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410不锈钢的热变形行为及热加工图

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《大型铸锻件》

HEAVY CASTINGANDFORGINGNo. 1

January 2021

f材料与热处理

1

410不锈钢的热变形行为及热加工图

刘娟］崔明亮

1高蕾］杨希］陈雷

2金淼

2

（1.中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司

,四川

618000；2,燕山大学

，河北

066004）

摘要

:通过对

410不锈钢进行热压缩试验

,分析了不同变形温度及变形速率对应力应变曲线的影响

，并以

此为基础构建了本构方程及热加工图。发现相同应变速率的真应力应变曲线，温度越大,真应力越小。不同应

变速率的流变曲线

,低应变速率下

，应力达到峰值后

，将出现下降趋势

;而高应变速率下

，应力将一直升高

，直到

达到最大应变量时达到最高。分析热加工图发现在较高的变形温度及较大的应变速率下，材料可加工性能较

好。

关键词

：410钢

;本构方程

;热加工图

中图分类号

:TG316 文献标志码

:B

Thermal Deformation Behavior and Hot Working Drawing of 410 Stainless Steel

Liu Juan,

Cui Mingliang,

Gao Lei,

Yang Xi,

Chen Lei,

Jin Miao

AbstracS

: Based on the thermal compression test of 410 stainless steel, the inOuence of different deformation

temperatura and deformation rate on the stress-strain curve has been analyzed, and the constitutive equation and hot

working diagram have been ccnstructed. Foa the true stress-strain curve with the same strain rate, the laraea the

temperature, the smaller the true stress. Foa the rheological curve of different strain rates, at lowstrain rate, when

the stress reaches the peak velue, there will be a downward trend, while at high strain rate, the stress will continue to

rise until the maximum strain is reached. It has been found that the machinability of the material is bettea at highea

deformation temperature and higher strain rate.

Key words

: 410 steel； constitutive equation； hot working diagram

现今不锈钢的应用十分广泛，有的侧重于应

用其力学性能，如桥梁、高速公路、隧道等,有的侧

重于应用其耐腐蚀性能,如石油、给水、排水处理

装置及船底材料等⑴（其中,在石油行业中,410

不锈钢在重要零件阀体中得到了大量应用，而管

道连接所采用的阀体通常使用锻造成形。锻件成

形效果与锻件质量密切相关，因此，选择合适的热

加工工艺有助于得到比较均匀的组织和优异的材

料性能2"］，获得合理的热加工工艺前提是明晰材

料的热变形规律，不仅能够提高生产效率,增加产

品合格率,减少成本,还可为以后研究该材料提供

理论支撑。

材料在热变形时，流变应力主要与变形温度、

变形速率及变形量（或应变量）这三个因素有关,

而Arrhenius型本构方程用于描述高温变形时流

变应力与变形温度、应变速率这三者之间的关系,

应变速率和变形温度对热变形的影响可以用参数

Z表征,Z参数表示了考虑温度补偿的应变速率

因子。对于不同应力值,Arrhenius型本构方程如

下曲:

Z = Eexp 纟

=A［sinh（au）］"（所有应力水平

）（1）

R1

收稿日期

:2020 -08 -28Z = eexp 纟

= A^' (低应力水平

，ab<0. 8) (2)

HI

Z

= Eexp 拾

=Aexp(pa

)(高应力水平

acr

> 1. 2) (3)

KI

式中为应变速率（s" ）；K表示气体常数，为

8.314 J/（mol - K）；0表示金属材料在高温产生

变形的难易程度（J）;T表示热力学温度（K）；r

表示真应力（MPa） ；A表示本材料的结构因子;a

表示应力水平参数;0及从都表示材料常数，并

且a为0与如的比值;n属于材料应变硬化指

数。

热加工图按照Prasad等提出的动态材料模

型进行构建，具体分为能量耗散图与失稳图出］。

并且G代表塑性变形而导致的能量消耗J代表

热变形过程中材料内部微观组织演化，称为耗散

协量。

P

二 r

sG + J

(4)

能量耗散效率因子（"）与失稳判据（g）定义

为:

J

2m

=

r^m

g

(

s) = 6

$n[ m

m

+ 1)9

+m @ 0⑸

(6)

⑺式中,m为应变速率敏感性指数，表达式为:

m =加

20《大型铸锻件》

HEAVY CASTINGANDFORGINGNo. 1

January 2021

通过对所构建本构方程与热加工图的分析,

以及对410不锈钢热变形行为的探究，最后确定

了该钢优良的热加工窗口，支持了 410不锈钢的

后续应用。

1试验方法

试验材料为410不锈钢，试样尺寸为08 mm

X 12 mm,在Gleeble-3800热/力模拟试验上进行

高温压缩试验。图1为热压缩过程示意图，试样

以10°C/s的加热速度升到1200f后保温3 min,

再以10C!的冷却速度降到指定温度1000 ~

1200C后保温10 s变形，变形的应变速率分别为

0.1 s"、1 s"、5 —及10 s，样品变形的真应变

为0.9,变形完成后淬火。

Figure 1 Schematio diagram of

thermal compression process

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

真应变

()0. 1 s'o

o

o

o

o

o

O14

12

10

8

6

4

21

小

卽

也

^

«

(c )5 ^1jooo°c

1

q50°C

jiopoc

1200°C

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

真应变

(b)1 s'

180

160

140

120

100

80

60

40

201000°C

7

o5Q°C

~nod°c

TBboc

1200°C

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

真应变

(2)10

图

2 410钢不同应变速率、不同变形温度下的

真应力-真应变曲线

Figure 2 True stress-true strain curves of steel 410

at different strain rates and deformation temperatures

2试验结果与讨论

2.1力学性能曲线

图2为相同应变速率不同温度的力学性能曲

线。开始变形时,加工硬化明显，位错密度急剧升 高，应力急剧增大。之后，动态回复与动态再结晶

迅速发展,应力增长越来越缓慢,直到达到某一应

变时,应力达到最大，并开始下降，此时，动态软化

起主导作用「问，其中图2(a)符合这一表述。图2

(b) ~(d)由于应变速率较大,变形时间较短，没

有足够时间使其充分软化,故直到达到最大应变,

应力才随之达到最大，说明加工硬化仍起主导作

用。另外，四张图有相同的规律，即假如应变速率

保持不变，不同变形温度下的曲线，应力各有不

同,其规律为变形温度越大，应力越小。

2.2本构方程构建

(9)采用0.9真应变处各应力值构建本构方程,

对式(1) ~(3)取自然对数，可以得到：

lne =

n, InCT + ln^, -

K1

lnw = + ln^2 -备

ln

E = nln[ sinh( acr

) ]

一 + InA

KI

ln[sinh( aa

)]二-^

+ 业-^

nK! n n

图3中分别给出了 lns与lna、lns与CT、lns(10)

(11)

与 ln[ sinh( acr)]、ln[ sinh ( aCT )]与 1/ 之间的关

系。依据式(8) ~(10)及图3中线性拟合后的斜

率可得1273 K条件下的值，-=7. 76012,/3 =

0.06026,由此可得 a=0/- =0.007765。依次求

得其他温度的a值，取平均得,a为0.010501。贝卩

依次求得-=4.9,2=221.780 kJ,进而得到A =

1546230o得到了基于应变0.9下的应力本构方

程为：

s = 1546230[ sinh(0.010501CT)]"』

exp 一 需

80

K!

Z Z

CT = ln

1( 1546230)

+ 1 ( 1546230)

+ 1

J 1

Z = sexp(

2；!°)

= 15462308 sinh(0. 0105x) ]4'9

2.3热加工图

按照相应的方法进行处理,得到的0. 1、0. 5、

0.9应变下的热加工图如图4所示。通过分析热

加工图，发现应变为0. 1时，失稳区有三块；应变

为0.5时,失稳区有三块，其中右上角存在很小的

一块区域;应变为0.9时，失稳区有两块。在不同

的应变量下功率耗散效率及加工失稳区均在细节

上不断变化,大致呈现出随变形量增加失稳区逐

渐增大的趋势。并且失稳区主要分布在低应变速

率区域，说明1000 ~ 1200°C、0. 1 ~ 1.3 —条件下

不适合进行加工。在三张热加工图中，非失稳区

主要分布在左上角虚线框与右上角虚线框区域

内。两者相比较，右上角虚线框区域内能量耗散

21

合集下载

不锈钢410热膨胀系数

不锈钢410热膨胀系数

不锈钢410热膨胀系数

热膨胀是物体温度升高时体积增大的现象。这是因为物体的原子、分子或晶体结构在温度变化时发生微小的振动和位移，导致物体的尺寸发生变化。不锈钢410是一种常用的不锈钢材料，具有良好的耐蚀性和机械性能。了解不锈钢410的热膨胀系数对于工程设计和应用至关重要。

不锈钢410的热膨胀系数是指在单位温度变化下，不锈钢410材料线性膨胀的比例。通常以α表示，单位为1/℃。不锈钢410的热膨胀系数受到多个因素的影响，如温度、晶格结构和化学成分等。在实际应用中，热膨胀系数的准确测量和控制对于确保结构的稳定性和性能的一致性至关重要。

不锈钢410的热膨胀系数随温度的变化而变化。一般来说，随着温度的升高，不锈钢410的热膨胀系数也会增大。这是由于温度升高时，不锈钢410内部的原子、分子或晶体结构发生更加剧烈的振动和位移，导致材料的线膨胀更加显著。因此，在工程设计和应用中，需要考虑不锈钢410的热膨胀系数对构件尺寸和结构稳定性的影响。

了解不锈钢410的热膨胀系数对于热力学计算和结构设计至关重要。在设计过程中，需要考虑材料的热膨胀系数，以避免由于温度变化引起的尺寸变化对结构的不利影响。例如，在管道系统中，如果不锈钢410的热膨胀系数与其他材料的热膨胀系数不匹配，可能会导致管道的变形和应力集中，从而影响系统的稳定性和安全性。

不锈钢410的热膨胀系数还可以用于预测材料在温度变化下的变形行为。通过热膨胀系数和材料的初始尺寸，可以在设计阶段预测材料在不同温度下的尺寸变化，从而避免不必要的设计错误和材料损失。

不锈钢410的热膨胀系数是衡量材料热膨胀性能的重要指标。了解并控制不锈钢410的热膨胀系数对于工程设计和应用具有重要意义。在实际应用中，需要根据具体的工程要求和环境条件选择合适的不锈钢410材料，并合理考虑其热膨胀系数对结构和性能的影响。通过科学合理的设计和材料选择，可以确保不锈钢410的性能和稳定性，提高工程的安全性和可靠性。

惠州410不锈钢热处理工艺

惠州410不锈钢热处理工艺

惠州410不锈钢热处理工艺

引言

不锈钢是一种具有耐腐蚀性能的特殊钢材，广泛应用于航空航天、化工、食品加工等领域。惠州410不锈钢是其中一种常用的不锈钢材料，其热处理工艺对于材料的性能和使用寿命起到至关重要的作用。本文将详细介绍惠州410不锈钢的热处理工艺。

1. 惠州410不锈钢的特性

惠州410不锈钢是一种铁铬合金，具有以下特性：

• 高温强度：惠州410不锈钢在高温下保持稳定的强度和硬度，适用于高温环境下的使用。

• 耐腐蚀性：410不锈钢对一般大气、水蒸气、淡水和许多化学物质具有良好的耐蚀性。

• 磁性：惠州410不锈钢具有一定的磁性，可以通过热处理进行调控。

2. 惠州410不锈钢的热处理工艺

热处理是通过对材料的加热和冷却过程进行控制，以改变材料的组织结构和性能。惠州410不锈钢的热处理工艺主要包括退火、固溶处理和时效处理。

2.1 退火处理

退火是将材料加热到一定温度，保持一定时间后缓慢冷却的过程。对于惠州410不锈钢，退火处理主要有两种类型：

1. 完全退火：将410不锈钢加热至800-900℃，保持一定时间，然后冷却至室温。完全退火可以消除应力、提高塑性和韧性，但会降低硬度和强度。

2. 稳态退火：将410不锈钢加热至750-800℃，然后冷却至较低温度。稳态退火能够减少晶粒尺寸，提高抗腐蚀性能和高温强度。 2.2 固溶处理

固溶处理是将材料加热至固溶温度，使固溶体形成，并保持一定时间后迅速冷却。对于410不锈钢，固溶处理的目的是调控材料的磁性。

1. 单相固溶处理：将410不锈钢加热至800-900℃，保持一定时间，然后迅速冷却。单相固溶处理能够使材料完全固溶，降低磁性。

2. 双相固溶处理：将410不锈钢加热至750-850℃，保持一定时间，然后迅速冷却。双相固溶处理能够使材料形成铁素体和奥氏体的混合物，具有较好的磁性和耐腐蚀性。

2.3 时效处理

时效处理是将加热后的材料保持在一定温度下一段时间，以增强材料的性能。对于410不锈钢，时效处理可以提高其强度和硬度。

电热合金Cr20Ni80的热变形行为及热加工图

电热合金Cr20Ni80的热变形行为及热加工图

工程科学学报，第３７卷，第１０期：１３３８－１３４３，２０１５年１０月　

Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏ１．３７，Ｎｏ．１０：１３３８—１３４３，Ｏｃｔｏｂｅｒ　２０１５　

ＤＯＩ：１０．１３３７４／ｊ．ｉｓｓｎ２０９５—９３８９．２０１５．１０．０１３；ｈｔｔｐ：／／ｊｏｕｒｎａｌｓ．ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃａ　

电热合金Ｃｒ２０　Ｎｉ８０的热变形行为及热加工图　

李亚敏园，龚乃国　

兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室．兰州７３００５０　园通信作者．Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｅｅｙａｍｉｎ＠１６３．ｃｏｒｎ　

摘要为了解决Ｃｒ２０Ｎｉ　电热合金锻造开裂的问题，在Ｇｌｅｅｂ－１５００Ｄ热模拟试验机上对该合金进行热压缩试验，研究变形　

温度为９００—１２２０℃，应变速率为０．００１～１０　Ｓ　条件下的热变形行为，并根据动态材料模型建立合金的热加工图．合金的真　

应力一真应变曲线呈现稳态流变特征，峰值应力随变形温度的降低或应变速率的升高而增加：热变形过程中稳态流变应力可　

用双曲正弦本构方程来描述，其激活能为３７１．２９　ｋＪ・ｍｏｌ～．根据热加工图确定了热变形流变失稳区及热变形过程的最佳工　

艺参数，其加工温度为１０５０—１２００℃，应变速率为０．０３—０．０８　Ｓ～．优化的热加工工艺在生产中得到验证．　

关键词　电热合金；铬镍合金；热压缩；热变形；热加工图　

分类号ＴＧ１４４：ＴＧ１４６．１　５　

Ｈｏｔ　ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｂｅｈａｖｉｏｒ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｍａｐｓ　ｏｆ　Ｃｒ２ｏ　Ｎｉ８ｏ　ｅｌｅｃｔｒｏｔｈｅｒｍａｌ　ａｌｌｏｙ　

Ｌ／Ｙａ—ｍｉｎ　．ＧＯＮＧ　Ｎａｉ—ｇｕｏ　

Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｏｆ　Ｎｏｎ—ｆｅｒｒｏｕｓ　Ｍｅｔａｌ　Ａｌｌｏｙｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ（Ｍｉｎｉｓｔｒｙ　ｏｆ　Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ），Ｌａｎｚｈｏｕ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｌａｎｚｈｏｕ　７３００５０，Ｃｈｉｎａ　囡Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ　ａｕｔｈｏｒ，Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｅｅｙａｍｉｎ＠１６３．ｃｏｍ　

基于加工图的Al-9.0Mg-0.5Mn-0.1Ti合金的热变形行为

基于加工图的Al-9.0Mg-0.5Mn-0.1Ti合金的热变形行为

Trans. Nonferrous Met. Soc. China 27(2017) 289−297

Hot deformation behavior of

Al−9.0Mg−0.5Mn−0.1Ti alloy based on processing maps

Cai-he FAN1,2, Ying-biao PENG1, Hai-tang YANG1, Wei ZHOU1, Hong-ge YAN2,3 1. College of Metallurgy and Material Engineering, Hunan University of Technology, Zhuzhou 412007, China;

2. Hunan Provincial Key Laboratory of Spray Deposition Technology and Application,

Hunan University, Changsha 410082, China;

3. College of Materials Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China Received 18 August 2016; accepted 30 December 2016

Abstract: Hot deformation behavior of extrusion preform of the spray-formed Al−9.0Mg−0.5Mn−0.1Ti alloy was studied using hot compression tests over deformation temperature range of 300−450 °C and strain rate range of 0.01−10 s‒1. On the basis of experiments and dynamic material model, 2D processing maps and 3D power dissipation maps were developed for identification of exact instability regions and optimization of hot processing parameters. The experimental results indicated that the efficiency factor of energy dissipate (η) lowered to the minimum value when the deformation conditions located at the strain of 0.4, temperature of 300 °C and strain rate of 1 s−1. The softening mechanism was dynamic recovery, the grain shape was mainly flat, and the portion of high angle grain boundary (>15) was 34%. While increasing the deformation temperature to 400 °C and decreasing the strain rate to 0.1 s−1, a maximum value of η was obtained. It can be found that the main softening mechanism was dynamic recrystallization, the structures were completely recrystallized, and the portion of high angle grain boundary accounted for 86.5%. According to 2D processing maps and 3D power dissipation maps, the optimum processing conditions for the extrusion preform of the spray-formed Al−9.0Mg−0.5Mn−0.1Ti alloy were in the deformation temperature range of 340−450 °C and the strain rate range of 0.01−0.1 s−1 with the power dissipation efficiency range of 38%−43%. Key words: spray forming; Al−9.0Mg−0.5Mn−0.1Ti alloy; hot compressing deformation; processing map; dynamic recrystallization