一种基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法与流程

本发明涉及金属热加工技术领域，特别是涉及一种基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法。

背景技术：

合金材料的热加工性能会影响加工过程中材料组织和性能的变化，从而影响成品锻件的质量。金属热加工过程中，回复、再结晶与加工硬化同时发生，加工硬化不断被回复或再结晶所抵消，而使金属保持一种高塑性低变形抗力的软化状态，软化过程按其性质可分为动态回复、动态再结晶、静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶。热塑性变形是在再结晶温度以上进行的塑性变形，其中动态回复和动态再结晶是在热塑性变形过程中发生的，而静态回复、静态再结晶和亚动态再结晶是在热变形的间歇期间或热变形后，利用金属的高温余热进行的。而这些过程与变形温度、应变速率、变形程度以及金属本身的性质，如材料强度、化学成分和塑性等性能指标等因素密切相关，因此热塑性变形时的软化过程比较复杂，仅凭借单一因素是无法准确的描述合金在热加工过程中的性能。

现有的金属材料热加工性能表征方法需通过计算机编程建立金属材料高温流变应力双曲正弦本构模型、热加工耗散效率模型与失稳判据模型共三种模型表征热加工性能，表征过程复杂，不仅需要逐个比较性能优劣，还需考虑不同模型的相互作用对热加工性能的影响，且在材料参数的计算过程中还需要进行迭代累积计算，此时出现的误差会累积影响后续的模型计算，产生更大的累积误差。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法，以解决上述现有技术存在的问题，准确、简便地表征镍基高温合金的热加工性能。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供了一种基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法，包括以下步骤：

(1)制备试样，所述试样的材料为待测金属；

(2)将所述试样进行30分钟的高温处理，所述高温处理的温度为1030℃-1060℃；

(3)对所述试样进行单向压缩试验，获得所述试样的高温流动应力曲线，并记录真应力、真应变数据，所述单向压缩试验的试验条件为10^-1pa的真空度、1000℃的变形温度、0.1/s的应变速率和60％的变形量；

(4)基于所述单向压缩试验测得的真应力、真应变数据建立所述待测金属的动态再结晶体积分数预测模型：

1)根据所述单向压缩试验测得的真应力、真应变数据确定待测金属的峰值应变εp，根据公式(1-1)确定待测金属的动态再结晶临界应变εc，

εc＝0.8εp(1-1)；

2)根据公式(1-2)计算动态回复系数ω，

其中，ε为真应变，当真应变小于动态再结晶临界应变εc时的高温变形为动态回复，通过公式θ＝dσ/dε(σ为所述单向压缩试验测得的真应力、ε为所述单向压缩试验测得的真应变)得到加工硬化速率曲线，通过所述加工硬化速率曲线得到屈服应力σ0，饱和流动应力σsat和稳态流动应力σss；

3)根据公式(1-3)计算待测金属进行动态回复时的流动应力σrec，

4)根据公式(1-4)计算待测金属进行动态再结晶时的流动应力σ，

σ＝σrec-(σsat-σss)xdrx(ε≥εc)(1-4)

5)根据公式(1-5)计算动态再结晶体积分数xdrx，

(5)根据公式(1-6)将再结晶体积分数对变形时间求导，获得动态再结晶速率

式中νdrx为动态再结晶速率；xdrx为动态再结晶体积分数；t为变形时间，ε为真应变；为应变速率；由公式(1-6)计算获得所述待测金属在不同的真应变数值下的动态再结晶速率，然后值得所述待测金属的动态再结晶速率随真应变变化的曲线，至此完成对待测金属材料热加工性能的表征。

优选的，所述试样为圆柱体，所述试样的直径为8mm、高度为12mm；。

优选的，从所述待测金属的棒材中直接切割得到所述试样。

优选的，所述试样为若干个，计算每个所述试样的动态再结晶速率，并得到每个所述试样的动态再结晶速率随真应变变化的曲线。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明的基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法能够准确而简便地表征待测镍基高温合金的热加工性能。本发明的基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法操作简单，仅需建立待测金属的动态再结晶速率模型，就能够准确而简便地表征待测金属的热加工性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法的流程图；

图2为通过本发明基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法测得的镍基高温合金gh4169的动态再结晶速率随真应变变化的曲线。

其中：1-第一试样，2-第二试样，3-第三试样。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法，以解决上述现有技术存在的问题，准确、简便地表征镍基高温合金的热加工性能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图2所示：以镍基高温合金gh4169为例，本实施例基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法包括以下步骤：

(1)制备试样，从镍基高温合金gh4169的棒材中的不同位置直接切割得到三个直径为8mm、高度为12mm的圆柱体的试样，分别为第一试样，第二试样和第三试样；

(2)将所有试样均进行30分钟的高温处理，高温处理的温度为1040℃；

(3)对各个试样进行单向压缩试验，获得各个试样的高温流动应力曲线，并记录真应力、真应变数据，单向压缩试验的试验条件为10^-1pa的真空度、1000℃的变形温度、0.1/s的应变速率和60％的变形量；

(4)基于单向压缩试验测得的真应力、真应变数据建立各个试样的动态再结晶体积分数预测模型：

1)根据单向压缩试验测得的真应力、真应变数据确定待测金属的峰值应变εp，根据公式(1-1)确定各个试样的动态再结晶临界应变εc，

εc＝0.8εp(1-1)；

2)根据公式(1-2)计算各个试样的动态回复系数ω，

其中，ε为真应变，当真应变小于动态再结晶临界应变εc时的高温变形为动态回复，通过公式θ＝dσ/dε(σ为上述单向压缩试验测得的真应力、ε为上述单向压缩试验测得的真应变)得到加工硬化速率曲线，通过加工硬化速率曲线得到屈服应力σ0，饱和流动应力σsat和稳态流动应力σss；

3)根据公式(1-3)计算各个试样进行动态回复时的流动应力σrec，

4)根据公式(1-4)计算各个试样进行动态再结晶时的流动应力σ，

σ＝σrec-(σsat-σss)xdrx(ε≥εc)(1-4)

5)根据公式(1-5)计算各个试样的动态再结晶体积分数xdrx，

(5)根据公式(1-6)将再结晶体积分数对变形时间求导，获得各个试样的动态再结晶速率

式中νdrx为动态再结晶速率；xdrx为动态再结晶体积分数；t为变形时间，ε为真应变；为应变速率；由公式(1-6)计算获得各个试样在不同的真应变数值下的动态再结晶速率，然后值得待测金属中三个试样的动态再结晶速率随真应变变化的曲线，如图2所示，至此完成对待测金属材料热加工性能的表征。

动态再结晶是指金属在热塑性变形过程中，组织通过大角度晶界向高位错密度区域迁移发生形核与长大过程，从而得到新的等轴晶粒，使金属处于高塑性、低变形抗力的软化状态，因为动态再结晶晶粒与同等大小的静态再结晶晶粒相比，具有更高的强度和硬度，对提高合金性能有较大的意义，而动态再结晶速率可以描述金属的动态再结晶晶粒体积分数随时间的变化率，故动态再结晶速率能够准确而简便地表征待测金属的热加工性能。

值得注意的是，使用本发明基于动态再结晶速率的金属热加工性能表征方法时不局限于上述实施例中的对同一金属材料取不同位置的试样进行试验，也可以对多个金属材料共同取样，而每个金属材料均取多个试样进行试验，在本发明的保护范围之内。

在本发明的描述中，需要说明的是，此外，术语“第一”、“笫二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。