颁布功夫：2021-05-18点击：8587
提要: 结合陆续挤压工艺造订 Gleeble －1500 热压缩试验规划 ，测定 H62 黄铜合金流变应力 ，选取 Arrhenius 方程的指数大局描述 H62 黄铜的本构关系 ，绘造 H62 黄铜合金的热加工图 ，预测 H62 黄铜合金在陆续挤压过程中的功率耗散因子 η 和组织的散布 ，以及塑性失稳区的地位 ，确定 H62 黄铜合金的***佳热变形参数为应变速度为 0.01s－ 1 ，温度为 400 ～ 500℃ 。
关键词: 金属资料; 黄铜合金; 陆续挤压; 热加工图; 本构关系; 流变应力
中图分类号: TG146 11; TG113 25 文件标识码: A 文章编号: 1001 －0211( 2010) 02 －0007
金属热变形流变应力是资料在高温下的根基机能之一 ，它不仅受变形温度、变形水平、应变速度和合金化学成分的影响 ，也是变形体内部显微组织演变的综合反映。无论在造订合理的热加工工艺方面 ，还是在以塑性有限元为代表的现代塑性加工力学中 ，其精确的流变应力数值或表白式是提高理论推算精度的关键。为此 ，国内表近些年来在这方面的钻研极度活跃。
然而对于 H62 黄铜合金流变应力的钻研报路甚少。选取 Gleeble － 1500 热仿照机 ，结合陆续挤压工艺 ，造订工艺规划。在变形温度为 100 ～ 800℃ 和应变速度为 0.01 ～ 1s－ 1的变形前提下 ，对 H62 黄铜合金进行了等温热压缩尝试 ，通过对黄铜合金热压缩变形流变应力与变形水平、应变速度以及变形温度之间的关系分析 ，成立本构方程及热加工图 ，为合理造订黄铜合金热变形工艺提供参考 ，以及为有限元数值仿照进一步分析提供正确数据或数学模型。
1.流变应力曲线分析
陆续挤压过程中挤压轮转速通常为 6r/min ～10r / min ，在 1s－ 1数量级上 ，所以结合陆续挤压工艺 ，分析其应变速度为 1s－ 1的流变应力曲线如图 1 所示。
了局批注 ，H62黄铜在400℃ 以上、流变应力出现了波峰 ，而后又呈直线。从图 1 还能够看出 ，峰值应力对应的应变随温度的升高而不休减幼。真应力－ 真应变曲线大体能够分为三个阶段。***阶段变形量较幼时 ，随着应变的逐步增长 ，位错密度也增长 ，位错隐没速度也随之增大。反映在真应力真应变曲线上是随着变形量加大 ，加工硬化速度减弱 ，但是在***阶段总的趋向还是加工硬化超过动态软化 ，因而随着变形量的增长 ，变形应力还是不休增长的。第二阶段当应变量超过肯定值后 ，应力降落 ，批注资料在该温度下已经发生了动态再结晶 ，动态再结晶的发生与发展使更多的位错隐没 ，资料的变形应力很快降落。第三阶段 ，应变达到肯定的时辰 ，应力与应变出现出稳态流变的特点 ，由于流变应力在此前提维持一不变值 ，加工硬化和动态再结晶软化达到平衡［3］。
变形温度维持不变时 ，应变速度越低 ，稳态变形阶段的流变应力也越低。从图 2 能够看出 ，温度和应变速度是影响流变应力的重要成分。在统一温度下 ，资料的应力峰值随应变速度的增大而增大。通常以为 ，较低时资猜中的贮存能较高 ，从而有利于资料在热变形过程中发活泼态再结晶［4］。在较高的应变速度下 ，塑性变形时单元应变的变形功夫缩短 ，能发生涯动的位错的数量增长。同时由于动态回复、动态再结晶等提供的软化过程功夫缩短 ，塑性变形不充分 ，导致流变应力的增大。在统一应变速度下 ，温度越高 ，原子的热激活能的作用越大 ，原子振动加强 ，原子间的临界切应力减弱 ，此表动态回复、动态再结晶引起的软化水平也随着温度的升高而增大 ，从而导致应力峰值的降低［5］ ，并且随着温度升高 ，变形速度越幼 ，动态再结晶的临界应变值 ε 变幼 ，即暗示资料在高温下动态再结晶很快发生［6］。
2.本构方程
H62黄铜合金在变形过程中对变形温度和应变速度都很敏感 ，钻研批注［7］ ，z 与 σ 之间遵从关系式( 1) ，式中: z 为 Zener-Hollomon 参数 ，z = ε′·exp( Q/RT) ; A 和 а 为资料常数或应变的函数; Q 为变形激活能 ，k·J·mol－ 1; σ 为流动应力 ，MPa; ε′为应变速
率 ，s－ 1。式 ( 1) 能够暗示为 z = A′σn 和 z = Aexp( βσ) ，由 Zener-Hollomon 参数的界说 ，ε′可别离暗示为式( 2) ～ 式( 4) 。
z = A1［sinh( аσ) ］n( 1)
ε′ = A1［sinh( аσ) ］nexp( -Q / RT) ( 2)
ε′ = g Ag′σnexp( -Q / RT) ( 3)
ε′ = Aexp( βσ) exp( -Q / RT) ( 4)
在回归 H62 合金本构方程时 ，首先别离以 lnσ和 lnε′及 σ 和 ln( ′为坐标作图 ，再用***幼二乘法线性回归 ，凭据式( 3) 和式( 4) ，别离对两式双方取对数 ，再将 H62 合金的热压缩试验数据代入能够得到lnε′-lnσ 图及 lnε′-σ 图的斜率 ，别离近似暗示 n 和β。再将 а 和 n 的值代入式( 5) ，式( 5) 由式( 2) 双方取对 数 而 得 ，得 到 该 合 金 的变 形 激 活 能 Q =214 644k J / mol ，代入 Zener-Hollomon 参数得式( 6 ) 。再将分歧变形温度下 H62 黄铜合金热变形时的应变速度代入( 6) 式得到分歧的 z 值 ，再与对应的峰值应力一路代入式( 7) 、式( 8) 和式( 9) ，用***幼二乘法线性回归 ，得到 lnz-ln［sinh( аσ) ］关系、lnz-lnσ 关系和 lnz-σ 关系的有关系数别离为 0.98148 ，0.98421和 0.96619 ，另表将所得到的 n 和 β 值与前面所获得的 n 和 β 值相比力 ，了局批注 z 参数的对数和峰值应力关系较好地满足线性关系 ，即 H62 黄铜合金高温变形时的流变应力方程遵从Zener-Hollomon 参数的指数函数大局 ，从而 H62 黄铜合金高温变形时的应变速度 ε′ ，流变应力 σ 和温度 T 之间的关系可用式( 3) 描述［8］ ，则热激活能 Q 由式( 10) 求得。
Q = R{ γln［sinh( аσ) ］/ ( 1 / T) }ε′·{ ln( ′ / ln［sinh( аσ) ］}T( 5)
z = ε′·exp( 214 644 / RT) ( 6)
lnz = ln A′ + nln［sinh( аσ) ］ ( 7)
lnz = ln A′ + nlnσ ( 8)
lnz = ln A′ + βσ ( 9)
Q = ［lnσ / ( 1 / T) ］ε′·［lnε′ / lnσ］T·R( 10)
将求得的 A ，n 和 Q 等资料参数值代入( 3) 式 ，得 H62 黄铜合金热压缩变形时的流变应力方程式( 11) 。
ε′ = e－ 9 7σ7 95exp( － 215517 / RT) ( 11)
3.热加工图理论
动态资料模型以为资料的热变形过程是一个能量耗散系统。表界输入的能量 p( 公式( 12) ) 可分为两部门 ，即耗散量( G) 和耗散协量( J) 。其中耗散量 G 为资料发生塑性变形所耗散的能量 ，绝大部门转化为热能 ，幼部门以晶体缺点的大局贮存 ，而耗散协量 J 为资料在变形过程中发生组织演变所耗散的能量［9］。在肯定的应变和温度前提下 ，这两种能量变动 的 比 值 为 应 变 速 率 敏 感 因 子 m ，见 公 式( 13)［10］。
p = σε′ = G + J = ∫ σ·d( ′ + ( ε′·dσ ( 12)
m = d J / d G = ［( logσ) / ( logε′) ］ε ，T ( 13)
当 m = 1 时 ，资料的热变形过程为梦想线性耗散系统 ，耗散协量 J 取***大值( Jmax= σε′ /2 ) 。功率耗散因子 η( η = J /Jmax) 为资料在变形过程中组织演变所耗散的能量与梦想线性耗散能量的比值［11］ ，表白式为式( 14) 和式( 15) 。
η = ( p-G) / Jmax= 2-2G / ( σε′) ( 14)
G = ∫ σ · dε′ ( ε′ = 0 ～ ε′min) + ( σ·dε′( ε′ =ε′min～ ε′) = ［
σε′ / ( m + 1) ］ε′ = ε′min+ ( σ·dε′( ε′= ε′min～ ε′) ( 15)
通常 物 理 模 拟 实 验 中 应 变 速 率 通 常 ε′ ≥0.001s－ 1 ，因而可取 ε′ = 0001s－ 1。当资料的本构关系满足 σ = Kε′时 ，功率耗散因子 η 可表白为公式( 16) 。功率耗散因子 η 随变形温度和应变速度的变动组成了功率耗散图。由于塑性成形过程中各类危险过程和冶金变动过程都要耗散能量 ，因而借助金相观察和功率耗散图能够分析分歧区域的变形机理［9 － 11］。
η = J / Jmax= 2m / ( m + 1) ( 16)
Prasad 失稳判断准则的描述如式 ( 17 ) 所示。H62 黄铜合金在 5 种温度及 3 种应变速度下 ，真应变为 0.5 时应力值列于表 l。表 l 数据显示 ，选取 3次样条函数拟合流变应力 logσ 与 logε′的函数关系 ，凭据公式( 13) 推算出应变速度敏感指数 m ，再用公式 ( 16) 推算可得出耗散效能因子 η。利用Matlab软件在由 T 和 logε′所组成的平面内绘造出等功率耗散效能因子 η 的概括曲线再依照式( 17) 给出的在加工图中流变失稳的判据尺度 ，能够得出在分歧变形温度下 ξ( ε) 的区域 ，该区域内变形将出现流变失稳［12 － 14］。H62黄铜合金的热加工图见图 3。
ξ( ε′) = log［m / ( m + 1) ］/ ( logε′) + m < 0( 17)
由图 3 能够看出 ，变形温度及应变速度分歧 ，合金的动态能量亏损行为显著分歧。随着变形温度的升高及应变速度的降低 ，η 值显著增长 ，即合金的动态能 量 消 耗 能 力 增 强 ，H62 在 变 形 温 度 400 ～500℃ 、应变速度为 0. 01s－ 1时 ，能量耗散因子达到峰值 ，约为 40% 。在 350 ～ 650℃能量耗散因子出现一个等高平台 ，约为 30% 。凭据曲线观察这个区域可能是发活泼态再结晶的区域 ，此时的动态再结晶软化作用有利于合金的均匀性变形。在这个区域进行热加工 ，可能得到无缺点和优异的力学机能［15］。其典型温度的金相组织如图 4 所示 ，凭据组织观察的了局能够确定出热加工中的齐全再结晶区 400 600℃ 。
图 3 中粗实线为流变失稳图中级数( Level) 为负值的区域 ，为凭据Prasad 失稳准则推算得到的流变失稳区 ，在失稳图中 ，当失稳判据为负数时 ，暗示该区域流变不不变。
倒剽个负的失稳判据绝对值越大时 ，暗示流变不不变的可能性越大。为了安全起见 ，造订热加工工艺时 ，应该预防失稳区域［10］Ｄ芄豢闯 H62 合金在低于 500℃ 应变速度为0.1 ～ 1 区域发生流变失稳 ，凭据组织观察会容易发生晶界开裂［16］ ，造订热加工参数时应预防这些加工前提 ，由 H62 的热加工图可知 ，H62 合金在 400 ～500℃ ，应变速度为 0.0 01s－ 1时 ，耗散因子值***大 ，比力合适在此前提下进行热加工。
4.结论
用 Arrhenius 方程的指数 形 式 能较 好 的 描 述H62黄铜合金高温变形时的流变应力行为。用热加工图理论分析资料的高温变形行为能正确直观地反映出资料在分歧变形前提下的组织演变法规。结合曲线、金相组织观察得出 H62***佳热变形参数为应变速度为 0. 01s－ 1 ，变形温度为 400 ～ 500℃。
起源：中国知网 作者：王延辉
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