[發明專利]一種預測時變工況下高合金化材料動態再結晶分數的方法

有效

• 申請號: 201610522942.5
• 申請日: 2016-07-06
• 公開（公告）號: CN106053754B
• 公開（公告）日: 2017-11-14
• 發明（設計）人: 陳明松;藺永誠;李闊闊
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01N33/20
• 分類號: G01N33/20;G01N25/00
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• 代理人: 暫無信息

技術領域：

本發明屬于鍛造技術領域，涉及一種預測時變工況下高合金化材料動態再結晶分數的方法。

背景技術：

高合金化金屬，如鎳基高溫合金、鐵基高溫合金，由于其在較高溫度下仍具有高的強度、良好的抗疲勞、抗蠕變、抗氧化、耐腐蝕性能，被廣泛用于制造各種形狀復雜、性能要求特別高的航空、航天、船舶、電力等領域的關鍵零部件。

對于鎳基高溫合金和鐵基高溫合金等高合金化材料，其在高溫變形過程中流變應力除了受到動態回復、動態再結晶等機制影響之外，還存在著固溶原子含量變化造成固溶強化效應的增強或減弱作用，以及復雜第二相析出與溶解造成的第二相強化效益的增或減弱作用。因而，材料在熱變形過程中動態再結晶分數難以通過流變應力曲線軟化效應反求獲得，從而導致其動態再結晶動力學模型難以建立。因此，迫切需要提出一種簡單可行的高合金化材料動態再結晶動力學模型的建立方法。

此外，由于現有動態再結晶動力學模型存在的最大弊端是其只能用于預測恒溫恒應變速率條件下的動態再結晶分數，對于非恒溫恒應變速率工況下，只能取其變形溫度和應變速率的平均值用于計算，極大地影響了其預測精度。因此，十分有必要提出一種能預測材料經歷任意變形歷史后(包括恒溫恒應變速率和非恒溫恒應變速率條件)動態再結晶分數的方法。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種預測時變工況下高合金化材料動態再結晶分數的方法，該方法可以利用恒溫恒應變速率的熱壓縮模擬實驗、金相實驗和數值模擬實驗，建立改進型的高合金化材料動態再結晶動力學模型；使其能用于預測材料經歷任意變形歷史后動態再結晶分數，以解決現有模型難以預測非恒溫恒應變速率工況下材料動態再結晶行為的難題。

本發明解決上述難題的方案是：

步驟1：通過恒溫恒應變速率的熱壓縮模擬實驗，獲取不同變形條件下高合金化材料的真應力-真應變曲線和保留變形組織的熱模擬試樣；

步驟2：通過金相實驗獲取熱壓縮模擬變形后試樣中心區域的金相照片；

步驟3：采用Photoshop軟件的魔法功能統計出金相照片中再結晶區域面積占總面積的比例，獲得不同變形條件下熱模擬試樣中心區域的再結晶分數；

步驟4：采用有限元模擬方法獲取熱模擬試樣中心區域的等效應變值和平均應變速率值；

步驟5：利用獲得變形條件與再結晶分數數據點集，采用最小二乘法，回歸出傳統的動態再結晶動力學模型參數，所述的傳統的動態再結晶動力學模型為：

其中，X_drx為動態再結晶分數，ε為應變，T為變形溫度(單位為K)，為應變速率(單位為s^-1)，ε_c為動態再結晶臨界應變，ε_0.5為動態再結晶發生50％時的應變，a₁、a₂、m₁、n_d和Q₁為材料參數；

步驟6：在步驟5所述的傳統的動態再結晶動力學模型基礎上，建立改進型動態再結晶動力學模型為：

其中，ε_w為考慮變形歷史的影響而引入的參數，為考慮當前工藝參數的影響而引入的參數，材料參數a₁、a₂、m₁、n_d和Q₁的值與步驟5所述的傳統的動態再結晶模型中的參數值相同。

附圖說明：

圖1GH4169合金試樣原始晶粒組織；

圖2熱模擬實驗獲得流變應力曲線:(a)T＝980℃；(b)

圖3采用photoshop軟件統計再結晶分數的示意圖：(a)原始金相圖片；(b)魔法工具選中后；

圖4熱模擬實驗有限元仿真模型；

圖5熱模擬實驗后試樣的等效應變分布圖；

圖6恒應變速率條件下的預測結果與實驗結果比較；

圖7變應變速率條件下的預測結果與實驗結果比較。

具體實施方式：

下面結合附圖和具體實施方式對本發明進行詳細說明。

本發明一種預測時變工況下高合金化材料動態再結晶分數的方法，下面以預測典型的高合金化材料GH4169合金(其初始組織如圖1所示)動態再結晶分數為例，詳細介紹本發明涉及的預測方法的具體實施細節，其方法包括：