB位错密度的数值模拟结果以及压缩载荷。结果表明:实验载荷与模拟结果基本吻合,本文提出的AZ31镁合金位错密度模型是合理的。     

AZ31B镁合金塑性变形动态再结晶的实验研究

通过不同应变速率和不同温度下的轴对称压缩试验,研究了AZ31B镁合金塑性变形与动态再结晶的相互依赖关系。研究证实,温度T在200℃～400℃区间、变形程度ε约0.2左右时,开始出现动态再结晶(DRX)现象。随变形程度的增加,DRX晶粒不断增多,材料呈现明显的软化趋势,流动应力下降。当DRX过程完成以后,继续变形,材料又出现硬化行为。为镁合金塑性变形组织演变的定量研究打下了基础。     

AZ80合金初始晶粒对其流变应力影响的研究

在Gleeble-3800热模拟机上分别对铸态和预变形态AZ80合金进行了等温压缩,研究了初始晶粒对其流变应力的影响。结果表明,相同条件下,初始晶粒细小的预变形态AZ80合金,其峰值流变应力比铸态合金可降低20%左右,同时变形后的组织也较细密;随着变形量(真实应变)的增大,晶粒尺寸对流变应力的影响减弱。在此基础上,提出了铸态镁合金预变形省力成形方法,为降低镁合金成形力提供了新的思路。     

新的具有应变软化特征的本构模型

基于蠕变方程,针对具有应变软化特征的材料提出了一个新的本构模型,该模型考虑了动态再结晶的软化效应。模型认为,由于变形温度决定了原子的扩散能力和位错移动的驱动力,而应变速率决定位错密度和晶界能的累积速度,因而峰值应力取决于变形温度和应变速率。由于再结晶过程是热激活过程,再结晶体积分数可通过唯象理论模型表示成应变的函数,而由峰值应力和再结晶分数可确定由于动态再结晶软化作用引起的应力的下降,因此可以认为,任意时刻的应力取决于峰值应力和应变。该模型表示了温度、应变速率和应变对应力的影响,适合具有动态再结晶的材料,如结构钢35CrMo、20CrMnTi及镁合金AZ31B,计算表明,新模型的预测值与实验值相一致。     

Deformation Mechanism and Hot Workability of Extruded Magnesium Alloy AZ31

Using the flow stress curves obtained by Gleeble thermo-mechanical testing, the processing map of extruded magnesium alloy AZ31 was established to analyze the hot workability. Stress exponent and activation energy were calculated to characterize the deformation mechanism. Then, the effects of hot deformation parameters on deformation mechanism,microstructure evolution and hot workability of AZ31 alloy were discussed. With increasing deformation temperature, the operation of non-basal slip systems and full development of dynamic recrystallization(DRX) contribute to effective improvement in hot workability of AZ31 alloy. The influences of strain rate and strain are complex. When temperature exceeds 350 °C, the deformation mechanism is slightly dependent of the strain rate or strain. The dominant mechanism is dislocation cross-slip, which favors DRX nucleation and grain growth and thus leads to good plasticity. At low temperature(below 350 °C), the deformation mechanism is sensitive to strain and strain rate. Both the dominant deformation mechanism and inadequate development of DRX deteriorate the ductility of AZ31 alloy. The flow instability mainly occurs in the vicinity of 250 °C and 1 s-1.     

不同工艺状态下AZ31B镁合金热压缩变形行为研究

镁合金在热加工过程中的变形机制复杂,且容易受到材料初始工艺状态和变形条件影响,因此呈现出不同的应力应变关系。采用铸态和变形态的AZ31B作为研究对象,通过Gleeble-1500获取坯料的应力应变曲线随温度和应变率的变化关系,基于Arrhenius双曲正弦型函数构建两种不同工艺状态下镁合金的本构模型,分析初始加工状态对镁合金应力应变关系及变形机制的影响。实验结果表明：当应变速率大于0.1s_^-1,变形态镁合金在低温下由于变形织构及大量孪生产生而出现45°剪切断裂；在高温和低应变速率下两种工艺状态的镁合金变形机制相同,应力应变曲线基本相似；变形态镁合金的硬化指数n及变形激活能Q相比铸态镁合金更低。     

Precipitation and responding damping behavior of heat-treated AZ31 magnesium alloy

Microstructure observation and dynamic mechanical analysis were carried out to investigate the precipitation and responding damping behaviors of AZ31 magnesium alloy. All the strain amplitude-dependent damping curves of the aged alloys are located between the curves of solutionized and as-cast alloys, although they have different critical strain amplitudes. The G-L theory is employed to explain the damping mechanism involving the interaction between the dislocation and the precipitated phase. In addition, a damping peak is observed at temperatures close to 330 ℃ for AZ31 magnesium alloy, which is related to the β-Mg₁₇Al₁₂ phase dissolution.