镍基变形高温合金本构分析研究进展_俞丹.pdf

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1、第４４卷第２期现代冶金Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．２２０１６年４月ＭｏｄｅｒｎＭｅｔａｌｌｕｒｇｙＡｐｒ．２０１６镍基变形高温合金本构分析研究进展俞丹，王莹，陈悦，王珏（南京工程学院材料工程学院，江苏南京２１１１６７）摘要：本构分析是计算镍基变形高温合金热加工外载荷，预测热变形组织的有效方法，为实际生产中加工工艺的制定提供理论参考，同时也可以为有限元法模拟加工过程提供重要数据。综述了镍基变形高温合金本构方程的研究现状，包括目前广泛采用的本构方程的形式及其推导过程，以及在流变应力模型，动态再结晶模型等方面的研究进展。关键词

2、：镍基高温合金；本构方程；流变应力模型；动态再结晶模型中图分类号：ＴＧ１１３．２５变应力关系曲线特征，合理选用经验方程作为材料模型仍然不失为一种有效途径。引言本构分析在镍基高温合金方面的应用十分广采用数学的方法对实验结果进行定量处理，获泛。例如，通过建立模型研究化学成分对镍基合金［４］得精确的数学模型是本构分析的实质，这些数学模形变的影响，或者是采用本构分析方法研究镍基型又叫本构方程，本构方程反映了流动应力、应变、合金再结晶晶粒尺寸与形变参数之间以及峰值应［５］应变速率、变形温度以及变形组织之间的关系。准力，变

3、形温度，应变速率之间的函数关系。还可以［６］确的本构方程是建立具有预测性的材料塑性成型模通过实验直接研究镍基合金的本构特性。除此之型的核心问题。这些模型既包括对流变曲线的描外，还有许多针对镍基高温合金的研究采用了本构［７－１１］述，也包括对组织的描述与预测（例如关于动态再结分析的方法。晶的本构方程），最终目的有两个：一是通过本构方程的计算和外推，建立流变应力与变形参数的关系，１流变曲线的本构分析进而计算出精确的变形抗力；二是通过与变形组织相结合，建立组织演化模型，分析变形组织演化规热变形条件下，流变曲线的形状特

4、征由加工硬律。以上两点都可以通过与计算机有限元技术相结化和动态软化这两种机制的相互作用所决定。大多合提高计算速度和精度，获得直观的可视化结果。数镍基高温合金的流变曲线表现出以下特征：第一研究者们通常通过三种途径来获得材料塑性变阶段加工硬化占主导地位，应力值随应变量的增加形的本构方程：①假设特别的变形机制，用相关的材而线性增加；第二阶段流变应力增大的趋势逐渐减［１］料参数建立与这种机制相对应的方程。②用一标缓，达到峰值应力后又逐渐降低；第三阶段的流变曲量内参来代表塑性变形时由材料内部状态产生的各线则相对平稳。值得

5、注意的是，镍基高温合金的峰向同性变形阻力，从而获得描述大塑性变形的一阶值应力并没有奥氏体不锈钢那么明显，并且其具有［２－３］［７］本构模型。③用实验测量一定应变速率、温度范较低的层错能，ＤＲＸ是其主要的软化机制。围内的流变应力数据，进而根据这些数据建立相应１．１流变应力与变形温度和应变速率的关系的本构方程。虽然人们总是希望选择少数几种类型的本构模型适用于所有的材料和热加工参数范围，大量的本构研究是建立流变应力与变形条件之但事实证明目前还难以做到。因此，根据材料的流间的定量关系，进而预测不同工艺条件下的外载荷。收

6、稿日期：２０１６－０２－２５基金项目：江苏省大学生科技创新项目（２０１５１１２７６０６１ｘ）；南京工程学院大学生科技创新项目（ＢＸ２０１６０２３３）作者简介：俞丹（１９９５—），女，本科生。电话：１８３５１９８８５９７；Ｅ－ｍａｉｌ：１５６３８６３１９３＠ｑｑ．ｃｏｍ２现代冶金第４４卷根据试验数据拟合建立的热变形本构方程是利用刚程正确。塑性有限元方法对金属加工过程进行数值模拟的前不同种类高温合金成分的区别，会从本质上影［４］提条件，可作为热变形工艺参数选择的重要依据，也响本构方程参数的取值。Ｂｉ等在镍基高温合金

7、流可用作耗散结构理论的动力学方程来确定变形稳定变应力模型的研究中指出：合金的化学成分对激活［１２－１４］区。能Ｑ和Ａ的值都有一定的影响，不同的合金元素对许多文章报道了流变应力与变形温度和应变速激活能Ｑ的影响程度不同。因此，为了进一步完善率之间的定量关系，通常采用Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ型本构方镍基高温合金的本构方程，Ｂｉ等建立了如下表达式程，其中Ｓｅｌｌａｒｓ和Ｔｅｇａｒｔ提出的本构模型应用最Ｑ＝Ｑ０＋ΔＱＣｒ＋ΔＱＷ＋［１５－１６］ΔＱ广，其主要包括３种形式：Ｍｏ＋ΔＱＡｌ＋ΔＱＴｉ＋ΔＱＮｂ（４）其中，１）在低应

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）在高应力水平下ΔＱＭｏ＝２５６３８．８ｅｘｐ（０．１２８６００ＣＭｏ）－２５６３８．８；ε＝Ａ２ｅｘｐ（βσ）ｅｘｐ［－Ｑ／（ＲＴ）］，ασ≥０．８（２）ΔＱＡｌ＝１７１８