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高Si铁素体/马氏体钢的高温变形行为

材料热处理学报 2024年第5期45卷 169-179页

作者：张家豪张珺张新昊任浩张晓新燕青芝北京科技大学材料科学与工程学院北京100083

铁素体/马氏体(Ferritic/Martensitic,F/M)钢因具有优异的抗辐照性能和高温力学性能而成为先进核反应堆的候选结构材料。提高Si含量能够改善F/M钢的耐蚀性,但高硅的引入会恶化其热加工性能,因此研究高Si F/M钢的高温变形行为非常重要。... 详细信息

铁素体/马氏体(Ferritic/Martensitic,F/M)钢因具有优异的抗辐照性能和高温力学性能而成为先进核反应堆的候选结构材料。提高Si含量能够改善F/M钢的耐蚀性,但高硅的引入会恶化其热加工性能,因此研究高Si F/M钢的高温变形行为非常重要。在变形温度为950~1200℃和变形速率为0.01~10 s^(-1)的条件下,采用Gleeble1500型热模拟试验机对硅含量1%的10Cr1Si F/M钢进行热压缩模拟试验,研究其高温变形行为。结果表明:在0.01~0.1 s^(-1)的低变形速率下,10Cr1Si钢均发生动态再结晶;而在1~10 s^(-1)的高变形速率下发生动态回复,在本试验设计参数范围内仅在10 s^(-1)/950℃变形条件下出现了反常的动态再结晶现象。微观组织分析表明当变形温度较低而变形速率较快时,快速增殖的位错促使奥氏体动态再结晶。计算得到了10Cr1Si钢的Arrhenius本构方程和应变补偿本构模型,试验钢的真应力计算值与试验值吻合良好,可为10Cr1Si钢的热加工提供指导。

关键词：高Si铁素体马氏体钢热压缩模拟试验高温变形行为本构方程

陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料高温变形行为研究

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材料导报 2023年第1期37卷 178-184页

作者：余国卿许永康王东亮牛勇司明达张茂龚攀王新云华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

在非晶合金中添加第二相制备非晶合金复合材料能够有效地解决非晶合金室温脆性的问题,但第二相的引入对非晶基体高温变形行为造成的影响尚不明确。本研究在Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金中添加两种不同的陶瓷颗粒Al_(2)O_(3)和Si... 详细信息

在非晶合金中添加第二相制备非晶合金复合材料能够有效地解决非晶合金室温脆性的问题,但第二相的引入对非晶基体高温变形行为造成的影响尚不明确。本研究在Zr_(55)Cu_(30)Al_(10)Ni_(5)非晶合金中添加两种不同的陶瓷颗粒Al_(2)O_(3)和Si_(3)N_(4),通过放电等离子烧结法制备了一系列不同体积分数的陶瓷颗粒增强Zr基非晶合金复合材料。通过进行高温压缩试验,并建立多颗粒随机分布模型进行数值模拟,对其高温变形行为进行了系统性研究。结果表明,在421℃时,两种复合材料都表现为应力过冲后应变硬化;在441℃时,Al_(2)O_(3)增强的复合材料表现为屈服后应变硬化,对于Si_(3)N_(4)增强复合材料,当第二相体积分数小于25%时表现为屈服后应变硬化,当第二相体积分数大于25%时材料却表现为应力过冲后应变硬化。两种非晶合金复合材料的高温变形行为差异与增强相形貌以及增强相颗粒团聚行为导致的第二相分布不均匀有关。

关键词：非晶合金复合材料热塑性成形高温变形行为数值模拟

高Nb-TiAl合金的高温变形行为及其板材的性能

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材料研究学报 2022年第6期36卷 471-480页

作者：周海涛侯湘武汪彦博肖旅袁勇孙京丽上海航天精密机械研究所上海201600

对高Nb-TiAl合金进行多步热压缩,研究其高温变形行为及其板材的性能。结果表明,热压缩变形后高Nb-TiAl合金的组织中等轴γ晶粒和α晶粒的增多、层片晶团的体积分数和尺寸降低,使其变形能力提高。根据这些结果确定了最优轧制工艺为应变... 详细信息

对高Nb-TiAl合金进行多步热压缩,研究其高温变形行为及其板材的性能。结果表明,热压缩变形后高Nb-TiAl合金的组织中等轴γ晶粒和α晶粒的增多、层片晶团的体积分数和尺寸降低,使其变形能力提高。根据这些结果确定了最优轧制工艺为应变速率低于0.5 s^(-1)、道次变形量前期应不高于25%、变形温度高于1150℃。选用上述工艺对其其进行5道次大变形量轧制,制备出表面质量良好、无缺陷的高Nb-TiAl合金板材,其尺寸为600 mm×85 mm×3 mm。这种板材具有双态组织,平均晶粒尺寸小于5μm,其室温屈服强度、抗拉强度和塑性分别为948 MPa、1084 MPa和0.94%,800℃下抗拉强度为758 MPa。

关键词：材料合成与加工工艺高Nb-TiAl合金高温变形行为板材显微组织力学性能

BFe10-1.6-1白铜合金高温变形行为及修正非线性回归本构模型

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塑性工程学报 2022年第6期29卷 141-148页

作者：郭敏蔡军丁奔陈琳西安建筑科技大学冶金工程学院陕西西安710055 功能材料加工国家地方联合工程研究中心陕西西安710055

利用热压缩实验研究了BFe10-1.6-1白铜合金在变形温度为1073~1273 K和应变速率为0.001~10 s^(-1)条件下的热变形行为。根据热压缩实验的真应力-真应变数据,建立了该合金的修正非线性回归本构模型。结果表明,BFe10-1.6-1白铜合金在高温... 详细信息

利用热压缩实验研究了BFe10-1.6-1白铜合金在变形温度为1073~1273 K和应变速率为0.001~10 s^(-1)条件下的热变形行为。根据热压缩实验的真应力-真应变数据,建立了该合金的修正非线性回归本构模型。结果表明,BFe10-1.6-1白铜合金在高温热压缩过程中具有明显的动态软化特征,随着变形温度的升高和应变速率的降低,流变应力减小。合金的应变速率敏感指数m为0.096,热变形激活能Q为430.1 kJ·mol^(-1),因此BFe10-1.6-1白铜合金为应变速率和变形温度敏感型材料。引入相关系数R和平均相对误差e对所建立的本构方程进行验证,结果表明,修正非线性回归模型对BFe10-1.6-1白铜合金热变形流变应力具有较高的预测精度和可靠性。

关键词： BFe10-1.6-1白铜合金高温变形行为流变应力本构方程

面向PHF工艺的7075-T6铝合金高温变形行为

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塑性工程学报 2022年第12期29卷 118-126页

作者：李永丰岳毓挺曹零勇杨兵张云光李淑慧上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 宝山钢铁股份有限公司中央研究院宝武铝业技术中心上海201999 上海运输工具轻量化金属材料应用工程技术研究中心上海201999

开展了7075-T6铝合金在预强化热冲压工艺条件下的高温变形行为实验研究,设计搭建了7075-T6铝合金快速加热/降温-高温力学性能实验平台,满足了快速加热、温度路径控制和全场应变测量的实验需求。研究了短流程热冲压工艺路线下7075-T6铝... 详细信息

开展了7075-T6铝合金在预强化热冲压工艺条件下的高温变形行为实验研究,设计搭建了7075-T6铝合金快速加热/降温-高温力学性能实验平台,满足了快速加热、温度路径控制和全场应变测量的实验需求。研究了短流程热冲压工艺路线下7075-T6铝合金的高温变形行为,建立了考虑析出相回溶度的高温变形本构模型。分析了7075-T6铝合金的高温回溶/拉伸性能和高温预变形强化规律。总结了回溶温度、成形温度、高温预变形量对材料流动应力和最终服役性能的影响。结果表明,7075-T6铝合金在250~300℃温度范围内塑性提升明显,增加3%高温预变形量可以最终得到接近T6态94%的抗拉强度,为PHF工艺的应用与仿真模型建立提供了指导。

关键词：高强铝合金预强化热冲压高温变形行为预变形回溶 DIC

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模具钢的高温变形行为及本构模型的建立

锻压技术 2023年第9期48卷 220-229页

作者：刘玉冰管延锦丁慧莹陈凤娇林军山东大学材料液固结构演变与加工教育部重点实验室山东济南250061

准确的材料本构模型是有限元数值建模与模拟的基础和关键。在应变速率为0.001~10 s-1和变形温度为750~1150℃的条件下,进行了638模具钢热模拟实验,得到了其在不同条件下的应力-应变曲线,研究了其高温变形行为。结果表明,随着应变的增加... 详细信息

准确的材料本构模型是有限元数值建模与模拟的基础和关键。在应变速率为0.001~10 s-1和变形温度为750~1150℃的条件下,进行了638模具钢热模拟实验,得到了其在不同条件下的应力-应变曲线,研究了其高温变形行为。结果表明,随着应变的增加,流动应力急速增大,达到峰值后缓慢减小并最终趋于平衡,这是材料加工硬化和动态软化综合作用的结果。对应力-应变曲线进行摩擦修正后,分别基于改进Johnson-Cook本构模型和应变补偿的Arrhenius本构模型建立了638模具钢本构模型,两者的平均相对误差分别为8.03%和7.66%,综合考虑所建本构模型的精确度和实际激光热处理中的高温、高应变速率情况,建议选用基于应变补偿的Arrhenius本构模型。

关键词： 638模具钢高温变形行为 Johnson-Cook模型 Arrhenius模型应变补偿

基于GA-Arrhenius本构模型的EA4T钢高温变形行为

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锻压技术 2022年第11期47卷 246-253页

作者：白杰霍元明何涛任旭卞志远王宝雨杜向阳上海工程技术大学机械与汽车工程学院上海201620 北京科技大学机械工程学院北京100083

通过Gleeble-3800热模拟实验机,对EA4T车轴钢分别在变形温度为970、1070和1170℃及应变速率为0.01、0.1和1.0 s的条件下进行热压缩实验,压缩至最大真应变为0.8。以得到的真应力-真应变实验数据为基础,分别建立了考虑应变补偿的Arrheniu... 详细信息

通过Gleeble-3800热模拟实验机,对EA4T车轴钢分别在变形温度为970、1070和1170℃及应变速率为0.01、0.1和1.0 s的条件下进行热压缩实验,压缩至最大真应变为0.8。以得到的真应力-真应变实验数据为基础,分别建立了考虑应变补偿的Arrhenius本构模型和经过遗传算法优化后的Arrhenius本构模型(GA-Arrhenius),用于预测真应力与真应变的关系。为了验证GA-Arrhenius本构模型在真应力预测中的优越性,使用相关系数R、平均绝对误差AARE和均方根误差RMSE来说明其预测精度。实验结果表明:采用Arrhenius本构模型时,R=0.9970、AARE=3.4232%、RMSE=2.8773 MPa;采用GA-Arrhenius本构模型时,R=0.9982、AARE=2.6577%、RMSE=2.2110 MPa。说明相较Arrhenius本构模型,GA-Arrhenius本构模型能够更好地预测EA4T钢热成形过程中的真应力与真应变的关系,可以实现更高精度的有限元数值模拟。

关键词： EA4T钢热压缩高温变形行为 Arrhenius本构模型遗传算法

新型Ni基变形高温合金组织及高温变形行为研究

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新型Ni基变形高温合金组织及高温变形行为研究

作者：张宝兵兰州理工大学

学位级别：硕士

Ni基变形高温合金由于具备卓越的高温综合性能,被广泛用于制备航空发动机热端部件。随着航空发动机推重比的提高,其热端部件受热温度日益升高,对合金的性能及制备工艺均提出了更大的挑战。目前,传统的合金化方法提升高温合金性能虽然能... 详细信息

Ni基变形高温合金由于具备卓越的高温综合性能,被广泛用于制备航空发动机热端部件。随着航空发动机推重比的提高,其热端部件受热温度日益升高,对合金的性能及制备工艺均提出了更大的挑战。目前,传统的合金化方法提升高温合金性能虽然能够有效提高合金强度,但也会导致合金成本增加、回收困难、塑性加工性能急剧下降及热稳定性降低等一系列弊端,使传统变形高温合金陷入“强化易,变形难”的发展瓶颈。变形高温合金优异的力学性能主要源自内部γ′相的沉淀强化作用;同时,在低层错能合金中引入孪晶结构可以提高其强塑性。鉴于此,本课题组基于“材料素化”理念设计并制备了一种低合金化、低层错能的新型Ni基变形高温合金,旨在通过构筑“γ′相+孪晶”结构,同时提高变形高温合金的高温强度和塑性。因此,本文采用高温拉伸实验并结合OM,SEM,EBSD,及TEM等表征技术,重点研究新型Ni基变形高温合金中γ′相、孪晶结构和“γ′相+孪晶”结构的调控以及其对合金高温变形行为的影响,揭示合金微观组织与高温强塑性匹配间的关联机制,为新型Ni基变形高温合金的设计及优化提供理论参考。具体研究内容及结论如下:通过不同的热处理制度在合金中调控得到不同尺寸的γ′相,研究变形温度,应变速率和γ′相尺寸对合金高温变形行为的影响。结果表明,γ′相结构的毫米级粗晶高温合金在450～600℃的温度区间具备良好的塑性。当变形温度为600℃时,随着应变速率的增大,合金强度及塑性均呈上升趋势。此外,γ′相尺寸对合金高温变形机制影响显著,并将直接决定其力学性能,随着γ′相尺寸的增加,合金强度呈先提高后降低的趋势,塑性则先降低后提高。并且γ′相阻碍位错运动会引发动态应变时效导致合金出现锯齿流变(PLC)效应,在低温/低应变速率时出现正PLC效应,在高温/高应变速率时出现逆PLC效应,可以通过调整γ′相尺寸弱化。通过轧制变形及不同热处理在合金中调控得到尺寸及含量不同的孪晶结构,研究孪晶结构特征对合金力学性能的影响。结果表明,孪晶结构可以实现合金的室温强塑性匹配;但由于孪晶层片较厚,且晶粒尺寸较大,导致合金的高温力学性能较差。此时合金的高温强化机制为孪晶界与普通大角度晶界共同阻碍位错运动,固溶原子引发晶格畸变起固溶强化作用。在高温时晶界强度弱于晶内,位错在晶界附近的大量塞积会引起应力集中,裂纹会在此形核导致合金发生沿晶断裂。通过轧制变形及不同热处理在合金中调控得到“γ′相+孪晶”结构,研究“γ′相+孪晶”结构对合金高温力学性能的影响。结果表明,“γ′相+孪晶”结构新型Ni基变形高温合金的高温力学性能显著优于γ′相结构高温合金与孪晶结构高温合金。轧制变形后的高温退火虽然可以显著提高合金的再结晶程度,但退火温度过高时再结晶晶粒长大速度过快不利于控制合金晶粒度,细晶组织“γ′相+孪晶”结构高温合金在服役温度下的高温力学性能显著优于粗晶组织。并且退火后经单级时效处理的组织及高温力学性能均优于双级时效处理。为使新型Ni基变形高温合金的微观组织及高温力学性能得以优化,调整合金结构调控制度,分别通过降低退火温度并对比交叉轧制与单向轧制,延长时效时间,提高时效温度三种方式依次获得微观组织特征不同的“γ′相+孪晶”结构高温合金,研究调控制度对合金微观组织的影响及合金组织特征对其高温变形行为的影响。结果表明,退火温度降低至1050℃可以有效控制合金晶粒度。锻态合金经1090℃/1 h固溶处理,70%单向轧制,1050℃/60 min退火处理,760℃/24 h时效处理后,可以获得晶粒细小、孪晶层片厚度较小且γ′相呈细小弥散特征分布的“γ′相+孪晶”结构,能够实现高温强塑性的协同提升。此时合金的高温强化机制为普通大角度晶界及孪晶界阻碍位错运动,γ′相阻碍位错运动,位错切割γ′相生成反相畴界、层错及微孪晶阻碍位错运动,共同为合金提供高温强度;孪晶通过储存部分位错为合金提供高温塑性;同时γ′相钉扎孪晶界能够提高其高温稳定性,从而强化孪晶,最终实现复合结构的耦合强化。

关键词： Ni基变形高温合金 “γ′相+孪晶”结构界面调控高温变形行为强塑性匹配

AlNbTi3VZr1.5高熵合金高温变形行为及其构筑成形研究

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AlNbTi3VZr1.5高熵合金高温变形行为及其构筑成形研究

作者：余朕翔中国科学技术大学

学位级别：硕士

基于高熵合金多主元的自由设计理念,通过调控成分可以实现不同性能的匹配,这为高活性兼具力学特性的含能高熵合金的设计提供了重大契机。含能高熵合金可具备高释能、高强高硬、利于加工的的特点,能够克服含Al型含能复合材料的低强度及Z... 详细信息

基于高熵合金多主元的自由设计理念,通过调控成分可以实现不同性能的匹配,这为高活性兼具力学特性的含能高熵合金的设计提供了重大契机。含能高熵合金可具备高释能、高强高硬、利于加工的的特点,能够克服含Al型含能复合材料的低强度及Zr基非晶合金低热导率等问题,有望成为传统含能结构材料的替代品。然而,由于其成分复杂且不同组元之间熔点的巨大差异,高熵合金铸锭内部常存在明显的偏析、缩孔、裂纹等铸造缺陷,使得较大尺寸高熵合金制备极其困难。基于此背景,本研究提出采用金属构筑成形技术实现较大尺寸AlNbTi3VZr1.5含能高熵合金的制备,首先探究AlNbTi3VZr1.5高熵合金的热变形行为和保温处理工艺,阐明其高温变形机制及保温组织结构演变,并基于此进一步开展AlNbTi3VZr1.5高熵合金的构筑成形连接,阐明界面微观组织演变规律,实现了AlNbTi3VZr1.5高熵合金中试件的研制,初步明确大尺寸含能高熵合金构筑成形制备工艺。本论文的主要内容及结论如下:(1)研究了新型AlNbTi3VZr1.5难熔高熵合金在温度1100-1250℃和应变速率1 0-3 s-1-1 s-1的高温变形行为。应力应变曲线存在屈服点下降现象,这可能是有序结构遭到破坏或者位错脱钉所致;不连续动态再结晶(DDRX)是该高熵合金高温变形的典型特征,最佳热加工区间位于1200-1250 ℃/10-0.75-1 s-1;随着温度的升高和应变速率的降低,DRX晶粒的平均尺寸和体积分数都增加,即Z参数减小,位错累积被释放,位错的回复明显发生,导致局部取向差减少。(2)研究了AlNbTi3VZr1.5高熵合金600-1200℃保温1 h的组织和力学性能。AlNbTi3VZr1.5基体为完全有序的B2相结构,600℃和800℃保温温度下有含Al析出相生成,在800℃时效处理后分别析出了沿晶界附近分布的针状ZrAlV相和分布于晶界和晶内的颗粒状Al3Zr相,尺寸与含量均大于600℃保温温度的析出相,导致800℃温度合金在室温压缩过程中较早地达到压溃阶段,压溃行为与基体中不共格的脆性析出相有关。其中800℃保温后合金基体硬度有所下降,这可能是由于大量含Al析出相的形成使得基体Al固溶降低所引起。当在1000℃保温处理后,析出相完全固溶,室温压缩屈服强度和显微硬度较铸态合金有所提高同时不损失塑性,晶体结构由完全有序转变为有序的B2相基体+连续的网状BCC相。温度升高至1200℃后合金发生“相反转”,使得BCC相被分隔开而B2相呈连续分布,强塑性较1000℃均有所提升。发生“相反转”的驱动力是系统弹性应变能的降低和界面能的减少。(3)进一步研究了AlNbTi3VZr1.5高熵合金的构筑连接行为。在1200℃的构筑连接界面愈合效果最好,并于此温度下实现中试件的研制,验证了构筑成形技术制备大型含能高熵合金的潜力。当在较低温度(800～1100℃)下的构筑连接时,界面会析出Al3Zr5金属间化合物而阻碍界面连接,随温度升高后连接界面处的析出相逐渐减少,与此同时,晶界迁移速率加快,原始界面很容易发生迁移跨越界面实现完全愈合。800℃和1000℃的界面再结晶机制主要为连续动态再结晶,而在1100℃和1200℃的界面主要发生不连续动态再结晶,变形量和温度的提高有助于界面结合。接头拉伸实验结果表明AlNbTi3VZr1.5高熵合金呈脆性断裂,断口位于基体处,这表明其结合界面可实现良好结合,界面组织性能可达到与基体一致的水平。

关键词：含能高熵合金高温变形行为组织及力学性能金属构筑成形