第12期 曹金荣等：T122耐热钢热变形加工图及热成形性 。1205。 am 间放置石墨钽箔进行隔离和润滑，压头移动速度按 L1= 0 ane a.r (3) 指数关系逐渐降低以保证应变速率恒定， L2= 0 试样以10℃·s1加热到1200℃、保温5min,再 ane a.T (4) 以2.5℃s1降至设定的热变形温度、保温30s后 Liapunov判据的物理意义在于：其值愈负变形 愈稳定，出现裂纹的几率愈低：反之，变形不稳定，出 按预先设定的变形温度和应变速率进行压缩变形， 最大真应变为0.7，压缩结束后快速冷却至室温.对 现裂纹的几率愈高.采用与功率耗散效率图同样的 加热和变形后的快冷试样沿压缩轴方向对半剖开， 方法，即可建立变形稳定图（或失稳图） 选择中心区域进行显微组织观察.热压缩应力一应 建立功率耗散效率图和变形稳定图后即可利用 变曲线的有效性按文献[15]进行判定，并按文献 其分析材料的热成形性. [1(中的方法对较低温度和高应变速率的变形温升 2实验材料和方法 进行修正 实验材料取自T122实验钢热锻后的退火棒 3结果与分析 料，化学成分（质量分数%）为：C012,Si0.38 3.1流变曲线 Mn058,P0.007,S0.007,Cr1L.37,Ni0.37, T122钢热压缩的典型真应力真应变曲线如图 Mo0.38,W1.93,Nb0.05,V0.20,Ti0.058 1所示.图1()表明：流变应力随温度的升高而降 B0.0028,Cu086,N0.067,A10037,Fe余量. 低：当温度升高到1100℃以上，且变形量达到临界 热压缩试样尺寸为10mmX15mm.在Gleeble 值后材料发生动态再结晶.从图1(b)可以看出：流 3500热模拟试验机进行等温一恒应变速率压缩，变 变应力随应变速率的下降而降低；当应变速率在 形温度为900~1200℃应变速率取值为0.0L, 0.1s及其以下时，流变应力达到峰值后下降，最 0.L,L,10s1.铂-铑热电偶焊接在试样1/2高度 后降低到稳定阶段，在此阶段发生了完全动态再 外表面以测量和控制温度.为减少试样温度的不均 匀性及与压头之间的摩擦和粘接，在试样与压头之 结晶 300 (a) 200 -900℃ (b) 八10s 250 -950℃ 160 200 1000℃ 120H wnr1s- 150 -1050℃ 1100℃ 0.1s1 100 g4*o258E 0.01s1 50 0 变形温度：1100℃ 应变速率：1s1 00.10.20.30.40.50.60.70.80.9 00i020.30.4050.60.70.80.9 真应变 真应变 图1T122钢的真应厅真应变曲线.（到=1s4(b)1100℃ Fig.I True stress true stain curves of T122 steel:(a)=1s;(b)1 100 C 3.2T122钢加工图及其分析 属在较宽应变速率(0.0001~1000s)和温度范围 确定功率耗散效率因子需要确定材料热变 内(0.5Tm~0.8Tm,Tm为材料的热力学温度熔点， 形的应力应变本构关系.Prasad等1川采用幂指 单位为K)的流变应力的本构关系，而且能保证在整 数关系o=k"(k为常数)并利用式(2)推导出= 个热变形范围内应变速率与应力的连续性，因此采 2m/(m十1).在确定应变速率敏感指数m与e的 用它作为建立加工图的流变应力模型.将双曲线关 关系时，Prasad等1采用三次样条函数拟合no一 系代入式2)得： 曲线.然而，这种方法不但使计算变得十分困难 do(5) 而且存在很大误差.大量的研究表明16网，双曲线 关系=A机sncs小”ex一号更能准确描述金 式中，A、a、n为材料常数，Q为变形激活能，R为 气体常数.L1 = m ln ε · σ, T <0 ( 3) L2 = s lnε · σ, T <0 ( 4) Liapunov 判据的物理意义在于:其值愈负变形 愈稳定, 出现裂纹的几率愈低 ;反之, 变形不稳定, 出 现裂纹的几率愈高.采用与功率耗散效率图同样的 方法, 即可建立变形稳定图(或失稳图) . 建立功率耗散效率图和变形稳定图后即可利用 其分析材料的热成形性. 2 实验材料和方法 实验材料取自 T122 实验钢热锻后的退火棒 料, 化学成分(质量分数, %) 为:C 0.12, Si 0.38, M n 0.58, P 0.007, S 0.007, Cr 11.37, Ni 0.37, M o 0.38, W 1.93, Nb 0.05, V 0.20, Ti 0.058, B 0.002 8, Cu 0.86, N 0.067, Al 0.037, Fe 余量 . 热压缩试样尺寸为 10 mm ×15 mm .在 Gleeble 3500 热模拟试验机进行等温-恒应变速率压缩, 变 形温度为 900 ～ 1 200 ℃, 应变速率取值为 0.01, 0.1, 1, 10 s -1 .铂-铑热电偶焊接在试样 1/2 高度 外表面以测量和控制温度 .为减少试样温度的不均 匀性及与压头之间的摩擦和粘接, 在试样与压头之 间放置石墨钽箔进行隔离和润滑, 压头移动速度按 指数关系逐渐降低以保证应变速率恒定. 试样以10 ℃·s -1加热到 1 200 ℃、保温 5 min, 再 以 2.5 ℃·s -1降至设定的热变形温度 、保温 30 s 后 按预先设定的变形温度和应变速率进行压缩变形, 最大真应变为0.7, 压缩结束后快速冷却至室温 .对 加热和变形后的快冷试样沿压缩轴方向对半剖开, 选择中心区域进行显微组织观察 .热压缩应力-应 变曲线的有效性按文献[ 15] 进行判定, 并按文献 [ 16] 中的方法对较低温度和高应变速率的变形温升 进行修正. 3 结果与分析 3.1 流变曲线 T122 钢热压缩的典型真应力-真应变曲线如图 1 所示 .图 1( a) 表明 :流变应力随温度的升高而降 低 ;当温度升高到 1 100 ℃以上, 且变形量达到临界 值后材料发生动态再结晶.从图 1( b) 可以看出 :流 变应力随应变速率的下降而降低 ;当应变速率在 0.1s -1及其以下时, 流变应力达到峰值后下降, 最 后降低到稳定阶段, 在此阶段发生了完全动态再 结晶. 图 1 T122 钢的真应力-真应变曲线.( a) ε·=1 s -1 ;( b) 1 100 ℃ Fig.1 True stress-true stain curves of T122 steel:( a) ε·=1 s -1 ;(b) 1 100 ℃ 3.2 T122 钢加工图及其分析 确定功率耗散效率因子 ηJ 需要确定材料热变 形的应力-应变本构关系 .Prasad 等 [ 5-11] 采用幂指 数关系 σ=kε ·m ( k 为常数)并利用式( 2) 推导出ηJ = 2m/( m +1) .在确定应变速率敏感指数 m 与ε ·的 关系时, Prasad 等[ 5-11] 采用三次样条函数拟合 ln σ- ln ε ·曲线 .然而, 这种方法不但使计算变得十分困难 而且存在很大误差.大量的研究表明[ 16-18] , 双曲线 关系 ε · =A[ sinh( ασ)] n exp -Q R T 更能准确描述金 属在较宽应变速率( 0.000 1 ～ 1 000 s -1 )和温度范围 内( 0.5 T m ～ 0.8 T m, T m 为材料的热力学温度熔点, 单位为 K)的流变应力的本构关系, 而且能保证在整 个热变形范围内应变速率与应力的连续性, 因此采 用它作为建立加工图的流变应力模型.将双曲线关 系代入式( 2)得: ηJ = 1 σε ·∫ σ 0 A[ sinh( ασ)] n exp - Q R T dσ ( 5) 式中, A 、α、n 为材料常数, Q 为变形激活能, R 为 气体常数. 第 12 期 曹金荣等:T122 耐热钢热变形加工图及热成形性 · 1205 ·