[发明专利]一种预测时变工况下高合金化材料动态再结晶分数的方法

说明书

技术领域：

本发明属于锻造技术领域，涉及一种预测时变工况下高合金化材料动态再结晶分数的方法。

背景技术：

高合金化金属，如镍基高温合金、铁基高温合金，由于其在较高温度下仍具有高的强度、良好的抗疲劳、抗蠕变、抗氧化、耐腐蚀性能，被广泛用于制造各种形状复杂、性能要求特别高的航空、航天、船舶、电力等领域的关键零部件。

对于镍基高温合金和铁基高温合金等高合金化材料，其在高温变形过程中流变应力除了受到动态回复、动态再结晶等机制影响之外，还存在着固溶原子含量变化造成固溶强化效应的增强或减弱作用，以及复杂第二相析出与溶解造成的第二相强化效益的增或减弱作用。因而，材料在热变形过程中动态再结晶分数难以通过流变应力曲线软化效应反求获得，从而导致其动态再结晶动力学模型难以建立。因此，迫切需要提出一种简单可行的高合金化材料动态再结晶动力学模型的建立方法。

此外，由于现有动态再结晶动力学模型存在的最大弊端是其只能用于预测恒温恒应变速率条件下的动态再结晶分数，对于非恒温恒应变速率工况下，只能取其变形温度和应变速率的平均值用于计算，极大地影响了其预测精度。因此，十分有必要提出一种能预测材料经历任意变形历史后(包括恒温恒应变速率和非恒温恒应变速率条件)动态再结晶分数的方法。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种预测时变工况下高合金化材料动态再结晶分数的方法，该方法可以利用恒温恒应变速率的热压缩模拟实验、金相实验和数值模拟实验，建立改进型的高合金化材料动态再结晶动力学模型；使其能用于预测材料经历任意变形历史后动态再结晶分数，以解决现有模型难以预测非恒温恒应变速率工况下材料动态再结晶行为的难题。

本发明解决上述难题的方案是：

步骤1：通过恒温恒应变速率的热压缩模拟实验，获取不同变形条件下高合金化材料的真应力-真应变曲线和保留变形组织的热模拟试样；

步骤2：通过金相实验获取热压缩模拟变形后试样中心区域的金相照片；

步骤3：采用Photoshop软件的魔法功能统计出金相照片中再结晶区域面积占总面积的比例，获得不同变形条件下热模拟试样中心区域的再结晶分数；

步骤4：采用有限元模拟方法获取热模拟试样中心区域的等效应变值和平均应变速率值；

步骤5：利用获得变形条件与再结晶分数数据点集，采用最小二乘法，回归出传统的动态再结晶动力学模型参数，所述的传统的动态再结晶动力学模型为：

其中，X_drx为动态再结晶分数，ε为应变，T为变形温度(单位为K)，为应变速率(单位为s^-1)，ε_c为动态再结晶临界应变，ε_0.5为动态再结晶发生50％时的应变，a₁、a₂、m₁、n_d和Q₁为材料参数；

步骤6：在步骤5所述的传统的动态再结晶动力学模型基础上，建立改进型动态再结晶动力学模型为：

其中，ε_w为考虑变形历史的影响而引入的参数，为考虑当前工艺参数的影响而引入的参数，材料参数a₁、a₂、m₁、n_d和Q₁的值与步骤5所述的传统的动态再结晶模型中的参数值相同。

附图说明：

图1GH4169合金试样原始晶粒组织；

图2热模拟实验获得流变应力曲线:(a)T＝980℃；(b)

图3采用photoshop软件统计再结晶分数的示意图：(a)原始金相图片；(b)魔法工具选中后；

图4热模拟实验有限元仿真模型；

图5热模拟实验后试样的等效应变分布图；

图6恒应变速率条件下的预测结果与实验结果比较；

图7变应变速率条件下的预测结果与实验结果比较。

具体实施方式：

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种预测时变工况下高合金化材料动态再结晶分数的方法，下面以预测典型的高合金化材料GH4169合金(其初始组织如图1所示)动态再结晶分数为例，详细介绍本发明涉及的预测方法的具体实施细节，其方法包括：