AA7075高强铝合金热冲压流变行为本构模型对比研究（英文）

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。     

2024A铝合金高温流变行为及本构关系研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对2024A铝合金进行等温热轧,对其高温流变行为进行了研究。通过试验获得2024A铝合金在温度为300~450℃、应变速率为0.01~10s-1时的真应力-真应变曲线。结果表明,2024A铝合金的流变应力与温度、应变速率和变形量之间呈非线性关系,流变应力随着应变速率增大而升高,随着变形温度的升高而降低。基于试验数据,分别建立考虑应变补偿的Arrhenius和修正的Johnson-Cook(M-JC)本构模型,引入统计学方法对模型精度进行量化评估:Arrhenius模型的平均相对误差和均方根误差分别为5.02%和5.88MPa,M-JC模型的平均相对误差和均方根误差分别为3.72%和5.27MPa,可见M-JC模型预测精度优于Arrhenius模型,说明M-JC模型能更为准确地描述2024A铝合金的高温轧制过程中的流变行为。     

铝合金7075-T651动态流变应力特征及本构模型

为了研究铝合金7075-T651的流变应力变化特征,在高温分离式霍普金森压杆装置上对圆柱试样进行了温度范围25~400℃及应变率范围600~12 000 s-1的动态压缩试验。结果表明:铝合金7075-T651的流变应力对应变率不敏感,对温度有较强的敏感性。总体上,流变应力随温度的升高而减小,但在350~400℃时流变应力差别很小。在高应变速率时,当应变超过一定水平时,应力出现急剧减小,材料发生失效。通过变形后试样的微观组织观察可以发现,应变速率较高时出现绝热剪切带是材料流变应力急剧减小的主要原因。在实验数据基础上,建立了一个基于物理概念的铝合金7075-T651本构模型预测其流变应力,与实验对比表明,所建立的本构模型在较宽的温度和应变速率范围内能够很好地预测铝合金7075-T651的流变应力。     

AA6082铝合金热变形损伤本构模型

利用Gleeble-1500热力模拟试验机在温度为425~525℃、应变速率为0.01~1 s-1条件下对AA6082铝合金进行热拉伸试验,研究该合金的热变形行为。结果表明:变形温度、应变速率和应变对AA6082铝合金的流变应力影响显著,流变应力随变形温度的升高而下降,随应变速率的提高而增加;材料热变形经历了应变硬化段、稳态变形段和由损伤引起的流变应力陡降段。建立AA6082铝合金热变形统一黏塑性损伤本构模型,该模型综合考虑位错、硬化、损伤、应变、应变速率和温度等因素,借助遗传算法工具箱确定模型中材料常数。该模型能够较好地预测AA6082铝合金热变形时的流变应力,同时可以较好地描述材料的损伤演化行为。     

基于Arrhenius模型和修正Johnson-Cook模型的TC21钛合金流动应力预测

使用Gleeble-3500热模拟试验机对TC21钛合金在温度为890～990℃、应变速率为0.01～10 s^-1下进行了热模拟压缩实验，研究了该合金的高温流变行为。在变形条件下，该合金的流变应力随应变的增大逐渐增加，在达到峰值后又逐渐减小。基于实验数据，分别采用Arrhenius模型和修正Johnson-Cook模型构建了TC21钛合金本构模型，并对这两个模型的预测精度进行了分析对比。结果表明，修正Johnson-Cook本构模型预测值的平均绝对相对误差e_AARE为7.2078%,相关系数r为0.96866;Arrhenius本构模型预测值的e_AARE为12.6699%,r为0.95794,修正Johnson-Cook本构模型的精度高于Arrhenius本构模型，且在整个参数范围内具有一定的精度，可以较好地描述TC21钛合金的高温流变行为。     

挤压态7075铝合金高温流变行为及神经网络本构模型

采用Gleeble1500D热模拟实验机研究挤压态7075铝合金在变形温度为250～450℃、应变速率为0.01～10s-1下单道次压缩过程的高温流变行为。结果表明:材料在350℃及以下变形时,流变应力曲线呈动态回复型;在温度为350℃以上、应变速率为0.1s-1时,流变曲线局部陡降明显;当应变速率为10s-1时,流变曲线发生波动,呈动态再结晶型;挤压态7075铝合金的流变应力曲线峰值应力及稳态应力均高于铸态合金的,且在变形温度较高时,挤压态材料更易于发生动态软化。基于BP神经网络建立挤压态7075铝合金的本构关系模型,预测值与实验值对比表明:所建立的本构模型整体误差在5.35%以内,拟合度为2.48%,该模型可以用于描述7075铝合金的高温变形流变行为,为该合金热变形过程分析和有限元模拟提供基础。     

轻轨用55Q钢的高温流变应力本构模型

通过Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率为0.1～20 s^-1、变形温度为900～1200℃的条件下对轻轨用55Q钢进行轴向单道次压缩实验,得到55Q钢的真应力-真应变曲线,并分析研究了不同热加工条件对55Q钢高温流变应力的影响。实验结果表明：在相同变形温度下,低应变速率时的流变应力较低,在相同应变速率下,高温时的流变应力较低,说明低应变速率和高温有利于动态软化。对流变应力、应变速率和变形温度之间的关系进行线性拟合,建立了55Q钢的修正Johnson-Cook本构模型和基于应变补偿的Arrhenius本构模型,对比两种模型发现,基于应变补偿的Arrhenius本构模型的预测精度更高,能够较好地揭示55Q钢的热变形特性。     

7075-T6高强铝合金温热变形本构方程及热加工图北大核心CSCD

为了获得7075高强铝合金的温热成形合理变形的工艺参数,采用Gleeble-3500热模拟试验机测试7075-T6铝合金的应力-应变曲线。研究了该合金在变形温度为150~300℃和应变速率为0.01~10 s^(-1)条件下的流变行为,并基于Arrhenius本构方程建立了0.3~0.6应变下7075-T6铝合金的热加工图,最后结合金相显微组织验证了热加工图的可靠性和实用性。结果表明:7075-T6铝合金对变形温度、应变速率、应变量具有高度敏感性,热形变激活能Q=291.151 kJ·mol^(-1);修正后的Arrhenius本构方程的拟合结果良好,相关系数r值与平均绝对误差AARE分别为99.65%和5.54%,能较好地预测7075-T6铝合金的流变行为;在应变为0.6时,最佳的温热加工安全区域范围为温度为250~300℃、应变速率为0.01~0.05 s^(-1)。     

新型热冲压高强钢22MnB5(Nb&V)的热变形本构关系

为了研究新型热冲压高强钢22MnB5 (Nb&V)高温流变力学行为,采用热模拟试验机Gleeble-1500D,在550～850℃温度区间,分别以0. 1、0. 5、1和5 s~(-1)的应变速率进行等温单向拉伸实验,得到相应实验条件下的真应力-应变曲线。综合考虑应变量、加工硬化、应变速率和温度等因素的影响,采用Johnson-Cook模型描述了流变应力方程,将建立的新型高强钢本构模型应用于热冲压数值模拟中,得到板料变形过程的载荷变化曲线,并与实验数据进行对比表明,该模型能准确描述不同变形条件下的流变应力-应变曲线,较好地再现了变形过程中的加工硬化、应变速率强化以及温度软化等效应。     

B1500HS高强钢连续轧制变截面板的高温本构关系

为了研究B1500HS高强钢连续轧制变截面板热冲压时的流变力学行为,采用Gleeble-3500热拉伸机,对厚度在1.2~1.7 mm、初始温度在650~850℃的试样,分别以0.2,0.5,2和5 s~(-1)的应变速率进行单向等温拉伸试验,经过测量和计算得到高温下材料的应力-应变试验曲线。然后研究不同板料厚度、热拉伸初始温度以及应变速率对高温下材料的流变应力的影响规律,基于热成形过程材料的加工硬化-动态软化这一特点,建立了加入厚度修正因子的Norton-Hoff本构关系,并通过拟合试验数据求取了本构关系的相关系数。最后将建立的本构关系模型预测应力值与试验结果进行线性回归分析,评估两者之间的线性相关系数、均方根误差和平均相对误差。结果表明,修正的Norton-Hoff本构关系与试验结果吻合较好。     

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.     

Flow stress prediction of Hastelloy C-276 alloy using modified Zerilli−Armstrong,Johnson−Cook and Arrhenius-type constitutive models

To better understand the hot deformation behaviors of Hastelloy C-276 alloy under elevated temperatures, hot tensile tests were carried out in the temperature range of 1223−1423 K and the strain rate range of 0.01−10 s⁻¹, respectively. Based on the modified Zerilli−Armstrong, modified Johnson-Cook, and strain-compensated Arrhenius-type models, three constitutive equations were established to describe the high-temperature flow stress of this alloy. Meanwhile, the predictability of the obtained models was evaluated by the calculation of correlation coefficients (r) and absolute errors (Δ), where the values of r for the modified Zerilli−Armstrong, Johnson−Cook, and Arrhenius-type constitutive models were computed to be 0.935, 0.968 and 0.984, and the values of Δ were calculated to be 13.4%, 10.5% and 6.7%, respectively. Moreover, the experimental and predicted flow stresses were compared in the strain range of 0.1−0.5, the results further indicated that the obtained modified Arrhenius-type model possessed better predictability on hot flow behavior of Hastelloy C-276.     

铸态GH4169合金热变形行为及三种本构模型对比

在Gleeble-1500热力模拟机上对铸态GH4169合金进行热压缩试验,变形参数为:温度(1193～1373K)、应变速率(0.01～10s~(-1))、变形量50%。通过分析真应力真应变曲线,研究铸态GH4169合金的热变形行为;对比分析了Johnson-Cook(JC)、修正的Johnson-Cook(MJC)和应变补偿Arrhenius3种本构模型的相关系数(R)和平均相对误差(AARE)。结果表明:铸态GH4169合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。JC模型、MJC模型和应变补偿的Arrhenius本构模型的相关系数(R)分别为0.891、0.956和0.961,AARE依次为29.02%、11.16%和9.31%。因此,应变补偿的Arrhenius模型能够更为精确地描述铸态GH4169的热变形行为。     

Ti2AlNb合金高应变率下流动应力特征与本构关系

利用电子万能试验机和分离式Hopkinson压杆得到Ti_2AlNb合金准静态拉伸曲线及高应变率下动态压缩应力-应变曲线,观察分析变形后试样的微观组织,研究其高应变率下的流动应力特征。结果表明:在应变率2500～7500 s-1范围内,Ti_2AlNb合金的流动应力对应变率有较强的敏感性,且具有应变强化、应变率增强及增塑效应;应变率为5500、6500、7500s-1的3组试样中观察到了与加载方向约成45°的绝热剪切带。改进Johnson-Cook本构模型,拟合实验数据得到Ti_2AlNb合金室温下的动态塑性本构关系,与实验对比,改进后的模型能够较好地描述Ti_2AlNb合金在高应变率下的流动应力。     

TC21钛合金动态拉伸行为的率-热效应及其本构关系研究

本文对TC21两相钛合金材料在不同温度下从准静态到高应变率范围（0.001-1200s-1）的动态拉伸力学行为进行了试验研究。通过静态试验机与分离式Hopkinson拉杆装置,获取了TC21钛合金在单轴拉伸载荷下的应力-应变响应曲线。同时通过动态拉伸复元试验方法得到了材料在高应变率下的等温应力-应变响应曲线。由试验结果可见TC21钛合金的动态拉伸力学行为具备应变率-温度敏感特性,其初始屈服应力随应变率增加而增大,随温度升高而减小,通过引入两个敏感度系数对TC21材料的率-热效应进行了探究。同时根据等温试验数据对Johnson-Cook唯象本构模型进行修正来描述TC21钛合金率-热相关性的本构行为。对比模型预测结果与试验数据,二者吻合良好验证了修正模型的准确性。     

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.     

Flow behaviour and constitutive modelling of a ferritic stainless steel at elevated temperatures

The flow behaviour of a ferritic stainless steel (FSS) was investigated by a Gleeble 3500 thermal-mechanical test simulator over the temperature range of 900–1100 °C and strain rate range of 1–50 s^?1. Empirical and phenomenological constitutive models were established, and a comparative study was made on the predictability of them. The results indicate that the flow stress decreases with increasing the temperature and decreasing the strain rate. High strain rate may cause a drop in flow stress after a peak value due to the adiabatic heating. The Zener-Hollomon parameter depends linearly on the flow stress, and decreases with raising the temperature and reducing the strain rate. Significant deviations occur in the prediction of flow stress by the Johnson-Cook (JC) model, indicating that the JC model cannot accurately track the flow behaviour of the FSS during hot deformation. Both the multiple-linear and the Arrhenius-type models can track the flow behaviour very well under the whole hot working conditions, and have much higher accuracy in predicting the flow behaviour than that of the JC model. The multiple-linear model is recommended in the current work due to its simpler structure and less time needed for solving the equations relative to the Arrhenius-type model.     

5A90铝锂合金热态下本构关系研究

进行了5A90铝锂合金在200℃~450℃温度范围和0.3×10-3s-1~0.2×10-1s-1应变速率范围内的单向拉伸试验。结果表明,5A90铝锂合金的流动应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增大而增大;而其最大延伸率的变化趋势与流动应力的相反;最佳的成形温度范围在400℃左右。通过试验数据的计算及拟合,得到了任意温度下5A90铝锂合金应力-应变-应变速率关系的本构方程。     

应用本构模型和神经网络模型预测铝/镁基纳米复合材料的高温流变行为(英文)

为了预测Al/Mg基纳米复合材料的高温流变行为,在不同的应变速率(0.01-1.0s-)和温度(523,623和1723K)的条件下进行热压缩试验,利用所得到的应力-应变数据,开发了本构模型,比如一般流动方程。阿累尼乌斯双曲模型、Johnson-Cook(JC)和改性的Zerilli-Armstrong(ZA)模型及人工神经网络(ANN)模型。通过使用统计参数,例如均方根误差(RMSE)、回归系数(R2)、平均相对误差(MRE)和分散指数(Is),比较了人工神经网络和不同的本构模型。结果表明,人工神经网络模型对AA5083-2%TiC复合材料的热变形流动应力的评估准确性更高。