确定材料动态再结晶发生时的临 界 条 件,目前采用最广泛的是Sellars模型,即:εc=(0.6~0.85)εp,
但是通过这种方法获得的临界应变只是一个较宽的 范围。Poliak和Jonas提 出 了 基 于 热 力 学 不 可 逆 原理的动力学临界条件,认为临界条件与-θ/σ-σ 曲线上的最小值以及θ-σ 或者lnθ-ε 曲线上的拐点 相对应。θ是材料加工硬化率,且θ=dσ/dε,θ是 表 征流 动 应 力 随 应 变 变 化 快 慢 的 一 个 变 量。Stew- art研究了304不 锈 钢 在 不 同 温 度 和 应 变 速 率 下 的热变形行为,认为加工硬化率的变化对临界应变 和峰值应变有 影 响;Gottstein利 用θ-σ 曲 线 研 究分析了奥氏体钢在800 h内的动态再结晶和相变。用单参数法建立了AZ31镁合金的初始运动。再结晶的临界条件,即临界应变ε c和变形条件
数量关系。
本文通过热压缩试验获得的应力-应变曲线数根据加工硬化率曲线图,采用LNθ-ε曲线图。拐点标准和-(LNθ)/ε-ε曲线上的最小值决定了动态重结晶的临界应变。
实验材料为锻态Inconel 625合金饼料,其化学 成分见表1。将合金在1150 ℃保温8h均匀化处 理后,机加工成8mm×12mm 的圆柱试样,利 用Gleeble-3500热模拟实验机在预设的变形温度和应
变速率下进行恒温、恒应变速率压缩实验。实验温 度 分别为1000,1050,1100,1150,1200℃,应变速 率分别为1,10,50,70,80s-1。升温速率为5℃/s, 到达预设温度后保温3min开始变形。热压缩完成 后立即水冷到室温,以保留变形组织。
应力应变曲线
不同应变速率和变形温度下的Inconel 625合金的真实应力-应变曲线如图1所示。在变形开始时,添加硬化非常明显,随着应变的增加,应力急剧上升到峰值。应力,之后应力随着动态再结晶软化而增加。应变缓慢增加和减少。从图1中可以看出,峰值应力随着变形温度的降低和应变速率的增加而增加,低应变速率赋予动态再结晶晶粒足够的时间形状。
高温会增加晶界扩散速率,从而使动态再更充分的结晶。当变形温度一定,应变速率较低时,如1s-1和10s-1,曲线平滑。当应变率为50 ~80s-1时,曲线波动较大。这是由于大的应变率。,动态再结晶没有足够的时间完全进行,表现出硬度。交替软化。
用加工硬化率分析临界应变
材料的应力应变曲线出现峰值,说明材料受到影响。发生了动态再结晶,但应力-应变曲线不平直。它需要由材料来反映何时材料的变形发生动态再结晶。材料应力-应变曲线获得加工硬化率曲线,通过加工硬化速率θ用于预测动态再结晶的临界应变。Po-Liak和Jonas [12]认为当材料经历动态再结晶时,θ-σ曲线的拐点,即-2θ/σ = 0,可以用偏导数联系起来。推导出如下关系:-(ln θ)/ε = θ/σ,表明不仅θ-σ曲线具有拐点特征,LN θ-ε曲线必然具有拐点特征。这样,根据Inconel 625合金热压缩试验,得到应力-用应变曲线画出LNθ-ε和-(LNθ)/ε-ε的曲线,然后收集。以-2 (ln θ)/ε = 0为判据,可以直接得到相应的动力学。再结晶临界应变ε c。
Inconel 625合金应在1150℃的变形温度下变形速率为70s-1时的应力-应变曲线如图2所示。第一先对曲线进行拟合,得到拟合方程,然后对拟合方程进行求导,得到每个应变片下的斜率,画出LNθ-ε曲线,确定临界条件。
如图2所示拟合应力-应变曲线,以获得拟合方程为:σ=(-0.00608+53.91441ε+77.26013ε2-
803.31544ε3-1396.91155ε4+5917.83324ε5)/(0.00017+0.1819ε-0.59705ε2+1.44481ε3- 8.02842ε4+12.42777ε5+6.09252ε6) (1)根据拟合方程(1)和σ/ε ≈ δ σ/δ ε的关系。
Lnθ-ε曲线,如图3所示。为了确定拐点的位置,拟合曲线,并拟合正方形程为:
lnθ=4.18287-45.23607ε+200.04027ε2-344.24414ε3 (2)
对方程(2)进行求导得到:-(lnθ)/ε=45.23607-400.08054ε+ 1032.73242ε2 (3)
根据方程(3)绘制-(lnθ)/ε-ε 关系曲线,如 图4所示。当-2(lnθ)/ε=0时对应的应变即为 临界应变,εc=0.1937
采用以上相同的方法,绘制其它热变形条件下 的-(lnθ)/ε-ε曲线,如图5和图6所示。可以看 出,所有曲线均具有最小值,最小值处对应的应变即 为动态再结晶的临界应变。
应变速率对合金动态再结晶临界应变的影响规 律如图7所示。由图7可以看出,随应变速率的增,临界应变相应增加[13]。这是因为应变率小。
当变形晶粒中产生的位错有足够的时间迁移合并时。此时,当变形达到一个很小的应变时,就可以产生一个动态,然后结晶。当应变速率增加时,位错没有足够的时间迁移,然后需要更大的变形来增加位错密度,从而增加临界性。
目前广泛使用的是塞拉斯模型,即:ε c = azb (4)。其中:A和B为常数;参数是zzener-hollomom ,z = ε expqRt,其中q是热变形的活化能。(5)为了确定材料的活化能力,首先测试齐纳-霍洛蒙。取参数两边的对数,然后对实验数据进行多元线性回归。返回,即根据Q = rn ln sinh (α σ) ln (1/t [])计算in-conel625合金在高温和高速热变形过程中的热激活能如下442.97千焦/摩尔.根据获得的临界应变值和相应的z值,画出LN ε c与LNZ的关系曲线,如图9所示。可以看出,LN ε c和LNZ之间有很好的线性关系,是线性拟合的。
得到拟合方程:lnεc=0.1426lnZ-7.58765 (6)即临界应变预测模型可以表示为:ε c = 4.41× 10-4z0.143 (7)临界应变ε c和峰值应变ε p的关系曲线如图10所示。如图所示,两者也表现出良好的线性关系,进一步研究它们。线性拟合表明,临界应变与峰值应变之间的关系为ε c = 0.69ε p
Inconel625合金在热变形过程中发 生 动 态 再结晶,动态再结晶的临界应变随应变速率的增大 和变形温度的降低而增加,并且临界应变和峰值应 变之间有一定的关系,即εc=0.6εp。
2)Inconel625合金在高温高速条件下 的 热 变 形,发生动态再结晶时的临界应变的预测模型可以 表示为εc=4.41×10-4Z0.143。
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