鎳基變形高溫合金本構(gòu)分析研究進(jìn)展_俞丹.pdf

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1、第44卷第2期現(xiàn)代冶金Vol.44No.22016年4月ModernMetallurgyApr.2016鎳基變形高溫合金本構(gòu)分析研究進(jìn)展俞丹,王瑩,陳悅,王玨(南京工程學(xué)院材料工程學(xué)院,江蘇南京211167)摘要:本構(gòu)分析是計(jì)算鎳基變形高溫合金熱加工外載荷,預(yù)測(cè)熱變形組織的有效方法,為實(shí)際生產(chǎn)中加工工藝的制定提供理論參考,同時(shí)也可以為有限元法模擬加工過(guò)程提供重要數(shù)據(jù)。綜述了鎳基變形高溫合金本構(gòu)方程的研究現(xiàn)狀,包括目前廣泛采用的本構(gòu)方程的形式及其推導(dǎo)過(guò)程,以及在流變應(yīng)力模型,動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型等方面的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞

2、:鎳基高溫合金;本構(gòu)方程;流變應(yīng)力模型;動(dòng)態(tài)再結(jié)晶模型中圖分類號(hào):TG113.25變應(yīng)力關(guān)系曲線特征,合理選用經(jīng)驗(yàn)方程作為材料模型仍然不失為一種有效途徑。引言本構(gòu)分析在鎳基高溫合金方面的應(yīng)用十分廣采用數(shù)學(xué)的方法對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定量處理,獲泛。例如,通過(guò)建立模型研究化學(xué)成分對(duì)鎳基合金[4]得精確的數(shù)學(xué)模型是本構(gòu)分析的實(shí)質(zhì),這些數(shù)學(xué)模形變的影響,或者是采用本構(gòu)分析方法研究鎳基型又叫本構(gòu)方程,本構(gòu)方程反映了流動(dòng)應(yīng)力、應(yīng)變、合金再結(jié)晶晶粒尺寸與形變參數(shù)之間以及峰值應(yīng)[5]應(yīng)變速率、變形溫度以及變形組織之間的關(guān)系。準(zhǔn)力,變

3、形溫度,應(yīng)變速率之間的函數(shù)關(guān)系。還可以[6]確的本構(gòu)方程是建立具有預(yù)測(cè)性的材料塑性成型模通過(guò)實(shí)驗(yàn)直接研究鎳基合金的本構(gòu)特性。除此之型的核心問(wèn)題。這些模型既包括對(duì)流變曲線的描外,還有許多針對(duì)鎳基高溫合金的研究采用了本構(gòu)[7-11]述,也包括對(duì)組織的描述與預(yù)測(cè)(例如關(guān)于動(dòng)態(tài)再結(jié)分析的方法。晶的本構(gòu)方程),最終目的有兩個(gè):一是通過(guò)本構(gòu)方程的計(jì)算和外推,建立流變應(yīng)力與變形參數(shù)的關(guān)系,1流變曲線的本構(gòu)分析進(jìn)而計(jì)算出精確的變形抗力;二是通過(guò)與變形組織相結(jié)合,建立組織演化模型,分析變形組織演化規(guī)熱變形條件下,流變曲線的形狀特

4、征由加工硬律。以上兩點(diǎn)都可以通過(guò)與計(jì)算機(jī)有限元技術(shù)相結(jié)化和動(dòng)態(tài)軟化這兩種機(jī)制的相互作用所決定。大多合提高計(jì)算速度和精度,獲得直觀的可視化結(jié)果。數(shù)鎳基高溫合金的流變曲線表現(xiàn)出以下特征:第一研究者們通常通過(guò)三種途徑來(lái)獲得材料塑性變階段加工硬化占主導(dǎo)地位,應(yīng)力值隨應(yīng)變量的增加形的本構(gòu)方程:①假設(shè)特別的變形機(jī)制,用相關(guān)的材而線性增加;第二階段流變應(yīng)力增大的趨勢(shì)逐漸減[1]料參數(shù)建立與這種機(jī)制相對(duì)應(yīng)的方程。②用一標(biāo)緩,達(dá)到峰值應(yīng)力后又逐漸降低;第三階段的流變曲量?jī)?nèi)參來(lái)代表塑性變形時(shí)由材料內(nèi)部狀態(tài)產(chǎn)生的各線則相對(duì)平穩(wěn)。值得

5、注意的是,鎳基高溫合金的峰向同性變形阻力,從而獲得描述大塑性變形的一階值應(yīng)力并沒(méi)有奧氏體不銹鋼那么明顯,并且其具有[2-3][7]本構(gòu)模型。③用實(shí)驗(yàn)測(cè)量一定應(yīng)變速率、溫度范較低的層錯(cuò)能,DRX是其主要的軟化機(jī)制。圍內(nèi)的流變應(yīng)力數(shù)據(jù),進(jìn)而根據(jù)這些數(shù)據(jù)建立相應(yīng)1.1流變應(yīng)力與變形溫度和應(yīng)變速率的關(guān)系的本構(gòu)方程。雖然人們總是希望選擇少數(shù)幾種類型的本構(gòu)模型適用于所有的材料和熱加工參數(shù)范圍,大量的本構(gòu)研究是建立流變應(yīng)力與變形條件之但事實(shí)證明目前還難以做到。因此,根據(jù)材料的流間的定量關(guān)系,進(jìn)而預(yù)測(cè)不同工藝條件下的外載荷。收

6、稿日期:2016-02-25基金項(xiàng)目:江蘇省大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(201511276061x);南京工程學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目(BX20160233)作者簡(jiǎn)介:俞丹(1995—),女,本科生。電話:18351988597;E-mail:1563863193@qq.com2現(xiàn)代冶金第44卷根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合建立的熱變形本構(gòu)方程是利用剛程正確。塑性有限元方法對(duì)金屬加工過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬的前不同種類高溫合金成分的區(qū)別,會(huì)從本質(zhì)上影[4]提條件,可作為熱變形工藝參數(shù)選擇的重要依據(jù),也響本構(gòu)方程參數(shù)的取值。Bi等在鎳基高溫合金

7、流可用作耗散結(jié)構(gòu)理論的動(dòng)力學(xué)方程來(lái)確定變形穩(wěn)定變應(yīng)力模型的研究中指出:合金的化學(xué)成分對(duì)激活[12-14]區(qū)。能Q和A的值都有一定的影響,不同的合金元素對(duì)許多文章報(bào)道了流變應(yīng)力與變形溫度和應(yīng)變速激活能Q的影響程度不同。因此,為了進(jìn)一步完善率之間的定量關(guān)系,通常采用Arrhenius型本構(gòu)方鎳基高溫合金的本構(gòu)方程,Bi等建立了如下表達(dá)式程,其中Sellars和Tegart提出的本構(gòu)模型應(yīng)用最Q=Q0+ΔQCr+ΔQW+[15-16]ΔQ廣,其主要包括3種形式:Mo+ΔQAl+ΔQTi+ΔQNb(4)其中,1)在低應(yīng)

8、力水平下ε=Anexp[-Q/(RT)],ασ≤0.8(1)ΔQCr=515.510exp(0.153336CCr)-1557.05;1σΔQW=8783.23exp(0.165129CW)-8783.23;2)在高應(yīng)力水平下ΔQMo=25638.8exp(0.128600CMo)-25638.8;ε=A2exp(βσ)exp[-Q/(RT)],ασ≥0.8(2)ΔQAl=1718

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