鋁合金熱壓縮變形的流變應力本構方程

根據(jù)熱壓縮模擬試驗獲得的數(shù)據(jù),用一元線性回歸和多元線性回歸的方法,研究了鉛鎂鋁合金的流變應力與溫度、應變速率和應變之間的關系,并根據(jù)試驗數(shù)據(jù)確定了鉛鎂鋁合金的本構方程。結果表明:鉛鎂鋁合金在高溫熱變形時的流變應力與應變速率及變形溫度之間滿足雙曲正弦函數(shù)關系;其熱壓縮變形時流變應力本構方程可以高精度地預測高溫變形時的穩(wěn)態(tài)流變應力,其高溫熱變形受熱激活能的控制。

為了對冷鐓鋼的生產(chǎn)過程進行數(shù)值模擬分析,優(yōu)化其生產(chǎn)工藝,在mmt-200熱模擬機上進行熱壓縮變形實驗,研究了微合金中碳鋼熱變形流變應力行為,試驗溫度為800～950℃,應變速率為0.01～20s-1.結果表明:真應力隨變形溫度的升高而減小,隨應變速率的增大而增大,表現(xiàn)出正的應變速率敏感性;材料熱變形過程中伴隨著鐵素體動態(tài)再結晶并超量析出.獲得了采用zener-hollomon參數(shù)來描述的微合金中碳鋼的本構方程,其變形激活能為306.79kj/mol.

采用噴射成形工藝制備了hgsf01高合金工具鋼,在gleeble2000熱模擬試驗機上進行等溫熱壓縮試驗,在變形速率為0.05～20s-1和變形溫度為900～1150℃條件下對噴射成形hgsf01高合金工具鋼進行實驗研究。結果表明:噴射成形hgsf01高合金工具鋼熱壓縮變形流變應力受變形溫度和應變速率的影響強烈,真應力-應變曲線呈典型的動態(tài)回復再結晶特征。可以用zener-hollomon參數(shù)的雙曲正弦函數(shù)形式本構方程來描述噴射成形hgsf01高合金工具鋼的流變應力行為,其形變激活能(q)為435.446kj/mol。

利用gleeble-1500熱模擬實驗機,對2524鋁合金進行高溫等溫壓縮試驗,實驗變形溫度為300～500℃,應變速率為0.01～10s-1的條件下,研究了2524鋁合金的流變變形行為。結果表明:合金流變應力的大小跟變形溫度和應變速率有很大關聯(lián),2524鋁合金真應力-應變曲線中,流變應力開始隨應變增加而增大,達到峰值后趨于平穩(wěn),表現(xiàn)出動態(tài)回復特征,而峰值流變應力隨變形溫度的降低和應變速率的升高而增大;在流變速率ε為10s-1,變形溫度300℃以上時,應力出現(xiàn)鋸齒波動,合金表現(xiàn)出動態(tài)再結晶特征。采用溫度補償應變速率zener-hollomon參數(shù)值來描述2524鋁合金在高溫塑性變形流變行為時,其變形激活能q為216.647kj/mol。在等溫熱壓縮形變中,合金可加工條件為:高應變速率(>0.5s-1)或低應變速率(0.01s-1～0.02s-1)、高應變溫度(440℃～500℃)。

采用熱模擬試驗對一種含銀al-cu-mg耐熱鋁合金進行熱壓縮試驗,研究了合金在熱壓縮變形溫度和應變速率分別為340~500℃,0.001~10s-1的條件下的流變應力行為和變形組織。結果表明:合金的流變應力隨應變速率的增大而增大,隨變形溫度的升高而減小。該合金熱壓縮變形的流變應力行為可用雙曲正弦形式的本構方程來描述,也可用zener-hollomon參數(shù)來描述,其變形激活能為196.27kj/mol。在較低的變形溫度或較高的應變速率下,合金組織中主要存在沿垂直于壓縮方向拉長了的晶粒。隨著變形溫度的升高或應變速率的降低,拉長的晶粒發(fā)生粗化,并且合金中出現(xiàn)了再結晶晶粒,說明合金中的主要軟化機制逐步由動態(tài)回復轉變?yōu)閯討B(tài)再結晶。該合金較適宜的熱軋溫度為380~460℃,應變速率為0.1~10s-1。

采用gleeble-3500熱模擬機進行圓柱體壓縮試驗,研究了新型鋁青銅合金在變形溫度為650～950℃、應變速率為0.01～5s-1、真應變?yōu)?～0.8條件下的流變應力特征。結果表明:應變速率為0.01和5s-1時,鋁青銅合金首先出現(xiàn)加工硬化,流變應力達到峰值后趨于平穩(wěn),表現(xiàn)出動態(tài)回復的特征;應變速率為0.1和1s-1時,合金發(fā)生了局部動態(tài)再結晶;可用zener-hollomon參數(shù)的雙曲正弦形式來描述新型鋁青銅合金熱壓縮變形時的流變應力行為。

在變形溫度為300～460℃,應變速率為0.001～1.000s-1的條件下,采用gleeble-1500熱模擬試驗機對7b50鋁合金的熱變形加工行為進行了研究。結果表明,7b50鋁合金在熱壓縮變形中的流變應力隨著溫度的升高而減小,隨著應變速率的增大而增大。對該合金進行熱變形加工的適宜條件是:熱壓縮加工溫度為380～460℃、應變速率為0.100～1.000s-1。在變形溫度較高或應變速率較低的合金中發(fā)生部分再結晶,并且在合金組織中存在大量的位錯和亞晶。隨著溫度升高和應變速率降低,亞晶尺寸增大,位錯密度減小,合金的主要軟化機制逐步由動態(tài)回復轉變?yōu)閯討B(tài)再結晶。

采用gleeble-3500熱模擬實驗機進行了403nb鋼的高溫熱壓縮實驗,并對其流變應力進行了研究。實驗結果表明,溫度在1100℃～1150℃,應變速率在0.01s-1～0.1s-1時,403nb鋼在熱壓縮實驗中發(fā)生了明顯的動態(tài)再結晶;用zener-hollomon參數(shù)的雙曲對數(shù)函數(shù)能較好的描述403nb鋼的流變行為;經(jīng)回歸得到了403nb鋼峰值應力σp的表達式和熱變形激活能q值。

利用gleeble-1500d熱模擬試驗機對釩、鈦、鈮微合金化q345b低合金高強度結構鋼(hsla)進行了高溫單道次壓縮試驗。測量了不同變形溫度和變形速率下該鋼的變形行為,分析了各變形參數(shù)對該鋼動態(tài)再結晶和變形抗力的影響,得出動態(tài)再結晶激活能為451.47kj/mol。并且建立了高溫變形抗力的分段函數(shù)流變模型,該模型計算結果與試驗值吻合較好。

在變形溫度為380～500℃,應變速率為0.001～10s-1的條件下,采用gleeble-1500熱模擬試驗機對含鈧al-cu-li-zr合金的熱變形行為進行了研究。結果表明:含鈧al-cu-li-zr合金流變應力隨變形溫度升高和應變速率的降低而減小;變形初期,應力值隨應變的增加迅速提高,顯示出明顯的加工硬化效應。當應力值達到峰值后,隨著變形增加,流變應力逐步降低,合金出現(xiàn)明顯的軟化現(xiàn)象。根據(jù)流變應力本構方程及利用作圖法和線性回歸方法求解得出各參數(shù)值,得出流變峰值應力方程;該合金在高溫壓縮試驗中會發(fā)生動態(tài)回復,在一定條件下會發(fā)生動態(tài)再結晶,并且溫度越高應變速率越低,該合金越易發(fā)生動態(tài)再結晶,從而表現(xiàn)出其流變應力越低。

采用x-ray衍射和光學顯微鏡對aa3104鋁合金熱粗軋板沿厚向的織構和組織進行研究。結果表明:熱粗軋板中存在明顯的組織和織構梯度現(xiàn)象;在表層及次表層,剪切織構占主導地位,表現(xiàn)為較強的旋轉立方織構r-cube{001}和{112}織構,顯微組織以再結晶組織為主;在中心層及過渡層,則以典型的形變織構(即cu{112}、s{123}和bs{011})及熱變形流線組織為主;這種沿厚度方向的組織和織構梯度對熱變形后再結晶織構也有很大影響,熱粗軋板中原始的剪切織構有助于退火后立方織構的形成,而原始中心層的形變織構會促使熱變形退火后產(chǎn)生{111}剪切織構和p織構。

通過在523k~723k的溫度范圍內和應變速率為0.001s-1~0.1s-1下對耐熱鋁合金(fvs0812)板進行溫拉伸實驗,研究耐熱鋁合金板溫拉伸性能,以及該合金在升溫條件下流變應力與變形溫度、應變速率之間的關系,并使用改進了的fieldsandbackofen方程建立fvs0812合金在溫拉伸時應力-應變本構模型。

為實現(xiàn)鋁合金al5083-o溫成形的數(shù)值模擬與合理制定其成形工藝參數(shù),研究了al5083-o鋁合金板在不同溫度和應變速率條件下的溫成形特性。引入zener-hollomon參數(shù)的雙曲正弦函數(shù)來描述al5083-o鋁合金板溫成形時的流變應力與變形溫度和應變速率之間的關系,建立了預測這種鋁合金在溫成形條件下應力-應變曲線的數(shù)學模型。計算結果與試驗數(shù)據(jù)吻合較好,證實了al5083-o鋁合金板溫成形流變應力預測模型的正確性。

3104鋁合金流變應力行為_黃光杰

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通過對一種含電流變液鋁合金夾層板智能結構的動力學實驗與仿真,分析和研究該結構在外電場作用下的動力特性變化。實驗發(fā)現(xiàn),利用外部控制條件(電場強度)的變化,可以改變結構的固有特性,如自然頻率、結構阻尼等,可實現(xiàn)對結構的主動控制。數(shù)值分析時采用粘彈性材料等效處理方法模擬電流變材料,計算得到的結構振動特性與實驗結果吻合較好。實驗與仿真計算結果均表明,隨著電場強度的增大,結構固有頻率也隨之出現(xiàn)上升,且增幅與場強有關;同時,電流變材料對結構振動所產(chǎn)生的阻尼效應不僅受外加電場影響,還與外加激勵頻率有關,響應控制實驗結果說明電流變材料對結構在固有頻率附近所產(chǎn)生響應的控制效果要更為明顯一些

探討了熱壓縮變形條件對鋁材料的高溫變形軟化規(guī)律的影響.結果表明,變形溫度對壓力罐用鋁材的流變應力和軟化率影響顯著,隨變形溫度升高,流變應力明顯降低,流變曲線表現(xiàn)出明顯的穩(wěn)態(tài)流變特征;軟化率fs隨變形溫度的升高明顯增大.

利用gleeble-1500熱模擬機,研究6111鋁合金在變形溫度為350℃～550℃、應變速率為0.01s-1～10s-1的熱變形流變應力行為。研究結果表明,6111鋁合金為正應變速率敏感材料,且隨著變形溫度升高抗拉強度減小,其熱變形經(jīng)歷了從應變硬化階段過渡到穩(wěn)態(tài)變形階段的過程,軟化機制主要為動態(tài)回復;采用zener-hollomon參數(shù)建立6111鋁合金的本構方程,該方程可用于模擬6111鋁合金材料一般加載情況下的熱成形過程。

變形鋁合金

以罐用3104鋁合金熱軋板為試驗材料,分別采用x射線反射法和透射法檢測了板材不同厚度層面的織構和整體織構。結果表明:鋁合金熱軋板每一層的織構都不相同,存在明顯的織構不均勻性。x射線反射法檢測的只是某一層面的織構,而透射法獲取的是鋁合金板整個厚度上的織構信息,因而是鋁合金熱軋板全面和準確的織構。鋁合金熱軋板中含有旋轉立方織構{001},立方織構{001},{111}γ線織構,銅型織構{112},黃銅織構{110}及其他{110}線織構等復雜織構組分。鋁合金熱軋工藝造成了鋁合金板中的織構不均勻性,也是造成熱軋板復雜織構組分的原因。

隨著目前飛機制造業(yè)的大力發(fā)展，對于航空鋁合金的加工工藝要求也越來越高，而航空鋁合金在加工時的變形問題也成為了航空制造加工過程中出現(xiàn)的重要問題之一。為了解決這一問題，我國從國外引入了先進的高速切削設備，并開始自主研究高速切削加工技術。

目的研究2a97鋁鋰合金在390~470℃溫度范圍和3×10-4~3×10-2s-1應變速率范圍內的超塑變形行為,揭示溫度和應變速率對延伸率和峰值應力的影響規(guī)律,并建立超塑拉伸變形本構方程。方法采用單軸超塑拉伸試驗方法進行研究。結果當變形應變速率低于3×10-3s-1時,2a97鋁鋰合金真應力-真應變曲線呈現(xiàn)穩(wěn)態(tài)流變特征;當應變速率高于3×10-3s-1時,則呈現(xiàn)軟化特征。在450℃,應變速率為1×10-3s-1條件下,達到最大延伸率600%。結論2a97鋁鋰合金具有良好的超塑變形性能,其應變速率敏感性指數(shù)m平均值為0.35,超塑變性激活能q值為145.87kj/mol,遠高于純鋁自擴散激活能65.6kj/mol,表明此時鋁鋰合金變形機制仍以晶內滑移為主。