[发明专利]一种C-Mn-Al高强度钢热变形组织演变机制及热加工性能的确定方法

权利要求书

1.一种C-Mn-Al高强度钢热变形组织演变机制及热加工性能的确定方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：在不同变形温度和应变速率下对钢进行高温压缩实验，获得钢的真应力-真应变曲线数据；

步骤2：建立预测C-Mn-Al高强度钢高温流变应力的本构模型，如下式所示：

上式中，是应变速率(s^-1)，T是温度(K)，σ是流变应力(MPa)，D(T)是奥氏体的自扩散系数，D(T)＝D₀exp(Q_sd/(RT))，D₀是扩散常数，Q_sd是自扩散激活能，E(T)描述了杨氏模量与温度的关系；B′、α′和n′为材料常数；

将应变量ε对实验钢流变应力的影响引入本构方程中，逐一计算系列不同应变量对应应力下的此类本构方程，所得到的材料常数lnB′、α′和n′与应变量ε的关系用5次多项式拟合；

将拟合结果代入模型中，即获得流变应力预测模型：

其中：α′_ε＝α₀+α₁ε+α₂ε²+α₃ε³+α₄ε⁴+α₅ε⁵，n′_ε＝N₀+N₁ε+N₂ε²+N₃ε³+N₄ε⁴+N₅ε⁵，(lnB′)_ε＝B′₀+B′₁ε+B′₂ε²+B′₃ε³+B′₄ε⁴+B′₅ε⁵；

步骤3：根据动态材料模型，定义功率耗散效率因子η和加工失稳的判据如下：

其中m是应变速率敏感因子，同一应变量下，在温度-应变速率的二维平面上，画出η的等值线图，即功率耗散图，再绘出参数ξ为负的区域，即热加工失稳图，即得到了材料的加工图；观测钢在不同变形条件下的显微组织，和加工图相结合，确定加工图中的流变失稳区、动态再结晶区和动态回复区；

步骤4：将本构模型和加工图结合起来研究材料的热变形行为：利用建立的本构模型预测不同变形条件下的应力应变曲线，不同的变形条件对应着加工图中的不同位置，确定不同变形条件下的功率耗散效率因子η，从而得到任意变形条件下的流变应力曲线信息和热变形功率耗散效率η值，进而确定材料的热变形组织演变机制以及热加工性能。

2.根据权利要求1所述的一种C-Mn-Al高强度钢热变形组织演变机制及热加工性能的确定方法，其特征在于：所述步骤1中的变形温度为900-1100℃，变形温度的间隔区间为50℃，所述应变速率0.01-30s^-1，分别取0.01、0.1、1、10和30s^-1。

3.根据权利要求1所述的一种C-Mn-Al高强度钢热变形组织演变机制及热加工性能的确定方法，其特征在于：步骤2中α′的值利用公式α′＝β′/n′₁求得，而n′₁和β′分别由和的斜率得到，根据线性回归求得n′₁和β′的值；根据本构模型，线性拟合所得斜率和截距分别用来计算n′和ln B′的值。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种C-Mn-Al高强度钢热变形组织演变机制及热加工性能的确定方法，其特征在于：步骤2中应变量ε的取值从0.05-0.80，间隔区间为0.05。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的一种C-Mn-Al高强度钢热变形组织演变机制及热加工性能的确定方法，其特征在于：步骤2中的E(T)根据下式计算得到：

其中，E₀和G₀分别代表材料在300K时的杨氏模量和剪切模量，G为材料在温度T下的剪切模量，T_M是材料的熔点。