TiAl基合金动态再结晶临界模型建立

依据粉末冶金Ti-47Al-2Nb-2Cr合金热模拟压缩实验结果,研究了变形温度为950～1150 ℃、应变速率为0.001～0.1 s(-1)条件下材料的流变力学行为。采用Poliak和Jonas所提出的临界条件动力学理论,确定了该合金的动态再结晶临界应变(ε_c)和临界应力(σ_c),揭示了变形温度与应变速率对ε_c和σ_c的影响规律。结果表明,温度补偿应变速率因子Z与ε_c、σ_c、ε_p(峰值应变)和σ_p(峰值应力)间的关系可以采用指数函数形式表征。建立了该合金动态再结晶临界发生模型:ε_c=1.2×10~(-3)Z~(0.147),动态再结晶临界应变与流变应力曲线峰值应变的比值约为 0.73。根据对模型的分析表明,临界应变与 Z 参数之间呈现正相关性,即随着 Z 参数的减小(变形温度升高或应变速率降低),材料发生动态再结晶的临界应变减小,说明变形温度的升高与应变速率的下降能够促进动态再结晶行为的发生。通过对热变形后微观组织的观察,验证了所建立动态再结晶临界模型的可靠性。     

弥散铜-WC复合材料的热变形行为及动态再结晶临界条件

利用Gleeble-1500D热力模拟试验机,在变形温度为350～750℃、应变速率为0.01～5 s-1、总应变量约为0.5的条件下,对复合材料的高温热变形行为及动态再结晶临界条件进行研究。结果表明:弥散铜-WC复合材料高温流动应力-应变曲线主要以动态回复和动态再结晶软化机制为特征,峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;在真应力-应变曲线基础上,建立的Al2O3/Cu-WC复合材料高温变形本构模型较好地表征了其高温流变特性,其热激活能为208.35 kJ/mol;同时,利用其θ-σ曲线出现拐点及-dθ/dσ曲线上出现最小值研究了动态再结晶的临界条件。     

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。     

高性能桥梁钢A709M-HPS485wf动态再结晶临界条件的预测

通过单道次等温热压缩实验,分别采用Najafizadeh-Jonas加工硬化率模型和Cingara-McQueen流变应力模型研究了高性能桥梁钢A709 M-HPS485wf在温度为1273～1423K,应变速率为0.1～3s-1)变形条件下的奥氏体动态再结晶临界条件,获得了动态再结晶的临界应力与峰值应力比(σc/σp)及临界应变与峰值应变比(εc/εp),且由线性回归方法建立了该钢动态再结晶临界应力(σc)及临界应变(εc)与变形参数之间的定量关系.     

42CrMo钢动态再结晶的临界条件

采用Gleeble-1500热模拟试验机对挤压态42CrMo钢进行等温热压缩实验,研究了在温度为1123～1348 K,应变速率为0.01～10 s-1条件下的动态再结晶行为。流变应力曲线对比分析表明:42CrMo钢在0.01～1 s-1的低应变速率下(除1 s-1和1123 K)发生动态再结晶型软化,在1～10 s-1的高应变速率下(含1 s-1和1123 K)发生动态回复型软化。采用加工硬化率的方法处理流变应力数据,结合lnθ-ε曲线的拐点及2(lnθ)/ε2-ε曲线的零点判据,研究42CrMo钢热塑性变形中动态再结晶发生的临界条件。结果表明:所有压缩试样均发生了动态再结晶;增加应变速率及降低变形温度会抑制动态再结晶的发生。进一步引入表征动态再结晶临界条件的临界应变模型,建立了临界条件与各热力参数之间的数学关系。验证表明该模型相对误差不超过7.8%。     

40Cr钢的动态再结晶数学模型

利用单道次热压缩试验在Gleeble-1500热模拟试验机上,通过控制变形温度:973、1023、1073和1123 K,应变速率:0.01、0.1、1和5 s-1研究了40Cr钢的动态再结晶行为,根据应力应变曲线分析了40Cr钢的动态再结晶规律,采用回归法确定了双曲线本构方程中的材料常数和激活能(366.7 kJ/mol),建立了40Cr钢的本构方程;同时确定了40Cr钢的临界应变、峰值应变、峰值应力、稳态应力和动态软化量Ω等关键物理量。     

GH4169高温合金的静态再结晶动力学

对GH4169高温合金在Gleeble-3500热模拟实验机进行了双道次和单道次热压缩实验。分析了变形温度、应变速率、间隔保温时间、变形量和初始晶粒尺寸对GH4169高温合金静态再结晶体积分数的影响。实验结果表明:变形温度越高、应变速率越大、道次间隔时间越长,变形量越大,初始晶粒度越小,静态再结晶体积分数越大。根据实验结果,建立了GH4169高温合金的静态再结晶模型,并将所建立的模型的预测结果和实验结果进行了对比分析,二者比较吻合。     

Kinetics and critical conditions for initiation of dynamic recrystallization during hot compression deformation of AISI 321 austenitic stainless steel

Dynamic recrystallization behavior of AISI 321 austenitic stainless steel were studied using hot compression tests over the range of temperatures from 900 °C to 1200 °C and strain rates from 0.001 s^-1 to 1 s^-1. The critical strain and stress for initiation of dynamic recrystallization were determined by plotting strain hardening rate vs. stress curves and a constitutive equation describing the flow stress at strains lower than peak strain. Also, the strain at maximum flow softening was obtained and the effect of deformation conditions (Z parameter) on the critical strain and stress were analyzed. Finally, the volume fraction of dynamic recrystallization was calculated at different deformation conditions using these critical values. Results showed that the model used for predicting the kinetics of dynamic recrystallization has a great consistency with the data, in the form of θ-ε curves, directly acquired from experimental flow curves.     

Cellular automaton simulation of dynamic recrystallization behavior in V-10Cr-5Ti alloy under hot deformation conditions

The deformation behavior of V-10Cr-5Ti alloy was studied on the Gleeble-1500 thermomechanical simulator at the temperatures of 950-1350 °C, and the strain rates of 0.01-10 s^?1. Based on the Arrhenius model, dislocation density model, nucleation model and grain growth model, a numerical cellular automaton (CA) model coupling simulation of hot deformation is established to simulate and characterize the microstructural evolution during DRX. The results show that the flow stress is fairly sensitive to the strain rate and deformation temperature. The error between the predicted stress by the Arrhenius model and the actual measured value is less than 8%. The initial average grain size calculated by the CA model is 86.25 μm, which is close to the experimental result (85.63 μm). The simulations show that the effect of initial grain size on the dynamic recrystallization microstructure evolution is not significant, while increasing the strain rate or reducing the temperature can refine the recrystallized grains.     

高铝高强钢动态再结晶行为研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机对高铝高强钢在变形速率为0. 01～10 s-1、变形温度为925～1225℃的热变形条件下进行压缩试验,以真应力-应变曲线为基础数据研究其高温再结晶行为。通过对晶粒尺寸的统计来探究热变形条件对热变形后晶粒尺寸的影响。通过处理加工硬化率-应力曲线,标定数据中能揭示动态再结晶演变过程的3个特征点,即临界应变、峰值应变及最大软化速率应变。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,并引入Z参数作为预测发生再结晶程度的依据。结果表明:高铝高强钢热加工过程是加工硬化和再结晶软化共同作用的。在发生再结晶条件范围内,Z值越小,发生动态再结晶的程度越大。     

Al-Mg合金动态再结晶诱发超塑性时的空洞行为

在Ａｌ－Ｍｇ合金超塑变形过程中,发现了一类反常的空洞演化规律,也就是空洞随真应变的增加而呈现“波浪型”的演化规律。通过对微观组织特征和力学性能曲线的综合分析,认为这种特殊的空洞演化规律,主要是动态再结晶所致,也就是动态再结晶对空洞生长具有抑制作用。通过对空洞形貌的定量图像分析,还得到了新的空洞演化模型。     

316LN钢多道次变形条件下的动态再结晶行为

通过高温热力学模拟实验,研究了大型核电主管道用钢316LN在应变速率0.01s-1,温度1200℃～1150℃、1100℃～1050℃、1000℃～950℃双道次变形条件下的高温变形行为,得到了该钢种在多道次变形条件下的流动应力曲线。通过对热模拟试样高温淬火后显微组织的研究分析,得到了多道次变形条件下的动态再结晶规律和组织控制规律。     

Cu-Cr-Zr-Y合金动态再结晶临界机制

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,采用高温等温压缩试验,对Cu-0.4Cr-0.15Zr-0.04Y合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~850℃、最大变形程度为50%条件下的动态再结晶行为以及组织转变进行了研究。利用加工硬化率和应变(θ-ε)的关系曲线确定了该合金发生动态再结晶的形变条件为T≥750℃,应变速率小于0.1 s-1;根据θ-σ模型,确立了合金变形特征参数之间的关系:σc/σp=0.86,εc/εp=0.30;同时建立了合金变形特征参数与Z参数的关系:εp=2.61×10-3Z0.14,εc=7.83×10-4Z0.14。Cu-0.4Cr-0.15Zr-0.04Y合金在热变形过程中的动态再结晶机制受变形温度和应变速率的控制。当温度达到850℃,应变速率为0.001 s-1时,合金发生完全的动态再结晶。     

Nb对低碳微合金钢动态再结晶行为的影响

利用Gleeble-1500热模拟试验机研究了3种含铌或不含铌低碳钢在850～1150℃,应变速率分别为0.05、1、10 s-1条件下的热变形行为。采用应变硬化速率-应力(θ-σ)曲线图较精确地获得了C-Mn钢的流变应力和峰值应力;用-dθ/dσ-σ曲线获取了含Nb试验钢的应变和应力值;用回归法确定了双曲线本构方程中的变形激活能,确定了3种试验钢发生动态再结晶的激活能分别为234.867、261.276、301.751 kJ/mol。随Nb含量的增加,试验钢的再结晶激活能逐渐升高。     

6061铝合金热变形行为及动态再结晶研究

通过Gleeble-3500热压缩模拟试验机对6061铝合金进行热压缩实验,借助金相显微镜和透射电子显微镜研究合金在变形温度为340℃?490℃,应变速率为0.001s-1?1s-1条件下热变形和动态再结晶行为。结果表明：合金的动态再结晶行为对变形温度和应变速率十分敏感,温度的升高和应变速率的减小都会促进动态再结晶的发生。基于峰值应力建立了合金热变形本构方程,计算得出热变形激活能为235.155kJ·mol-1。采用加工硬化率-流变应力曲线确定了合金热变形过程中的临界应力（应变）和峰值应力（应变）与Z参数的关系模型。随着温度的升高和应变速率的减小,DRX临界应力(应变)和峰值应力(应变)而减小。依据Avrami方程建立了合金动态再结晶体积分数模型,动态再结晶体积分数随应变的增加,呈现先缓慢增加后迅速增加再缓慢增加的特征,所建模型能够较为准确的预测该合金的动态再结晶行为。     

TC21钛合金动态再结晶行为的元胞自动机模拟

为研究热加工工艺不同变形参数对TC21钛合金塑性成形过程中微观组织的影响,本文利用Gleeble-3500型热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验,研究了TC21钛合金在不同变形条件下的热变形行为;并以TC21钛合金在热压缩过程中微观组织演变为基础,通过对TC21钛合金的位错密度模型、再结晶形核和晶粒长大模型的推导,建立了元胞自动机模型,并基于元胞自动机模型对TC21钛合金β单相区变形过程中的动态再结晶行为进行了模拟和验证。结果表明：该合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的升高而增大;结合元胞自动机模拟结果分析得,在β单相区内该合金动态再结晶体积分数与变形温度成正比,而与应变速率成反比。     

Modeling the process of dynamic recrystallization

A structural approach to modeling dynamic recrystallization is suggested. A model of nucleation and growth of recrystallized grains is considered with allowance for the special features of determination of the energy constants of the process of recrystallization. A relationship between the grain diameter, which is a very important structural parameter, and the thermomechanical deformation regime is established. Translated from Metallovedenie i Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 1, pp. 9–11, January, 1997.     

A practical condition for migration dynamic recrystallization

A readily evaluated condition for migration dynamic recrystallization is developed. It is based on the postulate that “the distance traversed by the boundary of a hypothetical growing grain in the time taken for the attainment of a recovery steady state must exceed the size of a critical nucleus”. A method for estimating the boundary mobility based on the kinetics of static recrystallization is also developed to facilitate evaluation of the condition. The derivation focuses first on developing an upper limit for the dynamically recrystallized grain size. This upper limit is only slightly higher than experimental values. The critical condition also agrees well with a limited set of experimental data. These data include the occurrence (and, in two cases, suppression) of dynamic recrystallization in Cu, Ni, Mg, α-Fe, γ-Fe and Al.     

Constitutive relations of thin-walled members for impact collapse

This study develops impact collapse problem of thin-walled members as follows: 1) A visco-plastic constitutive equation was expressed for characteristics after collapse of local buckling. 2) Experiments of impact collapse were done under eccentric compression load for square tubes. 3) Using the experimental data, the constitutive equation was shown to be practically useful.