Page 126 - 机械工程材料2025年第三期

杨哲懿，等：耐磨钢高温压缩变形的本构模型构建及热加工图

320 当真应变为0.3时，材料处于小变形应力状态，几乎
280 不发生失稳。在低温低应变速率条件下功率耗散不
预测真应力/MPa 200 明显，在高温低应变速率的条件下，功率耗散较明
240
显，这是因为温度升高降低了材料再结晶的驱动力，
160
120
使得材料易发生再结晶；在高温高应变速率条件下，
80
材料不容易发生再结晶，但容易发生变形失稳。结
40
40 80 120 160 200 240 280 320 合应力-应变曲线分析可知，在小变形时载荷释放的
试验真应力/MPa ［14］
主要路径是变形而非显微组织演变 。当真应变为
图 7 真应力预测值与试验值的线性拟合
Fig. 7 Linear fitting of predicted and test values of true stress 0.5时，材料处于中等变形的应力状态，失稳区开始
增多，但此时材料并未发生明显的变形失稳。当真
形时所需的能量；J为材料发生显微组织演变所需的
应变大于0.5时，材料处于大变形应力状态，失稳区
能量。
更加明显，说明该条件下不适合进行单道次压缩变
2种能量释放方式均与应力和应变速率有关，因
形，应采取多道次组合来施加载荷。综上可推断出，
此提出了应变速率敏感系数 ［12］ ，用来描述应力和应
在单道次压缩变形时，试验钢合理的变形区间为真
变速率之间的数学关系：
应变不大于0.5、应变速率不大于10 s −1 、变形温度
m
σ ε = K  （6）
900~1 100 ℃。
式中：K为材料变形常数；m为应变速率敏感系数。
式（6）两边取自然对数及偏导数，可得到应变速
率敏感指数表达式：
( σ
∂ ln )
m = （7）
( ∂ ln ) ε 
功率耗散因子定义为耗散协量和材料理想线性
耗散协量的比值，理想耗散状态是当m=1 时的状
态，因此功率耗散因子的表达式为
图 8 试验钢的三维热加工图
J 2m Fig. 8 Three-dimensional hot processing map of test steel
η = = （8）
J max m +1
式中： η 为功率耗散因子；J为耗散协量，J；J max 为理 3 结 论
想线性耗散协量，J。 （1）试验钢的流变应力随着变形温度的升高而
基于应变速率和变形温度对应的功率耗散因子 降低，随着应变速率的增加而升高；随着变形量的增
建立等高线图，即功率耗散图。材料的变形并非是 加，真应力先增加至峰值应力后趋于稳定，但在高温
无止境的，高的功率耗散因子说明材料组织演变剧 （不低于1 100 ℃）和低应变速率（0.1 s ）下真应力
−1
烈，但是若要对材料的加工性能进行评定，则需引入 达到峰值应力后先略微降低后趋于稳定。
失稳判据ξ ［13］ ： （2）通过引入真应变的影响对传统Arrhenius方
 m  程进行改进而建立的本构模型可对试验钢在800~
∂ln  m  −1 应变速率下的高温
ξ =  +1  + m （9） 1 200 ℃变形温度和0.1~10 s
∂ln ε  流变行为进行预测，真应力预测值与试验值的平均
当ξ ≤0时，材料会发生变形失稳。基于失稳判 相对误差约为3.79%。
据建立等高线图，即可得到材料的失稳区间图。将 （3）试验钢在单道次热压缩变形时的合理加工
材料的功率耗散图和失稳区间图进行叠加，即得到 区间为真应变不大于0.5、应变速率不大于10 s −1 、
材料的热加工图；根据变形量的大小将多个热加工 变形温度900~1 100 ℃。
图叠加则可得到材料的多维度热加工图。当真应变
参考文献：
为0.3，0.5，0.7，0.9时，试验钢的三维热加工图如图
8所示，图中灰色区域为失稳区。由图8可以看出， ［1］ 涂咏梅，董浩然. 鞍钢2 150 mm ASP工艺装备特点［J］.

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