耦合微观组织演变的热加工图理论及工艺参数优化

形变、传热、微观组织演变是热态塑性加工过程中的基本伴随现象，这些现象共存并相互影响，构成了塑性加工过程的物理基础，决定着塑性变形行为和加工后构件的使用性能。目前，广泛应用的热加工图理论尚未反映热态塑性加工过程中微观组织参数和应力状态参数对变形行为的影响。本研究项目拟对热态塑性加工时的微观组织演变进行深入研究；以微观组织演变与塑性变形行为的交互作用机制为基础，建立反映微观组织参数和应力状态参数影响的能量耗散方程和塑性加工失稳准则；结合动态材料模型（DMM），对热加工图（DPM）进行理论预测；基于反映微观组织参数和应力状态参数影响的热加工图，提出塑性加工工艺条件的优化方法，促进面向高性能塑性加工构件的微观组织性能与宏观形状尺寸一体化精确控制理论的发展，实现塑性加工过程由经验设计向定量分析转变，由技艺发展为工程科学，为塑性加工技术向精确、优质、清洁和高效的方向发展奠定理论基础。

形变、传热、微观组织演变的共存并相互影响是锻造成形过程中的基本现象，从而构成了锻造成形过程的物理基础，决定着锻造成形行为和锻件的使用性能。国际上受到广泛关注的热加工图可以描述上述因素对锻造成形的影响。本项目以热模拟压缩试验、微观组织试验、理论分析和试验验证等方法，主要深入研究了TC4、TC11、Ti600、Ti60、Ti-17、300M、7A09、7050等材料的锻造成形行为与表征、微观组织演变模型、塑性变形本构方程、塑性变形失稳准则、热加工图构造方法及其应用，优化了锻造成形工艺参数。本研究项目完成了计划研究的全部内容。本项目取得了以下主要研究成果：（1）系统表征了锻造变形温度、应变速率和变形程度等工艺参数对TC4、TC11、300M、7A09、7050等材料的锻造成形行为；（2）结合内变量原理，提出了金属材料高温塑性变形时的位错密度和晶粒尺寸变化率模型；（3）以位错密度变化率和晶粒尺寸变化率为内变量，采用内变量理论和方法，推导出适用于表征金属材料高温塑性变形行为的粘弹塑性变形本构方程；（4）结合Ziegler不可逆热力学极值原理，建立了反映微观组织参数影响的塑性变形能量耗散方程和塑性变形失稳准则；（5）结合Prasad热加工图构造方法，提出新的高温塑性变形时热加工图的建立方法，该建立方法反映了晶粒尺寸和应变对最优锻造成形工艺参数的影响，在此基础上，预测了几种材料锻造成形时的热加工图，同时优化了锻造成形工艺参数。本项目的科学意义在于：其研究成果为促进面向高性能锻件的微观与宏观协同调控理论的发展，实现锻造成形过程由经验设计向定量分析转变，达到精密、优质、清洁和高效的锻造成形技术发展目标奠定了科学基础。本项目共公开发表学术论文15篇，其中SCI论文14篇，培养博士后1人，博士生2人，硕士研究生4人。