基于BP人工神经网络喷射成形7055铝合金的本构模型

基于Gleeble热力模拟技术对喷射成形7055铝合金的高温流变应力特征规律进行研究,并构建耦合应变量的唯象型Arrhenius本构方程用以预测合金的流变应力,同时基于BP人工神经网络构建该材料的神经网络型本构方程对比预测流变行为。结果表明:喷射成形7055铝合金的流变应力状况受变形参数的影响较为显著,与变形温度呈负相关,并与应变速率呈正相关。利用两类本构模型预测该合金的流变应力,其中唯象型Arrhenius本构方程的平均相对误差δ值大于2%,该模型的预测误差随变形温度升高呈上升趋势,且在热加工温度区间下(450℃左右),平均绝对误差及平均相对误差达到峰值,较难精准预测该变形区间内合金的流变应力特征。而BP人工神经网络模型的预测准确度更高,平均相对误差δ值仅为0.813%,且具有较高的温度稳定性。     

Ti-6Al-2Zr-1M0-1V合金的热变形行为

在Gleeble-1500热模拟机上对Ti-6A1-2Zr-1Mo-1V钛合金铸态材料进行了恒温和恒应变速率下的热压缩变形实验，温度范围是700～1000℃，应变速率范围是5×10     

温度对Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金静态回复力学行为的影响

采用双道次热压缩实验,研究了新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金铸态试样在温度300~400℃,应变速率0.01~0.1 s~(-1),变形程度33%+20%,保温0~900 s静态回复过程中的流变应力行为。结果表明:温度对该合金静态回复力学行为影响显著;(1)300℃和330℃温度较低时,变形过程中回复较慢,存储的变形能较高,保温期间的回复和再结晶使第二道次流变应力降低,表现为流变应力软化现象,且随着道次间保温时间的延长应力的软化程度增大;保温过程中析出相的出现减缓了应力软化速率;(2)温度升高到360℃和400℃时,变形过程中回复充分,存储的变形能低;变形保温后基体的固溶度高,第二道次流变应力升高,表现为流变应力硬化现象;360℃变形保温期间的回复/再结晶使得随着道次间保温时间的延长应力又逐渐降低软化,析出相减缓了应力的软化速率;而400℃变形保温期间没有回复/再结晶和析出相,所以硬化后的应力并不随着道次间保温时间的延长而发生变化。     

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金绝热剪切和局部流动行为

在THERMECMASTOR-Z型热模拟机上对Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金在变形温度780～1 080 ℃,应变速率0.001～70.000 s^-1条件下的流动应力变化规律进行了研究,分析了变形工艺参数对Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金绝热剪切和局部流动行为的影响,并采用基于动态材料模型的功率耗散图分析了Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金易发生绝热剪切和局部流动的热力参数范围。结果表明:在所研究的热变形条件下,当温度较高、应变速率较低时,变形呈稳态流动特征,当温度较低、应变速率较高时,变形呈流动软化特征。通过功率耗散图分析及微观组织观察可知,在α+β两相区变形,应变速率高于0.100 s^-1时,功率耗散系数多数小于0.16,变形多处于流变失稳区域,其变形机制主要为绝热剪切和局部流动。     

Constitutive behavior and microstructural evolution in hot deformed 2297 Al-Li alloy

The microstructural evolution mechanism and constitutive behavior of 2297 Al-Li alloy were studied via thermal compression test with the constant strain rates of 0.001–1 s⁻¹ and the deformation temperatures ranging from 623 to 773 K. To verify the predictable ability of diverse constitutive models under different stress states, the hot compression experiments with stress triaxiality varying from −0.33 to 0.46 were conducted. The microstructures of the deformed specimens under diverse deformation conditions are probed to reveal the mechanism of hot deformation behavior. The experimental results indicate that the work-hardening and dynamic softening are competitive during the hot compression process, and the dynamic softening is more obvious under low deformation temperature and high strain rate. The microstructural analysis manifests that the dynamic recovery gets predominant at high deformation temperature to produce fine grains. Meanwhile, the dynamic recrystallization becomes more dominant as the strain rate decreases, which is sensitive to the stress triaxiality. In addition, both the modified Johnson-Cook model and strain-compensated Arrhenius-type function are suitable for describing the flow behavior of 2297 alloy, while the latter reveals a more accurate prediction. However, the predictability of the two kinds of models is worsened with the transformation of stress triaxiality, and the validity of the Arrhenius-type model is restricted by high stress triaxiality.     

热变形对高铌TiAl合金微观组织的影响

通过对Ti-45Al-8.0Nb-0.2W-0.2B-0.1Y(原子百分数)合金的热压缩分析发现,其变形温度和变形速率对合金的真实应力-应变曲线以及变形后的组织有显著的影响。在低的变形温度和高的变形速率下,随应变量的增加合金呈现明显的软化现象,变形后存在大量的流线型组织,当变形温度达到1250℃、变形速率降到1×10^-3s^-1时,合金变形后的组织逐渐得到充分的再结晶,铸态组织得到明显的细化。     

TC4-DT钛合金高温热变形行为研究

利用Gleeble-3500型热模拟实验机,研究了TC4-DT损伤容限型钛合金在温度850℃～1000℃、应变速率0.01～10s-1、变形程度为40%～70%条件下的热变形行为,分析了该合金的流变应力行为及微观组织演变规律,并建立了本构关系模型。研究结果表明,TC4-DT合金在950℃以下的较低温度变形时应力软化现象非常明显,变形机制和热变形激活能不同于950℃以上的较高温度变形机制;在950℃以上高温度变形时,低应变速率(如ε=0.01s-1)促进了动态再结晶行为的发生,而在较高的应变速率(如ε=10s-1)时,一般只发生动态回复现象,动态再结晶行为受抑制。     

TiBw/TA15复合材料板材超塑变形行为研究

研究了TiB_w/TA15复合材料板材在900~960℃、5×10^-4~10^-2s^-1条件下的超塑变形行为。结果表明,TiB_w/TA15复合材料流变应力随拉伸温度的升高和应变速率的减小而降低,在940℃、5×10^-3s^-1变形条件下获得的最大超塑性伸长率为439%。利用Zener-Hollomn参数和Arrhenius方程所建立的峰值应力本构方程为ε·=3.55×10⁸[sinh(2.0×10^-2σ)]^1.99×exp(-6.381×10⁵/RT),其变形激活能Q=638.1kJ/mol。复合材料超塑性变形组织与拉伸温度和应变速率密切相关。高温低应变速率有利于基体α相的动态再结晶以及晶须与基体处孔洞的愈合,低温高应变速率下,孔洞更易萌生于增强相与基体结合界面的端部。动态再结晶对复合材料超塑性的发挥起着关键作用。     

SiC_P/Al-Cu复合材料动态再结晶行为及临界条件

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对40%SiC_P/Al-Cu复合材料进行压缩实验,研究其在温度为350~500℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下的高温塑性变形行为。由实验得出变形过程中的应力-应变曲线,采用加工硬化率处理方法对应力-应变数据进行处理,结合lnθ-ε曲线的拐点和(-α(lnθ)/αε)-ε曲线最小值的判据,研究该复合材料动态再结晶临界条件。结果表明:40%SiC_P/Al-Cu复合材料的应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征,峰值应力(σ_p)随变形温度的降低或应变速率的升高而增加;该材料的lnθ-ε曲线出现拐点,(-α(lnθ)/αε)-ε曲线出现最小值;临界应变(ε_c)随变形温度的升高与应变速率的降低而减小,且临界应变与峰值应变(εp)之间具有相关性,即ε_c=0.528εp;临界应变与Zener-Hollomon参数(Z)之间的函数关系为ε_c=4.58×10~(-3)Z~(0.09)。透射电镜观察显示应变为0.06时(变形温度为400℃,应变速率为10 s~(-1))已经发生动态再结晶,应变为0.2时,动态再结晶晶粒充分长大。     

基于ANN的FGH96合金热变形行为的模拟电路模型

在锻造领域,多采用数字模型进行工艺设计和过程控制,但数字模型无法完成材料成形过程的实时控制。因此,有必要建立一种适合于实时控制的材料动态流动行为模型,以提高生产效率和锻件质量。通过热模拟试验,对细晶态FGH96合金的高温流动特性进行了研究,用BP（Back Propagation）网络建立了FGH96合金热变形行为的人工神经网络模型,根据电模拟理论,利用模拟电路的快速反应与易于控制等特点,建立了基于ANN的FGH96合金的模拟电路模型。测试结果表明,所建立的ANN模型和模拟电路模型均具有较高的预测精度,能很好地反映材料热成形过程的动态流动行为,可用于材料热成形过程的实时控制。     

15%SiC_P/8009铝基复合材料热压缩流变应力行为

采用Gleeble-3500热模拟试验机对15%Si CP/8009铝基复合材料在温度为400~550℃和应变速率为0.001~1 s~(-1)条件下的热变形流变行为进行研究。结果表明:流变应力在开始阶段随应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳;流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的增大而升高,呈现出正应变速率敏感性;流变应力行为可以用双曲正弦模型来描述,其热变形激活能为488.3853 k J/mol,应力指数为7.19022。     

喷射成形7055铝合金热变形行为模拟

为研究喷射成形7055铝合金的热变形行为,在应变速率为0．001～5 s －1、变形温度为300～450℃、工程应变量为50％条件下,在 Gleeble-3500热-力模拟试验机上进行热压缩实验。结果表明：喷射成形7055铝合金的流变应力随应变速率的增大而增大,随变形温度升高而减小。在应变速率为5s －1时由变形热引起的温升达25℃,经修正流变应力比实测值增高20 MPa。采用包含 Z 参数的 Arrhenius 双曲线正弦本构方程可准确描述喷射成形7055铝合金的热变形流变应力行为,变形激活能为146．91 kJ·mol －1。所建本构方程的平均相对误差（Er ）为2．89％,说明可准确预测喷射成形7055铝合金的热变形流变应力。     

原位合成TiB_2/6351复合材料热压缩变形特性

采用Gleeble-1500D热模拟试验机对原位合成TiB2(质量分数,8%)/6351复合材料在不同变形温度和不同应变速率条件下的热变形特性进行了研究,利用透射电镜(TEM)和光学显微镜分析了压缩后试样的微观组织.结果表明, 材料的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大;材料的流变行为主要表现为加工硬化、动态回复和动态再结晶;相应的显微组织特征为:位错网络、混乱的位错团和胞状结构,亚晶及等轴晶.在应变速率和变形温度均较低时,增强体颗粒周围的基体中形成高密度位错区,但随变形温度的升高而减少;在应变速率较高时,增强体颗粒和基体的界面处开裂甚至增强体颗粒本身发生破碎.     

挤压态喷射成形GH738合金热变形行为及组织研究

在温度950~1150℃、应变速率0.001~1 s–1及工程应变50%条件下,利用Gleeble-3500TM热模拟试验机对挤压态喷射成形GH738合金进行热压缩实验,研究合金的流变应力,建立合金热变形本构关系,利用EBSD分析合金组织演变。结果表明:合金流变应力随温度的升高和应变速率的减小而降低,在相同变形条件下,具有细晶组织特征的挤压态喷射成形GH738合金峰值流变应力低于粗晶组织的铸锻GH738合金;挤压态喷射成形GH738合金热变形激活能为651.08 kJ·mol–1,GH738合金的热变形激活能随着初始平均晶粒尺寸的减小而升高;形变温度的升高使挤压态喷射成形GH738合金初始被拉长的晶粒逐渐演变为等轴再结晶晶粒,在1000℃以上获得完全动态再结晶组织,再结晶组织随形变温度的进一步升高发生长大。     

Hot deformation behavior and strain compensation constitutive model of equiaxed fine grain diffusion-welded micro-duplex TC4 titanium alloy

In this work, two-stage diffusion bonding of micro-duplex TC4 titanium alloy was carried out to study the flow behavior and constitutive models of the bonding joint and the base metal after the same thermal cycling during the hot forming process. Microstructure and mechanical properties test were used to verify the good quality of the equiaxed fine grain diffusion-welded TC4 alloy. Quasi-static tensile experiment was carried out at temperatures ranging from 750–900 °C and strain rates of 0.0001–0.1 s⁻¹. The joint showed the weak dynamic recovery at strain rates of 0.01–0.1 s⁻¹ and temperatures of 750–850 °C. At strain rates of 0.0001–0.001 s⁻¹ and temperatures of 850–900 °C, the flow stress of joint presented steady-state characteristics. Different deformation conditions lead to the remarkable difference of dynamic softening performance between the joint and heat-treated base metal, but the flow stress in elastic and strain hardening stages exhibited similar behavior. The strain compensated Arrhenius-type constitutive models of TC4 joint and heat-treated base metal were developed respectively. The fifth-order polynomial functions between the material property correlation coefficients and strain were obtained. The models have shown good correlation, with correlation coefficient values of 0.984 and 0.99. The percentage average absolute relative error for the models were found to be 10% and 9.46%, respectively.     

B93铝合金热加工特性模拟研究

在Gleeble1500热模拟机上采用轴对称等温压缩实验,研究了B93铝合金在热加工中变形温度和应变速率对合金组织的影响,基于动态模型计算出B93铝合金加工图,分析合金热加工的流变失稳区并确定了合金热加工的最佳工艺参数。结果表明:变形速率和变形温度对B93铝合金的微观组织有影响;合金的峰值应力随变形温度的升高而降低,随变形速率的提高而增大;B93铝合金最佳的热加工制度为:变形温度420℃左右,应变速率0.001 s-1。     

细晶AZ31镁合金高温压缩变形行为研究

通过Gleeble-1500试验机对坯料预先经过晶粒细化处理的AZ31镁合金圆柱体试样进行单向热压缩试验,压缩温度为300～450℃,应变速率.ε为0.01s-1,0.1s-1,1.0s-1,根据试样结果分析计算了本构方程中的各参数,获得了完整的镁合金高温本构方程,进一步分析了压缩试样的显微组织。结果表明:在本试验条件下,AZ31镁合金的热变形应力指数n为6.24,热变形激活能为177.2kJ/mol。压缩试样心部组织变形程度明显高于边缘;随着温度的升高,心部压缩组织发生明显的再结晶,新晶粒在晶界处形核并长大。     

氩气雾化FGH95合金的热模拟实验

采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行氩气雾化FGH95合金的热压缩实验,在不同的温度和应变速率下,获得FGH95合金的变形应力应变曲线,根据变形数据,建立FGH95合金的变形本构方程,并基于动态材料模型,绘制合金的热加工图。计算得到氩气雾化FGH95合金的变形激活能Q=695.78 kJ/mol,通过建立的本构方程计算得出的峰值应力与实验值符合较好,平均误差范围约6%;根据热加工图,确定FGH95合金安全的热加工区域如下：1070~1100℃,0.01~0.001 s-1,当温度增加到1100℃以上后,应变速率可以增大到0.5 s-1。     

Microstructure-based Simulation of Plastic Deformation Behavior of SiC Particle Reinforced Al Matrix Composites

This article, in order to unearth the deformation mechanism of particle reinforced metal matrix composites, establishes a finite element model (FEM) based on the actual microstructures. It finds out and analyzes the distribution of von Mises effective stress, strain and the maximum principal stress in the matrix and particles. Moreover, the overall stress and strain in the matrix and composites are calculated. By comparison, a tiny discrepancy exists between the experimental results and the simulation with respect to flow stresses. The effects of deformation parameters, such as temperature and strain rate, on the strengthening mechanism are explored and proved to be weak.     

细晶态FGH96热成型时的流动行为研究

 通过热模拟试验,对细晶态FGH96 合金的高温流动特性进行了研究,分别从宏观和微观上对影响FGH96 流动特性的因素(变形温度、变形速率和变形程度以及Z 因子和动态再结晶晶粒尺寸等) 作了系统分析。结果表明:变形温度、变形速率和变形程度对流动应力和再结晶晶粒尺寸均有不同程度的影响。在此基础上,建立了细晶态FGH96 合金热成型时的本构模型,该模型充分考虑了变形温度、变形速率和变形程度对流动应力的影响,这对FGH96 合金热成型过程的数值模拟和热力参数的合理制订具有重要意义。