D0L:10.13374.issn1001-053x.2013.10.009 第35卷第10期 北京科技大学学报 Vol.35 No.10 2013年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.2013 耦合位错密度的6111铝合金热变形本构模型 傅垒)，王宝雨)凶，林建国1,2)，周请)，马闻宇) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)帝国理工学院机械工程系，伦敦SW72AZ,英国 ☒通信作者，E-mail:bywange@ustb.edu.cm 摘要利用Gleeble-1500热模拟试验机对6111铝合金进行高温拉伸试验，研究了其在变形温度为350、450和550℃ 以及应变速率为0.1、1和10s-1时的热变形行为.6111铝合金的流变应力随温度升高而减小，随应变速率增大而增大， 其热变形从应变硬化阶段过渡到稳态变形阶段.建立了综合考虑应变、温度和应变速率对流变应力的影响以及耦合位错 密度的统一黏塑性本构模型，并通过遗传优化算法求解出本构模型中的材料常数.模型计算得到的真应力·真应变曲线 与试验数据吻合较好. 关键词铝合金；位错：变形：本构模型：遗传算法：高温试验：拉伸试验 分类号TG146.2+1 Constitutive model coupled with dislocation density for hot deforma- tion of 6111 aluminum alloy FU Lei),WANG Bao-yu),LIN Jian-guol2),ZHOU Jing),MA Wen-yul) 1)School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Department of Mechanical Engineering,Imperial College,London SW7 2AZ,UK Corresponding author,E-mail:bywang@ustb.edu.cn ABSTRACT The hot deformation behavior of 6111 aluminum alloy was investigated by high-temperature tensile testing on a Gleeble-1500 thermal-mechanical simulator at deformation temperatures of 350,450,550 C and strain rate of 0.1,1,10 s-1.It is shown that the flow stress of the aluminum alloy decreases when the temperature rises but increases when the strain rate increases,and the hot deformation behavior transfers from a strain-hardening deformation stage to a steady-state deformation stage.A unified viscoplastic constitutive model coupled with dislocation density was established in consideration of the effects of strain,temperature and strain rate on the flow stress.Material constants in the constitutive model were solved through a genetic algorithm.Predicted true stress-true strain curves calculated by this model are in good agreement with experimental data. KEY WORDS aluminum alloys:dislocations;deformation;constitutive models;genetic algorithms;high temperature testing:tensile testing 近年来，铝合金在汽车上的应用受到广泛重 车身板合金中，6111具有最高的强度，但是其在 视，替代普通钢板用作汽车零部件，成为汽车轻量 室温下塑性差，成形比较困难，而热冲压成形工艺 化的有效途径之一四.6000系铝合金具有强度高，耐 可以提高铝合金板的成形性能4.材料的本构模型 腐蚀性好，耐高温性能好等特性②，是汽车车身板 是描述材料在热变形过程中的流变应力与应变、应 及结构用材的常用材料.在已注册的6000系汽车 变速率及温度之间的关系5-可，在热成形过程的数 收稿日期：2013-01-04 基金项目：国家自然科学基金资助项目(50975023)：因家科技重大专项(2009ZX04014-074-02):现代交通金属材料与加工技术北京 实验室经费资助项目第 35 卷 第 10 期 北 京 科 技 大 学 学 报 Vol. 35 No. 10 2013 年 10 月 Journal of University of Science and Technology Beijing Oct. 2013 耦合位错密度的 6111 铝合金热变形本构模型 傅 垒1)，王宝雨1) ，林建国1,2)，周 靖1)，马闻宇1) 1) 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 2) 帝国理工学院机械工程系，伦敦 SW7 2AZ, 英国 通信作者，E-mail: bywang@ustb.edu.cn 摘 要 利用 Gleeble-1500 热模拟试验机对 6111 铝合金进行高温拉伸试验，研究了其在变形温度为 350、450 和 550 ℃ 以及应变速率为 0.1、1 和 10 s−1 时的热变形行为.6111 铝合金的流变应力随温度升高而减小，随应变速率增大而增大， 其热变形从应变硬化阶段过渡到稳态变形阶段. 建立了综合考虑应变、温度和应变速率对流变应力的影响以及耦合位错 密度的统一黏塑性本构模型，并通过遗传优化算法求解出本构模型中的材料常数. 模型计算得到的真应力 - 真应变曲线 与试验数据吻合较好. 关键词 铝合金；位错；变形；本构模型；遗传算法；高温试验；拉伸试验 分类号 TG146.2+1 Constitutive model coupled with dislocation density for hot deforma￾tion of 6111 aluminum alloy FU Lei1) , WANG Bao-yu1) , LIN Jian-guo1,2) , ZHOU Jing1) , MA Wen-yu1) 1) School of Mechanical Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Department of Mechanical Engineering, Imperial College, London SW7 2AZ, UK Corresponding author, E-mail: bywang@ustb.edu.cn ABSTRACT The hot deformation behavior of 6111 aluminum alloy was investigated by high-temperature tensile testing on a Gleeble-1500 thermal-mechanical simulator at deformation temperatures of 350, 450, 550 ℃ and strain rate of 0.1, 1, 10 s−1 . It is shown that the flow stress of the aluminum alloy decreases when the temperature rises but increases when the strain rate increases, and the hot deformation behavior transfers from a strain-hardening deformation stage to a steady-state deformation stage. A unified viscoplastic constitutive model coupled with dislocation density was established in consideration of the effects of strain, temperature and strain rate on the flow stress. Material constants in the constitutive model were solved through a genetic algorithm. Predicted true stress-true strain curves calculated by this model are in good agreement with experimental data. KEY WORDS aluminum alloys; dislocations; deformation; constitutive models; genetic algorithms; high temperature testing; tensile testing 近年来，铝合金在汽车上的应用受到广泛重 视，替代普通钢板用作汽车零部件，成为汽车轻量 化的有效途径之一 [1].6000 系铝合金具有强度高，耐 腐蚀性好，耐高温性能好等特性 [2]，是汽车车身板 及结构用材的常用材料. 在已注册的 6000 系汽车 车身板合金中，6111 具有最高的强度 [3]，但是其在 室温下塑性差，成形比较困难，而热冲压成形工艺 可以提高铝合金板的成形性能 [4] . 材料的本构模型 是描述材料在热变形过程中的流变应力与应变、应 变速率及温度之间的关系 [5−6]，在热成形过程的数 收稿日期：2013-01-04 基金项目：国家自然科学基金资助项目 (50975023)；国家科技重大专项 (2009ZX04014-074-02)；现代交通金属材料与加工技术北京 实验室经费资助项目 DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2013.10.009