一種預(yù)測(cè)鎳基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明屬于鑲基合金加工工程技術(shù)領(lǐng)域，設(shè)及一種預(yù)測(cè)鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài) 回復(fù)行為的方法。
【背景技術(shù)】：
[0002] 在鑲基合金熱加工過(guò)程中，鑲基合金的熱變形過(guò)程通常可W分為彈性變形和塑性 變形兩個(gè)階段。鑲基合金的彈性變形階段通?？蒞通過(guò)胡克定律準(zhǔn)確描述。當(dāng)外加載荷 超過(guò)了鑲基合金的屈服應(yīng)力，在宏觀尺度上表現(xiàn)為鑲基合金的塑性變形開(kāi)始發(fā)生，在微觀 尺度上表現(xiàn)為鑲基合金內(nèi)部的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)過(guò)程。由于位錯(cuò)的產(chǎn)生和增殖導(dǎo)致的加工硬化行 為，進(jìn)一步促進(jìn)了鑲基合金真應(yīng)力的增加；隨著變形程度的增加，空位逐步擴(kuò)散，位錯(cuò)滑移 和攀移引起的位錯(cuò)相消和位錯(cuò)重排的動(dòng)態(tài)回復(fù)過(guò)程開(kāi)始發(fā)生。研究表明鑲基合金的加工硬 化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為極為復(fù)雜，顯著受到變形溫度，應(yīng)變速率和應(yīng)變等熱變形參數(shù)的綜合影 響。加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)作為鑲基合金熱變形過(guò)程中的兩種典型機(jī)制，眾多學(xué)者開(kāi)展了大 量實(shí)驗(yàn)和理論研究工作，發(fā)明了多種預(yù)測(cè)鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的方法。其中， Arrhenius模型、Cingara模型及相關(guān)修正模型能夠準(zhǔn)確描述恒溫恒應(yīng)變速率等理想熱變 形狀態(tài)下的鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為，但難W推廣應(yīng)用到具有時(shí)變變形特征的工 業(yè)實(shí)際熱加工過(guò)程。在文章《Analysis of化6 work-hardening behavior of C-Mn steels deformed under hot-working conditions》（作者；E.S. Puchi-Cabrera，M. H. Staia， J.D.Gu紅in, 2013 (51)《International Journal of Plasticity》）中，作者從宏觀熱變形 參數(shù)的角度提出了一種預(yù)測(cè)時(shí)變變形條件下的C-Mn鋼加工硬化行為的數(shù)學(xué)模型。然而國(guó) 內(nèi)外尚無(wú)見(jiàn)到過(guò)基于鑲基合金熱變形物理機(jī)理，提出能夠預(yù)測(cè)任意變形條件下鑲基合金加 工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的方法。
[0003] 因此，本發(fā)明從鑲基合金熱變形物理機(jī)理出發(fā)，發(fā)明了一種能夠預(yù)測(cè)任意變形條 件下鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的方法，W解決現(xiàn)有預(yù)測(cè)方法應(yīng)用范圍狹窄，難W 實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的弊端。該方法的發(fā)明和推廣應(yīng)用對(duì)合理制定鑲基合金熱加工工藝有重要的 技術(shù)指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種預(yù)測(cè)鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的方法，解決 了現(xiàn)有預(yù)測(cè)方法應(yīng)用范圍狹窄，難W工程推廣的弊端，對(duì)合理制定鑲基合金熱加工工藝有 重要的技術(shù)指導(dǎo)意義。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是；一種預(yù)測(cè)鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài) 回復(fù)行為的方法。該方法的具體步驟為：
[0006] 步驟1 ;在變形溫度為900°C~1100°C和應(yīng)變速率為0. 0005s4~10s的熱變形 條件下，對(duì)初始晶粒尺寸為20 y m~90 y m的鑲基合金進(jìn)行高溫壓縮實(shí)驗(yàn)，獲得鑲基合金的 真應(yīng)力-真應(yīng)變數(shù)據(jù)；
[0007] 步驟2;建立預(yù)測(cè)鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的數(shù)學(xué)模型：
[0008]
[0009] 其中Oy為屈服應(yīng)力，0 i為位錯(cuò)密度引起的應(yīng)力，M為泰勒系數(shù)，a為位錯(cuò)交互 作用常數(shù)，y為材料剪切模量，b為柏氏矢量，R為統(tǒng)一氣體常數(shù)，Pi為位錯(cuò)密度，A為位錯(cuò) 密度演變速率，la日f(shuō)y分別為加工硬化系數(shù)和動(dòng)態(tài)回復(fù)系數(shù)；A y、A,、AY、my、nv、mY、ny、rvrv 9,、9，和9、均為材料參數(shù)；
[0010] 步驟3 ;根據(jù)高溫壓縮實(shí)驗(yàn)的變形條件和鑲基合金的真應(yīng)力-真應(yīng)變數(shù)據(jù)，建立鑲 基合金的屈服應(yīng)力0 y和變溫溫度T、應(yīng)變速率是、初始晶粒尺寸d。之間的關(guān)系，即InCy -In^， In0y-l/T和In。y-lnd。關(guān)系圖，并通過(guò)線性擬合的方法確定材料參數(shù)Ay、niy、riy和Qy的具 體數(shù)值；
[0011] 利用數(shù)值差分原理，將與任意小應(yīng)變?cè)隽緼 e引起的位錯(cuò)密度增量A Pt和應(yīng)力 增量A 0分別表示為
編 寫(xiě)迭代累加算法程序，嵌入數(shù)值模擬軟件，結(jié)合鑲基合金的真應(yīng)力-真應(yīng)變數(shù)據(jù)，進(jìn)行優(yōu)化 求解，確定預(yù)測(cè)鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的數(shù)學(xué)模型中的材料參數(shù)A，、Ay、m，、nv、 n,、Dv、Qw和Q V的具體數(shù)值；
[0012] 步驟4 ;把步驟3確定的材料參數(shù)代入步驟2建立的預(yù)測(cè)鑲基合金加工硬化和動(dòng) 態(tài)回復(fù)行為的數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值差分原理，編寫(xiě)迭代累加算法程序，嵌入數(shù)值模擬軟件， 實(shí)現(xiàn)熱變形參數(shù)及受熱變形參數(shù)影響的材料參數(shù)在任意迭代步的更新，進(jìn)而預(yù)測(cè)任意變形 條件下鑲基合金的加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為，其中熱變形參數(shù)包括變形溫度和應(yīng)變速率， 受熱變形參數(shù)影響的材料參數(shù)包括屈服應(yīng)力0 y，加工硬化系數(shù)k，和動(dòng)態(tài)回復(fù)系數(shù)fy。
[0013] 本發(fā)明通過(guò)鑲基合金高溫壓縮實(shí)驗(yàn)，在位錯(cuò)密度理論模型基礎(chǔ)上，建立了預(yù)測(cè)一 種鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的數(shù)學(xué)模型，充分考慮了實(shí)時(shí)變形條件對(duì)鑲基合金熱 變形行為的影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)變變形條件下鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的快速準(zhǔn)確 預(yù)測(cè)。
[0014] 本發(fā)明的有益效果為：本發(fā)明充分考慮了實(shí)時(shí)變形條件對(duì)鑲基合金熱變形行為的 影響，實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)變變形條件下鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的快速準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，能夠 推廣應(yīng)用到時(shí)變變形的工業(yè)實(shí)際熱加工過(guò)程中，解決了現(xiàn)有預(yù)測(cè)方法應(yīng)用范圍狹窄，難W 實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用的弊端。該方法的發(fā)明和推廣應(yīng)用對(duì)合理制定鑲基合金熱加工工藝有重要意 義。
【附圖說(shuō)明】：
[001引 圖1 In0y與In曰關(guān)系圖
[001引圖2 InOy與1/T關(guān)系圖
[0017] 圖3 Inoy與Ind。關(guān)系圖
[0018] 圖4恒溫恒應(yīng)變速率條件下GH4169合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的預(yù)測(cè)結(jié)果
[0019] 圖5時(shí)變變形條件下GH4169合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的預(yù)測(cè)結(jié)果
【具體實(shí)施方式】：
[0020] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0021] 本發(fā)明是一種預(yù)測(cè)鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的方法，下面WGH4169合 金（典型鑲基合金）的加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的預(yù)測(cè)為例，詳細(xì)介紹本發(fā)明設(shè)及的預(yù)測(cè) 方法的具體實(shí)施細(xì)節(jié)，其方法包括：
[002引步驟1;對(duì)GH4169合金進(jìn)行高溫壓縮實(shí)驗(yàn)，初始晶粒尺寸分別為75 y m、48 y m和 33^111，變形溫度分別為920^、950^、980^、1010^和1040^，應(yīng)變速率分別為0.0013^1、 0. 01s-1、0.1 s-嘴 Is-1，應(yīng)變量為 1. 2。
[0023] 步驟2 ;建立預(yù)測(cè)鑲基合金加工硬化和動(dòng)態(tài)回復(fù)行為的數(shù)學(xué)模型：
[0024]
[00巧]其中Oy為屈服應(yīng)力，0 t為位錯(cuò)密度演變引起的應(yīng)力；R為統(tǒng)一氣體常數(shù) 巧.314Jm〇riri) ;M為泰勒系數(shù)，等于3. 06 ; a為位錯(cuò)交互作用常數(shù)，等于0. 3 ; y為材料 剪切模量，與溫度顯著相關(guān)，與溫度T的關(guān)系可W表示為y = 86. 94-0. 027T;b為柏氏矢量 (2. 54X ; P i為位錯(cuò)密度，初始狀態(tài)位錯(cuò)密度假定為1 X 10 Unr2; A為位錯(cuò)密度演變速 率；k，和fv分別為加工硬化系數(shù)和動(dòng)態(tài)回復(fù)系數(shù)；Ay、A，、Av、my、m，、mv、ny、n，、nv、Qy、Q，和Qv 均為材料參數(shù)；
[0026] 步驟3 ;利用高溫壓縮