应变速率对GH625合金热变形过程组织演变的影响

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对GH625合金进行了以不同变形温度、不同应变速率变形到真应变值为0.7的热压缩试验,以研究其热变形过程的动态再结晶组织演变.利用光学显微镜（OP）和透射电镜（TEM）分析了应变速率对GH625合金热变形过程中的组织演变及动态再结晶形核机制的影响.结果表明:应变速率·ε=10.0s^-1时,实际变形温度高于预设温度,产生变形热效应.GH625合金热变形过程的组织演变是一个受应变速率和变形温度控制的过程,在应变速率·ε≤1.0s^-1时,GH625合金动态再结晶晶粒的尺寸及体积分数随着应变速率的升高而降低,动态再结晶形核机制是由晶界弓弯的不连续动态再结晶机制和亚晶旋转的连续动态再结晶机制组成;在应变速率·ε=10.0s^-1时,由于变形热效应使动态再结晶晶粒的尺寸及体积分数迅速升高,动态再结晶机制则是以弓弯机形核的不连续动态再结晶机制为主.     

Ti微合金化汽车大梁钢510L动态再结晶行为

采用单道次压缩实验和阶梯试样热轧-淬火实验研究了低成本的Ti微合金化汽车大梁钢510L的动态再结晶行为.结果表明,应变速率为0.1s^-1时,变形温度为850~1050℃时均发生动态再结晶,应变速率为0.2s^-1时,只有在变形温度高于950℃时发生动态再结晶.变形温度的升高和变形量的增大会逐渐细化奥氏体晶粒,并使再结晶体积分数趋于增大.回归得到实验钢的动态再结晶激活能仅为211.43kJ/mol,说明Ti的添加几乎没有抑制高温奥氏体的动态再结晶,并建立了动态再结晶临界应变模型和动力学模型.     

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s-1下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2 000 s-1,屈服强度略微提高.      

CoCrFeNi高熵合金组织演变规律及再结晶动力学

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对添加少量C原子的非等原子比CoCrFeNi高熵合金进行热变形处理.结果表明，当变形温度为1123K，应变速率为0.1s^-1时，合金的显微组织主要为变形晶粒，随着温度的升高或应变速率的降低，变形晶粒边缘开始出现细小的等轴晶；当变形温度为1223K时，其组织全部为等轴的再结晶晶粒.当变形温度大于1223K时，晶粒开始出现明显的长大现象.利用Arrhenius模型及Avrami方程，建立了CoCrFeNi高熵合金的再结晶动力学模型，对应的再结晶激活能为526.078kJ·mol^-1.     

铸轧AZ31镁合金的高温拉伸性能

研究了铸轧AZ31镁合金的高温拉伸性能和变形机制.在300～450℃条件下,分别以恒定拉伸速率10^-3s^-1和10^-2 s^-1进行拉伸至失效试验,在真实应变率为2×10^-4～2×10^-2 s^-1的范围内进行变应变率拉伸试验.当拉伸速率为10^-2s^-1时,试样在400℃和450℃的延伸率均超过100%;当拉伸速率为10^-3 s^-1时,试样在400℃和450℃的延伸率均超过200%,该条件下的应力指数n≈3,蠕变激活能Q=148.77 kJ·mol^-1,变形机制为溶质牵制位错蠕变和晶界滑移的协调机制.通过光学金相显微镜和扫描电子显微镜观察显示试样断口处存在由于发生动态再结晶和晶粒长大而形成的粗大晶粒,断裂形式为空洞长大并连接导致的韧性断裂.     

薄带连铸因瓦合金的组织、织构及力学性能研究

将薄带连铸技术引入因瓦合金的制备流程，利用金相显微镜、XRD、EBSD、微观硬度计、拉伸实验机等设备，围绕薄带连铸因瓦合金的组织织构演化及力学性能开展研究.结果表明:在钢液过热度较高的条件下，因瓦合金凝固组织以粗大的柱状奥氏体晶粒为主，织构为强烈的λ纤维织构(<100>//ND).冷轧过程中形成大量的变形亚结构，使硬度(HV)由铸态的165提高至230~240，冷轧织构以典型的铜型织构(112<111>)及S型织构(123<634>)为主.0.7mm厚冷轧板经900℃退火10min，形成包含大量退火孪晶的再结晶组织，织构较漫散，其屈服强度、抗拉强度和断后延伸率分别达293MPa，433MPa和33.4%，与传统流程制备的0.7mm厚因瓦合金的性能相当.     

TC6钛合金剪切带临界应变及其扩展速度的实验测定

采用分离式霍普金森压杆技术和一种新型限位试验方法对TC6钛合金进行了动态压缩试验,使用光学显微镜、扫描电子显微镜分析了TC6钛合金变形到不同应变量时所产生绝热剪切带的微观形貌,通过与宏观力学响应相对应,研究了TC6钛合金圆柱试样中绝热剪切带刚萌生时对应的临界应变及绝热剪切带的扩展速率.结果表明:在高应变率下,材料绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程;在应变率为2.5×10~3s~(-1)时,TC6钛合金动态压缩时绝热剪切带萌生时对应的临界应变为0.126 9,其扩展速率大约为87 m/s.     

不同加载应变率下钨合金变形及破坏机理研究

采用准静态压缩、霍普金森动态压缩以及爆炸加载3种不同加载方式,研究了钨质量分数为97.5%的高钨合金在不同加载应变率条件下的变形以及破坏机理.试验结果表明:钨合金在应变率为10-4s-1准静态加载条件下,大量钨颗粒在与轴向呈45°方向发生拉伸塑性变形并在径向发生解理断裂;在应变率为103s-1量级的动态压缩条件下,钨合金在与加载应力呈45°方向发生了局部剪切,径向外表面发生钨-钨断裂以及钨颗粒解理断裂;爆炸加载应变率达到105～106s-1的条件下,钨合金内部产生大量钨颗粒碎块,且在个别钨颗粒内产生条状花样,同时钨颗粒内部产生大量形变孪晶作为裂纹萌生源,增加了钨合金内钨颗粒解理断裂.钨合金在高应变率加载条件下为纯脆性断裂.     

高锰TWIP钢热变形行为及应变补偿型本构方程的建立

对高锰TWIP钢进行不同温度(850~1100℃)和应变速率(0.01,0.1,1,5,10s^-1)的绝热压缩试验,研究试验钢高温热变形行为. 分析了变形温度和应变速率对流动特性的影响,建立了应变补偿型本构方程,并采用三种标准统计参数对应变补偿型本构方程的精确度进行了评估. 结果表明:流动应力对变形温度和应变速率的敏感程度很高,且随着变形温度的提高或应变速率的降低,流动应力呈下降趋势;应变速率对动态再结晶过程有着很复杂的影响;流动应力预测值与试验值具有较高的吻合度,表明建立的应变补偿型本构方程能够精确预测流动应力.     

打击气压对激光快速成形TC4合金剪切带形成及发展的影响

采用分离式霍普金森杆系统,对激光快速成形TC4合金帽型试样进行不同打击气压下的动态压缩试验.采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析手段,研究了打击气压对其剪切带形成及发展的影响.结果表明,打击气压对激光快速成形TC4合金中所产生剪切带的形成及发展有较大的影响,随着打击气压的增大,剪切带宽度增大,且剪切带内的沿剪切方向的流线逐渐减弱;各种打击气压下,剪切带内均由细小晶粒组成,当打击气压为0.065 MPa时,剪切带内无动态再结晶晶粒,而其它气压下,剪切带内均出现了动态再结晶晶粒,且随打击气压的增大,再结晶晶粒比例增多,至气压为0.100 MPa时,剪切带内几乎由细小再结晶晶粒构成,计算显示,随打击气压的增大,剪切带内的绝热温升也随之增加.     

硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型

研究了典型超弹性材料硅橡胶压缩力学性能及率相关本构模型.采用Instron万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置对硅橡胶进行了准静态和动态压缩测试,基于测试结果分析了硅橡胶材料在0.001、0.01、0.1、1 750、2 300和3 000 s^-1应变率下的力学行为.测试结果表明,硅橡胶在静态载荷下有显著的超弹性特性,动态载荷下表现出明显的应变率效应,弹性模量与应变率比值对数之间存在非线性关系;据此,建立了率相关本构方程来描述硅橡胶在静、动态压缩载荷下的力学行为,与现有模型相比,所建立的本构方程参数仅有5个,在试验应变范围内应力最大误差保持在15%以内,与试验结果有良好一致性.     

应变速率对Fe-11Mn-2Al-0.2C中锰钢变形行为的影响

对Fe-11Mn-2Al-0.2C中锰钢进行不同应变速率(2×10^-4~200s^-1)下的拉伸试验,探讨其力学性能和变形机制.结果表明:随应变速率的增加,抗拉强度由1456MPa逐渐降低到1086MPa;在应变速率为2×10^-4~20s^-1时,总伸长率由48.2%降低到38.2%;在应变速率为20~200s^-1时,由38.2%上升至44.0%.随应变速率的增加,试样的显微组织被拉长、扭曲、切断;韧窝形态由深的等轴韧窝向浅的卵形韧窝转变;试样受力由正应力为主导逐渐转变为剪切应力为主导.变形机制与应变速率有关,低应变速率(2×10^-4~2×10^-3s^-1)下TRIP效应明显;中应变速率(2×10^-2~2s^-1)下TRIP效应受到抑制,出现TWIP效应;高应变速率(2~200s^-1)下TRIP和TWIP效应都增强.     

Fe-11Mn-4Al-0.2C中锰钢动态变形行为及其本构模型

基于准静态和动态拉伸实验，建立Fe-11Mn-4Al-0.2C中锰钢在2×10^-3~200s^-1应变速率下变形行为的Johnson-Cook(J-C)本构模型.结果表明，应变速率对弹性变形阶段无影响.在塑性变形初期，实验钢强度随应变速率增加而增加，在塑性变形中后期，实验钢强度随应变速率增加而减少.实验钢应变速率敏感性(SRS)指数m随着应变的增加，由0.013逐渐转变为-0.018.基于实验数据建立J-C本构模型，拟合效果不佳，存在5.1%的相对误差;通过改变应变速率强化系数，提出修正J-C模型，模型具有更好的拟合效果，表现出更小的相对误差，约为1.6%.     

锻造方式对ZK21镁合金显微组织和力学性能的影响

采用空气锤对ZK21合金进行高应变速率锻造成形,对比研究单向、双向和三向锻造合金的显微组织和力学性能。研究结果表明:锻造成形时通过改变载荷方向可以提高合金所能承受的累积应变,从而获得良好的晶粒细化效果和优异的综合力学性能。双向锻造时,再结晶机制主要为孪生诱发动态再结晶,合金最终锻造组织为平均晶粒粒径约为0.3μm的超细晶粒组织;而三向锻造时,再结晶机制主要为旋转动态再结晶和孪生诱发动态再结晶,合金最终锻造组织为平均晶粒粒径为15μm的蜂窝状粗大再结晶组织和平均晶粒粒径约为0.3μm的岛状细小再结晶组织。累积应变为2.64时,双向锻造合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为355.7 MPa,295 MPa和16.6%,三向铸造合金的抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为341.6 MPa,270.7 MPa和25.1%。     

等温处理对新型高强钢力学性能和绝热剪切行为的影响

为了使新型高强钢更好地在冲击领域得到应用,采用等温盐浴方法对新型高强度钢进行热处理.通过OM、SEM、TEM对材料的微观组织进行观察,采用万能试验机对材料进行准静态拉伸力学性能测试,通过分离式霍普金森压杆（SHPB）对材料进行动态性能测试并捕捉临界应变率下萌生发展的绝热剪切带形貌.研究结果表明:随着等温温度的升高,对应材料的主要组织由马氏体+下贝氏体,马氏体+下贝氏体+上贝氏体变化为马氏体+上贝氏体,材料的屈服强度和塑性逐渐降低.330℃等温处理的材料绝热剪切带萌生的临界应变率为3种等温处理材料中最低,上贝氏体组织的出现使材料对绝热剪切变形的敏感性降低.      

纯镍与GH3625合金热压缩行为研究及本构解析

利用Gleeble-3500热模拟试验机对铸态纯镍及GH3625合金在变形温度900~1 200 ℃、应变速率0.1~10 s^－1、应变量60%条件下,进行了热压缩实验.研究分析了纯镍以及GH3625合金的热塑性变形规律,并构建了本构方程,绘制了2种材料不同变形参数下的热加工图,分析了热加工图稳定与失稳区所对应的组织特征.研究发现纯镍在热压缩变形时,失稳区组织出现晶粒层级分化现象.通过对热加工图分析研究,确定纯镍最优热变形温度为1 050 ℃,最优应变速率为0.1 s^－1;GH3625合金最优变形温度为1 170 ℃,最优应变速率为0.1 s^－1.     

压缩载荷下6005A铝合金力学性能的研究

利用电子万能实验机和Hopkinson压杆实验装置对高速动车组使用的铝合金材料分别进行了准静态和不同应变率下的动态压缩实验,得到了相应的应力.应变曲线.实验结果表明,在不同应变率下,整个应力-应变曲线无明显的屈服现象,也无明显的屈服极限;该铝合金材料的屈服极限、瞬时流动应力均随着应变率的增大而增大,但在应变率较低时,两者增大的幅度并不显著,在应变率较高时,两者才随着应变率的增大而急剧增大;在动态加载条件下,该铝合金材料的变形表现出非线性特征.     

一种反应材料制备及准静态力学特性研究

采用热压烧结法制备Zr/W/PTFE反应材料,利用扫描电镜和材料试验机研究其在常态下的微观组织和准静态压缩力学性能;研究结果表明烧结温度过高或过低都会导致Zr/W/PTFE材料密度和强度降低;静态压缩曲线呈现出明显的弹性变形、非弹性变形和应变软化阶段,并具有应变率效应;试件的压缩破坏有劈裂、剪切和劈裂/剪切3种破坏形态. 该材料呈现出黏弹塑性,采用修正的Sargin模型唯象地建立了材料在低应变率范围内的本构模型,模拟结果与实验曲线符合较好.      

考虑位错密度的铝合金动态压缩晶体塑性有限元分析

采用实验与晶体塑性有限元(CPFEM)相结合的方法，对7075-T6铝合金在动态压缩实验中的宏观力学响应及其微观结构的演化进行了分析。通过分离式霍普金森压杆(SHPB)对7075-T6铝合金进行了应变率为2 000 s^-1的动态压缩实验，并使用电子背散射衍射技术(EBSD)对实验前后试件的微观结构进行了表征。修改了传统晶体塑性有限元模型中的强化模型和流动准则，引入位错密度作为内部状态变量，并探究了摩擦系数以及位错增殖系数和位错湮灭系数对试件宏观力学性能的影响。结果表明：位错增殖系数增大会导致材料的硬化行为加剧且极限强度提高，位错湮灭系数增大则会导致材料的极限强度下降，且弱化其硬化行为。通过实验与模拟的结果对比可以看出，晶体塑性有限元模型可以较为准确地预测动态压缩过程中试样内部织构的变化趋势，表现为生成了较多的Brass{110}<112>织构和Goss{110}<001>织构。     

Ti微合金化Q390高强钢热变形行为研究

通过单道次压缩实验,研究了屈服强度390 MPa级Ti微合金化高强钢的热变形行为,并建立了实验钢的变形抗力模型和动态再结晶数学模型.结果表明:随着变形温度的降低,变形抗力逐渐增大;随着应变速率的增大,应力-应变曲线由动态再结晶型转变为动态回复型.Q390钢的动态再结晶激活能为257.142 k J/mol.建立的高精度的数学模型可表征Ti微合金化Q390钢的高温变形行为.与常规成分体系相比,Ti微合金化成分设计的实验钢轧制时所需的轧制力较小,更容易发生动态再结晶,有利于奥氏体晶粒的细化,可有效地提高钢材强韧性.