Vol.27 No.2 张麦仓等：Q235低碳钢高温变形过程的动态组织演化分析 ·185- 图4(b)对应的试样平均晶粒尺寸约28μm.此外， 引入Zener--Holloman参数Z,式(I)可变形为 应变速率越高，奥氏体动态再结晶晶粒越小（见 如下形式： 图5).这是因为在高速率压缩变形时，奥氏体中 a=a'sinh[(ZA)] (2) 形成了大量的位错和结构缺陷，形变储存能增 式中，Z=eexp(Q/RT.对图1所示数据进行非线 大，为奥氏体再结晶提供了有利的形核位置，提 性回归可得2=352.617 kJ.mol-. 高了形核率，从而达到了细化晶粒的效果.图5 考虑热塑性变形过程应变的影响，n,A可看 (a)对应的试样平均晶粒尺寸约为19μm:图5b) 作等效应变的非线性函数： 对应的试样平均晶粒尺寸约为25.8μm. n4=30.90801+3.15994e-1.48328e2 n=10.93345-22.24643e+19.43820e2 (3) 图6为不同变形温度时Q235低碳钢流变应 力的实测值和计算值的比较.可以看出，二者符 合得比较好 3.2Q235钢的晶粒尺寸演化模型 对于Q235低碳钢，材料变形过程的平均晶粒 尺寸可以用Yada模型表征： (d=Ci&-Cexp(-CQ/RT)(626) d=do (ese) (4) 6=C.exp(C;/T) 式中，d为动态平均晶粒尺寸，d为初始晶粒尺 寸，8为临界应变，2为形变激活能，C,=1,2,…,5, 为待定参数. 对实验数据进行线性回归，可得C=32020, C2=C,=0.20437,C4=7.59×10-,C=7605.2值与式 100(a) 5 图5不同应变速率下Q235钢的奥氏体微观组织（变形温度 畅 1 900℃).(a)20s:(b)5s 0905 Fig.5 Microstructures of Q235 steel at different strain rates:(a)20 国 s;(b)5s 0 0.1 ·实验值 一计算值 3Q235钢的唯像本构关系及组织 0.2 0.4 0.6 0.8 演化模型 真应变 3.1Q235钢的唯像本构关系 100Fb) 对某一特定材料，材料的本构关系综合反映 80 了流动应力对热加工参数及变形机制的动态响 应.具有较高拟合精度的材料本构模型对准确表 征材料的高温变形机制及采用数值模拟方法预 40 。。。。。。。。十0.1 实验值 测材料的变形过程具有重要作用.在应变给定 20 时，一般采用Arrhenius双曲正弦方程描述材料 的唯像本构关系： 0.2 0.4 0.6 08 真应变 E exp (O/RT)=Asinh(ao) (1) 图6不同变形温度下Q235低碳钢流变应力的计算值与实验 式中，卫为变形激活能，R为气体常数，为等效应 值的对比.(a)1100℃；b)1050℃ 变速率，T为变形温度，o为流动应力，n,a及A均为 Fig.6 Predicted and tested values of flow stress of Q235 steel at 材料的特性参数，这里取a为0.012. temperatures:(a)1100℃；(b)1050℃M , 1 . 2 7 N 0 . 2 张麦仓 等 : Q2 35 低碳 钢 高温 变形 过程 的 动态组 织 演化 分析 图 4( b) 对 应 的 试样 平 均 晶粒 尺 寸约 28 林m . 此 外 , 应变 速 率越 高 , 奥 氏 体 动态 再 结 晶 晶粒 越 小 (见 图 5) . 这是 因为在 高 速 率压 缩 变形 时 , 奥 氏体 中 形 成 了 大量 的位错 和结 构 缺 陷 , 形 变储 存 能 增 大 , 为奥 氏体 再 结 晶提 供 了有 利 的形 核 位 置 , 提 高 了形 核 率 , 从而 达 到 了细 化 晶粒 的效 果 . 图 5 a( ) 对 应 的试 样 平均 晶粒 尺 寸约 为 19 脚 ; 图 5伪) 对应 的试 样平 均 晶粒 尺 寸 约 为 25 . 8 脚 . 引入 Z e n e r 一 H o ll o m an 参数 Z , 式 ( l ) 可变 形 为 如下 形 式 : 口= a 一 , s ihn 一 , [(刀月) ” 〕 ( 2 ) 式 中 , Z = 云e xP (口仄乃 , 对 图 1 所 示数 据进 行 非 线 性 回归 可 得 Q 二 3 52 . 6 17 kJ · m o l 一 , . 考 虑 热 塑性 变 形过 程 应变 的影 响 , n , A 可 看 作等 效 应 变 的非线 性 函数 : I n A = 3 0 . 9 0 8 0 1+ 3 . 15 9 9七一 1 . 4 83 2 8扩 n = 10 . 9 33 4 5 一 2 2 . 2 4 6 4 3针19 . 4 3 8 2 0扩 (3 ) 图 6 为不 同 变形 温度 时 Q2 3 5 低 碳 钢流 变 应 力 的实 测值 和 计算 值 的比 较 . 可 以看 出 , 二 者 符 合得 比 较好 . 3 .2 Q 23 5 钢 的 晶粒 尺寸 演 化模 型 对 于 Q2 35 低 碳钢 , 材料 变 形过 程 的平均 晶粒 尺 寸可 以用 aY da 模 型 , ,表 征 : { d = C : 云 一。 e x (P 一 已 口/尺乃 ( 。 七 凡 ) d = d0 ( 。 ` 氏 ) 几 = G xe (P 已 /乃 ( 4 ) 式 中 , d 为 动 态 平 均 晶粒 尺 寸 , d0 为初 始 晶粒 尺 寸 , 民 为临 界应 变 , Q 为形 变 激活 能 , C , 拼1 , 2 , … , 5, 为待 定参 数 . 对 实验 数据 进 行线 性 回 归 , 可得 C 、二 3 2 02 0 , G = 已 = 0 . 2 0 4 3 7 , 已= 7 . 59 x l 0 一 ` , Q = 7 6 0 5 . Q值 与 式 ,“叶 `a) 厂 : 万二二二日 5 曰只侧裤ó层一 图 5 不 同应变速 率下 Q 235 钢 的奥 氏体微观组 织 (变形温 度 9 0 0 ,C ) . ( a ) 2 0 5一 , ; ( b ) 5 , 一 ` iF .g 5 M i e or s t ur e t u 代 5 o f Q 2 3 5 s te l a t d l n陇er n t s t r a i . ar t e s : ( a ) 2 0 s 一 , ; ( b ) 5 5 一 , . 卜亏汁宁汁洲 0 乏之 . 实验值… 计算值 0 . 4 真应变 0 6 0名 、一山, 产一róU 、àù,上 住105.10 3 Q 23 5 钢 的唯 像 本构 关 系 及 组 织 演 化模 型 .3 1 Q23 5 钢 的 唯像 本构 关系 对 某 一特 定材 料 , 材 料 的本 构 关系 综合 反 映 了流 动 应 力 对 热加 工 参 数 及 变 形机 制 的动 态 响 应 . 具有 较 高拟合 精度 的材料 本构 模 型对 准确 表 征材 料 的高 温 变 形机 制 及 采 用 数值 模 拟 方 法 预 测材 料 的变 形 过程 具 有 重 要 作 用 . 在 应 变 给 定 时 , 一 般采 用 A r h e in us 双 曲正弦 方程 `8] 描述 材 料 的唯 像 本构 关 系 : 宕e x P (C限 乃 = A s ihn ( a o) n ( l ) 式 中 , Q 为变 形激 活 能 , R 为气 体 常数 , 宕为 等效 应 变速 率 , T 为变形 温度 , 。 为流动 应 力 , n , a 及 A均 为 材 料 的特 性参 数 , 这 里 取 a 为 .0 0 12 . 兴 … 片 . 实 计 验 算 值 值… 0 4 真应变 0 . 6 0 8 一.、气孟 `尸、一八“ 俪e 卜仁门赚谱陌 080642 0 。 目侧斌ó芝ù只 图 6 不 同变形 温度 下 Q 2 3 5 低碳钢 流 变应 力的计 算值 与实验 值 的对 比 . ( a ) 1 10 ℃ ; 伪) 1 0 50 ℃ F i g . 6 P er d i e t e d a o d est tde v a l u es o f fl o w s t比 , , o f Q2 3 5 s et e l a t et m p e ar t u 比 s: ( a ) 1 10 ℃ ; ( b ) 1 05 0 ℃