Aermet100钢的高温变形本构关系与微观组织演变

1、 10 和 50 s － 1 时的 径为 11. 19 μm；应变速率为 0. 1 、 变形组织为动态回复组织。
－1 变形温度为 1000 ℃ 、 应变速率为 0. 01 s 时的 变形组织见图 3 （ b ） ， 晶粒多为不规则的锯齿形状。
因为应变速率较小， 动态回复时由多边形化和位错胞 壁规整化形成的亚晶， 有充分的时间在相邻晶粒间储 存能差的驱动下， 通过原子扩散由储存能较小的晶粒 边界向储存能较大的晶粒边界凸出并长大 ， 发生动态 再结晶。再结晶晶粒在长大过程中继续变形 ， 储存能 增加， 直到相邻晶粒间储存能差较小不能提供足够的 驱动力时晶粒停止长大。 应变速率与可动位错密度及变形温度的关系可 ［ 12 ］ 表示为 ： = ρ m Aexp（ － ΔG ） ε kT （9）
－1 温度 800 ～ 1200 ℃ 和应变速率 0. 01 ～ 50 s 的条件 下均压缩 60% ， 试样变形后空冷。 采用线切割方法
2
2. 1
结果分析与讨论
高温变形本构方程 压缩实验得到的 Aermet100 钢的流动应力曲线 如图 1 所示。
图1 Fig. 1
Aermet100 钢在不同变形条件下的流动应力曲线
（3） （4） （5）
： （1）
Q 1 （ ） R T
Q 为变形激活能（ J / mol） ， R 为摩尔气体常数， T 其中，
（6）
： （2）
－1
n Z = A［ sinh（ aσ p ） ］
（7）
A 为结构因子（ s ） ， n 为应力指数， a 为应力水 其中， 平参数（ MPa
－1
）， σ p 为峰值应力。
［ 9］ 道还比较少 。本文用 Aermet100 钢在变形温度 800 ～ 1200 ℃ 和应变速率 0. 01 ～ 50 s － 1 下的压缩实验， 研
0511 ； 收稿日期： 2009基金项目： 作者简介：
1028 修订日期： 2009-
究了其高温变形本构方程与微观组织演变规律 ， 从而 为合理控制 Aermet100 钢锻件的组织状态， 消除原材 料和成形缺陷， 合理安排后续热处理工艺， 提高其综 合力学性能提供参考。
［ 11 ］ ［ 10 ］
Q n = A［ sinh（ aσ p ） ］ exp（ － ） ε RT = lnA + n［ lnε ln sinh（ aσ p ） ］－ ） = n［ ln sinh（ aσ p ） ］－ （ lnε 当温度为常数时由式（ 5 ） 可得： 1 ln sinh（ aσ p ） ］ ［ = ） n （ lnε T 当应变速率为常数时， 由式（ 5 ） 可得 Q = Rn ln sinh（ aσ p ） ］ ［ 1 （ ） T ε Q RT
Abstract： Hightemperature deformation constitutive relationship and microstructure evolution in Aermet100 steel were investigated with compression tests at deformation temperatures of 800 ～ 1200 ℃ and strain rates of 0. 01 ～ 50 s － 1 on a Gleeble3800 thermomechanical simulator. Results show that increasing strain rate and decreasing deformation temperature can make the flow stress increase，hamper the occurrence of dynamic recrystallization，and promote the occurrence of work hardening and dynamic recovery in deformation metals. The change law of microstructure and stressstrain curves was investigated using dislocation theory，and reasonable explanation of it was made. The deformation activation energy of Aermet100 steel under the deformation conditions of the compression tests was determined as Q = 489. 10 kJ / mol. The constitutive relationship between peak stress， strain rate and deformation temperature was established by means of the conventional sinh model. Key words：Aermet100 steel； constitutive relationship； microstructure； activation energy
Flow stress curves for Aermet100 steel under different deformation conditions
（ a） 800 ℃ ； （ b） 900 ℃ ； （ c） 1000 ℃ ； （ d） 1100 ℃ ； （ e） 1150 ℃ ； （ f） 1200 ℃
A 是材料常数， 其中， ρ m 是可动位错密度， ΔG 是变形 ， k 。 = f ， f 激活能 是玻耳兹曼常数 ρ m ρ 约为 0. 1 ， ρ是 位错密度。 Petch 公式为 流动应力和位错密度的 Hall［ 12 ］
第 31 卷 2010年
第3 期 3月
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百度文库
报
Vol . 3 1 March
No . 3 2010
TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT
Aermet100 钢的高温变形本构关系与微观组织演变
1， 3 1 1 2 冀国良 ， 李付国 ， 李庆华 ， 李惠曲 ， 李
航空基础科学基金项目 （ 03H53048 ） 冀国良（ 1968 —） ， 男， 博士研究生， 主要研究方向为金属
Email：jichenmiao@ 126. com。 塑性成形机理与数值模拟，
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实验材料及方法
将试样沿轴线剖开， 观察其纵剖面的显微组织， 显示 高温变形时奥氏体晶粒的腐蚀剂为饱和苦味酸洗洁 剂水溶液， 其体积比为 4∶ 1∶ 2 。
塑性变形可以消除铸态组织、 减小偏析、 改善夹 杂物的大小、 形状和分布； 可以通过回复和再结晶改 变晶粒大小， 获得细晶组织； 可以通过应变诱发相变 从而控制相变产物的性 改变相变发生的热力学条件， 质和数量。因此， 通过控制塑性变形改善材料微观组 ［ 13］ 。 织是提高其力学性能的有效方法之一 Aermet100 钢是美国 SRG （ Steel Research Group ） 在二次硬化钢物理冶金学的研究基础上开发的二次 硬化型超高强度钢， 广泛应用于制造航空、 航天工业
关系与微观组织演变进行了研究 。结果表明， 增加应变速率和降低变形温度都能提高材料的流动应力， 延迟动态再结晶发生， 使 变形材料表现出加工硬化和动态回复 。运用位错理论研究了微观组织和流动应力曲线的变化规律并做出了合理的解释 。 在压 变形温度和应变速率之间的双曲正弦模型的本构关系 。 缩实验的变形条件下变形激活能为 489. 10 kJ / mol。确定了峰值应力、 关键词：Aermet100 钢； 中图分类号： TG146. 1 ； 本构关系； TG113. 2 微观组织； 变形激活能 6264 （ 2010 ） 03008306 文章编号： 1009文献标志码： A
、 a、 n、 Q 四个未知参数， T 和 σp 式（ 4 ） 含 A、 用ε 三组数 据 进 行 回 归 不 能 直 接 将 未 知 参 数 求 出。 式
由式（ 1 ） 和式（ 2 ） 可得
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冀国良等：Aermet100 钢的高温变形本构关系与微观组织演变
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（ 4 ） 的回归误差平方和是 a 的连续函数， 因此， 根据 经验确定 a 的大致范围， 并在这一范围内使式 （ 4 ） 的 同时可求得其它 回归误差平方和为最小可求得 a 值， n、 Q。 由 实 验 数 据 计 算 确 定， a= 三个未知 参 数 A、 0. 0062 MPa － 1 ， A = 2. 74 × 10 20 s － 1 ， n = 7. 34 ， Q = 489. 10 （ kJ / mol） 。当变形温度为不同的特定值时， ln sinh （ aσ p ） 与 lnε 成线性关系， 见图 2 （ a） ；当应变速率 ln sinh（ aσ p ） 与 1 / T 成线性关系， 为不同的特定值时， 、 Aermet100 钢的 ε T 与 σ p 之间的 见图 2 （ b） 。因此， 高温变形本构关系为： 7. 34 = 2. 74 × 10 20［ sinh（ 0. 0062 × σ p ） ］ ε × exp（ － 489. 10 × 10 3 ） RT （8）
实验材料是 Aermet100 高镍钴二次硬化型超高 0. 23 C11. 73 其名义化学成分 （ wt% ） 为 Fe强度钢， Ni13. 85 Co3. 13 Cr1. 25Mo。 实 验 采 用 规 格 为 8 mm × 12 mm 的圆柱试样。为了减小试样端面摩擦对 变形不均匀的影响， 采用石墨片润滑剂进行端面润 。 Gleeble3800 热模拟试验机， 将试样在变形 滑 利用
（ 1. School of Materials Science and Engineering，Northwestern Polytechnical University，Xi'an 710072 ，China； 2. Beijing Institute of Aeronautical Materials，Beijing 100095 ，China； 3. School of Materials Science and Engineering，Henan Polytechnic University，Jiaozuo 454000 ，China）
志
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（ 1. 西北工业大学材料科学与工程学院 ，陕西 西安 710072 ； 2. 北京航空材料研究院，北京 100095 ； 3. 河南理工大学材料学院，河南 焦作 454000 ）
摘
－1 3800 热模拟试验机对 Aermet100 钢的高温变形本构 要： 在变形温度 800 ～ 1200 ℃ 和应变速率 0. 01 ～ 50 s 下， 利用 Gleeble-
Hightemperature deformation constitutive relationship and microstructure evolution in Aermet100 steel
3 JI Guoliang1， ， LI Fuguo1 ， LI Qinghua1 ， LI Huiqu2 ， LI Zhi2
和军事装备中火箭发动机外壳、 防弹钢板等重要构 件。提高 Aermet100 钢的抗拉强度、 韧性等综合力学 性能一直是材料加工领域的一个重要研究方向
［ 4］
。
二次硬化型超高强度钢的强韧化主要是通过精 炼脱氧凝固热变形固溶和回火处理等热加工工艺 达到的。Aermet100 钢在冶炼、 热处理方面有一些研 ［ 58］ ， 究报道 但 Aermet100 钢在热变形方面的研究报
增加应变速率和降低变形温度都能提高材料的 流动应力， 延迟动态再结晶发生， 使变形材料表现出 加工硬化和动态回复。 应变速率和变形温度对流动 Hollomon 参数表示为 应力的影响可用 Zener exp（ Q ） Z = ε RT 为绝对温度（ K） 。 Z 参数与流动应力曲线峰值应力的关系可用双 曲正弦函数来表示