置氢TC17钛合金组织演变规律及高温变形行为

为了改善了TC17钛合金热加工性能,对TC17钛合金进行了置氢处理,通过金相观察和X射线衍射分析,研究了置氢后TC17钛合金的微观组织及相转变规律,在变形温度800～860℃、应变速率0.001～0.1 s^-1的条件下,对置氢TC17钛合金进行了高温压缩试验,研究了置氢TC17钛合金的热变形行为,并对其热变形激活能进行了计算分析。结果显示,TC17钛合金原始组织为典型的网篮组织,由α+β相组成,随着氢含量的增加,针状α相数量减少,β相增多,当氢含量超过0.40%(质量分数)时,钛合金中依次出现了γ氢化物和δ氢化物。置氢TC17钛合金不仅是温度敏感型材料、速率敏感型材料,也是氢含量敏感型材料,在氢含量0.2%时,峰值应力达到最小值,与原始合金相比,变形温度可降低40℃,应变速率可提高1个数量级。同时,氢含量0.2%的TC17钛合金变形激活能也达到最小值162 kJ/mol,其热变形软化机制为动态回复。     

置氢对Ti-55高温钛合金超塑变形行为的影响

钛合金的超塑成形技术在工业领域已经得到广泛的应用,但其成形温度高,成形速率低的问题大大限制了该技术的发展。向钛合金中添加适量的氢,可有效改善合金的热加工性能。以Ti-55高温钛合金为对象,通过金相观察、高温拉伸试验等方法,研究了置氢对合金微观组织和超塑变形行为影响,得出了氢含量、变形温度和初始应变速率对其伸长率和峰值应力的影响规律。研究发现,置氢0.1%之后,合金在825℃变形时伸长率提高了95.5%,峰值应力降低了37.8%;置氢0.1%使得Ti-55的最佳超塑成形温度降低了约125℃;置氢后合金对于变形温度和应变速率的变化更加敏感,且最佳超塑性的温度和应变速率范围变窄。     

置氢处理对铸态TiZrAlV合金高温变形行为及显微组织的影响

为了探究置氢处理对45Ti-47Zr-5Al-3V合金高温变形行为及显微组织的影响,利用动态热模拟试验机,对置氢与未置氢的铸态合金在不同变形条件下进行热压缩,并构建了本构方程及热加工图。结果表明,加入适量的氢可以显著降低TiZrAlV合金的流变应力和变形激活能,计算得到未置氢合金热压缩变形激活能为339.7 kJ/mol,而置氢后的激活能为286.5 kJ/mol,适宜的加工参数为650~900℃,0.01~1 s^-1。OM和EBSD微观组织观察表明,置氢能细化铸态组织,增加β相含量,促进动态再结晶,从而显著降低了合金的流变抗力,扩大了热加工窗口,提高了热加工性能。     

热氢处理对Ti600钛合金组织和性能的影响

针对近α型Ti600钛合金热加工抗力大、变形困难等问题,通过对实验样品分别进行5种不同氢含量的置氢处理和真空退火除氢,研究热氢处理过程中Ti600钛合金的组织结构演变和高温力学特性,探讨热氢处理对钛合金组织和高温力学行为等热加工工艺塑性的影响规律。研究表明,对于Ti600钛合金,热氢处理后合金出现不同程度的组织细化,置氢量在0.1%～0.5%范围内,热氢处理可有效提高Ti600近α型合金的热加工工艺塑性。     

置氢Ti-6Al-4V钛合金的热压缩变形行为研究

通过热模拟压缩实验,研究了氢对Ti-6Al-4V钛合金热变形行为的影响。结果表明,置氢可以显著降低Ti-6Al-4V钛合金高温压缩时的流动应力,提高Ti-6Al-4V钛合金的热加工变形速率一个数量级以上,并且明显降低了Ti-6Al-4V钛合金的变形温度。在变形温度760℃~800℃范围内,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小;在变形温度840℃~920℃范围内,置氢量0.2wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小。同时,置氢前后Ti-6Al-4V钛合金的变形激活能计算结果表明,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金在α+β两相区的变形激活能为208.3kJ/mol,与未置氢Ti-6Al-4V钛合金相比降低了316kJ/mol。     

TC11钛合金热变形行为及微观组织演变

研究了TC11钛合金在高温下的变形行为以及显微组织变化。结果表明，在变形过程中，合金的流动应力随着变形温度的升高以及应变速率的降低而降低；同时合金的流动应力软化程度随着应变速率的升高而增加。通过真应变为0.6的热加工图分析可知，能量耗散率最高出现在940℃,0.001 s^-1的条件下，达到0.71;塑性失稳区出现在920～930℃、0.9～10 s^-1的变形工艺参数范围。TC11钛合金在热变形过程中，应变速率的增加、变形量的增加以及变形温度的升高都有利于促进α相的动态再结晶。     

Ti600合金置氢处理后热塑性研究

研究了不同含氢量对Ti600合金的热塑性及力学性能的影响规律.分析了变形温度、变形程度和应变速率对流动应力的影响.研究发现,Ti600合金置氢处理后,峰值应力明显降低,对应变速率的敏感程度有所降低,对温度变化的敏感程度降低.当氢含量为0.2%时Ti600合金表现出较低的变形抗力和较好的成形性能.     

Ti80钛合金两相区高温变形本构模型及热加工图

为了确定Ti80钛合金热变形的最佳工艺窗口,采用Gleeble3500热模拟试验机对Ti80钛合金进行了高温压缩试验,试验变形温度为850~1050 ℃,应变速率为0.05~1 s^-1。结果表明,Ti80钛合金对变形温度和应变速率极其敏感,流变应力随着应变速率的增加和变形温度的降低而显著升高,近β区的流变应力分布会发生突变。应用线性回归方法,建立Ti80钛合金的高温本构方程,计算出Ti80钛合金在两相区的变形激活能为308 kJ/mol,并基于Prasad失稳准则,建立Ti80钛合金的热加工图,最终确定在变形温度为880~930 ℃的两相区变形条件下,Ti80钛合金在高应变速率下可以充分发生动态再结晶,从而获得理想的组织性能。     

TC21钛合金热压缩本构方程及热加工图

为准确获得TC21钛合金塑性加工的变形特征和热加工条件，合理设计锻造工艺参数，利用Gleeble-3500热模拟机进行等温恒应变速率热压缩试验，研究了TC21钛合金在变形温度为830～1010℃、应变速率为0.01～10 s^-1条件下的热变形行为，采用Arrhenius双曲线正弦函数推导出TC21钛合金本构方程。并基于动态材料模型(Dynamic Materials Model, DMM)建立了TC21钛合金的热加工图。结果表明，在本试验的变形条件下，该合金的流变应力随着变形温度的降低和应变速率的升高而增大。根据热加工图确定了合金的热加工安全区域为：变形温度为900～940℃、应变速率为0.01～0.05 s^-1和变形温度为970～1010℃、应变速率为0.01～0.08 s^-1。     

置氢Ti-55钛合金变形本构方程及高温增塑机理研究

钛合金的热氢工艺能够有效改善合金的热加工性能,进一步优化钛合金超塑变形条件。以Ti-55钛合金为研究对象,通过高温拉伸、金相观察等方法,建立了原始合金及置氢合金的高温变形本构方程,研究了原始合金和置氢合金的超塑变形行为以及变形后的微观组织,得出了合金氢致高温增塑的微观机理。研究发现,置氢能够降低合金的热变形激活能,置氢0.1 wt%合金相较于原始合金和置氢0.3 wt%合金具有更高的应变速率敏感性指数,达到了0.516;置氢0.1 wt%合金在变形过程中β相含量稳定,且在α相晶界上保持均匀分布,协调变形能力较强,能够抑制颈缩的形成,有利于提高伸长率,改善材料力学性能。     

00Cr12Ni11Mo1Ti2高强度不锈钢的热加工图与显微组织分析

为了获得00Cr12Ni11Mo1Ti2高强度不锈钢热加工图，优化其热加工工艺参数，采用Gleeble-3800型热模拟试验机，在变形温度为850～1150℃,应变速率为0.01～10 s^-1的条件下对试验钢进行了热压缩试验，研究了其热变形行为。构建了试验钢在峰值流变应力下的本构方程，并且基于动态材料模型构建了能量耗散图，并分别采用Prasad和Murthy两种失稳判据构建了试验钢的塑性失稳图。结果表明：00Cr12Ni11Mo1Ti2钢在能量耗散率低于0.3的变形区间内同样可以发生动态再结晶，在应变速率为1.0～10 s^-1,变形温度为850～1000℃的区间内，试验钢仅发生了部分动态再结晶且伴有大量的局部变形带产生，与Murthy准则预测的塑性失稳区更加吻合；在变形温度为1050～1150℃,应变速率为0.01～10.0 s^-1的区间内试验钢具有最佳的热加工性能，可获得细小均匀的原奥氏体晶粒组织。     

置氢Ti-6Al-4V合金显微组织演变与高温变形行为

利用Gleeble高温压缩模拟实验研究置氢对Ti-6Al-4V合金微观组织和高温变形行为的影响,并探讨组织与高温塑性的关系.结果表明:适量的氢可显著降低钛合金的高温变形流变应力,Ti-6Al-4V合金氢含量为0.3%时,流变应力降低36%～60%,最小峰值应力对应的氢含量随温度的增加向低氢方向移动,并且在保持相同应力水平下,高温变形温度降低50℃;氢还可以促进钛合金热变形过程中的动态回复和动态再结晶,有利于降低变形抗力,其应力-应变曲线无明显硬化阶段;此外,由于氢引起的高温变形组织变化与在更高温度压缩时所引起的组织变化相当.     

基于摩擦修正的GE1014钢热本构方程及热加工图

对GE1014钢进行了热变形温度为850～1200℃、应变速率为0.01～10 s^-1、应变量为0.7条件下的高温轴向压缩试验，对流变曲线进行了摩擦修正，建立了GE1014钢的热本构方程和Z参数方程，基于动态材料模型理论建立了GE1014钢的热加工图，并通过材料变形后的显微组织分析确定了热加工图的准确性和最后热变形区域。结果表明，摩擦效应在低变形温度或高应变速率条件下对GE1014钢的高温流变曲线影响显著；计算得到摩擦修正后的GE1014钢的热变形激活能为400.197 kJ·mol^-1;当试验钢的真应变为0.4和0.7时，在试验条件下的高温、低应变速率区的能量耗散效率η达到最大值0.34。综合分析热加工图及试验钢的显微组织，确定了GE1014钢在变形温度为1100～1150℃、应变速率为0.1 s^-1条件下能够获得均匀、细小的完全动态再结晶组织，此时GE1014钢的热加工性能最好。     

铸态Cr5钢热变形行为及热加工图的研究

以支承辊常用材料铸态Cr5钢为研究对象，在单道次热压缩试验的基础上，对其在不同试验参数下的热变形行为及热加工图进行分析研究。试验中，变形温度为850～1220℃,变形速率为0.01～1 s^-1,真应变为0.7。利用试验数据绘制了铸态Cr5钢的真应力-真应变曲线，得出影响流变应力的因素。并通过拟合曲线计算了各待定材料系数，给出了铸态Cr5钢的流动应力方程。最后，基于真应力-真应变曲线，绘制了0.1～0.6应变范围内的热加工图。结果表明：提高变形温度以及减小应变速率可以降低Cr5钢的流变应力，有助于动态再结晶的发生；而随着应变的增加，失稳区域与功率耗散因子变大。Cr5钢高温下最适宜的加工参数区间为：变形温度为1000～1200℃,应变速率为0.03～0.37 s^-1。     

Incoloy901合金的热加工图与热变形行为

利用Gleeble-3800热模拟机研究Incoloy901高温合金在变形温度950~1150 ℃,应变速率0.005~1 s^-1,真应变0.6下的热变形行为。结果表明:变形温度大于1000 ℃,应变速率大于0.01 s^-1时,Incoloy901合金真应力-应变曲线呈现动态再结晶特征。根据应力-应变曲线构建Incoloy901合金的本构方程与热加工图,得出形变激活能Q=439.401 kJ/mol,最佳热加工工艺为:变形温度1050~1150 ℃,应变速率0.005~0.1 s^-1,在此工艺范围内合金的高温变形功率耗散系数η较高,可达37%,能获得较好的动态再结晶组织。     

316L/Q420双金属热变形行为及热加工图

为研究不锈钢和低合金高强钢双金属的高温变形行为，对316L/Q420双金属进行了温度为950～1150℃、应变速率为0.01～10 s^-1、最大变形量为50%的单向热压缩试验，通过观察试验结果，研究了该双金属的热变形行为，进而构建了基于Z参数的Arrhenius本构方程，并应用动态材料模型和Prasad失稳判据绘制了应变分别为0.1、0.3、0.5和0.7时的热加工图。结果表明，316L/Q420双金属热变形具有典型的动态再结晶型特征，流变应力随温度的升高和应变速率的降低而减小；根据所建本构方程得到的预测应力与试验值之间有良好的线性相关性。对应热加工图，综合分析了碳钢侧微观组织状态和脱碳层厚度，确定了最优热加工工艺窗口为：变形温度为1110～1150℃,应变速率为1.284～10 s^-1。     

含铝节镍型奥氏体耐热钢(AFA钢)的热变形行为与热加工图

为了预测含铝节镍型奥氏体耐热钢(AFA钢)的热变形行为,利用Gleeble-3500热力模拟试验机对AFA钢进行了温度950～1150℃、应变速率0.01～10 s^-1、真应变为0.51～1.2的高温热压缩试验,构建了本构方程,并建立了热加工图。结果表明,在同一应变速率下,随着变形温度的升高,AFA钢的流变应力逐渐降低,在同一变形温度下,随着应变速率的增加,流变应力随之增加。在真应变为0.69(变形量为50%)下,预测应力与实际应力的线性相关系数R²为0.998 53,随着应变的增加,材料的失稳区域先减小后增大,集中于低温区;高效率区域变大,且高效率区域集中于变形温度为1100～1150℃、应变速率为0.01～0.1 s^-1之间,说明AFA钢适合在高温低应变速率的情况下进行热加工。     

基于热加工图的双相不锈钢热成形机制及工艺优化

采用Gleelbe-3500热力模拟试验机对2507双相不锈钢在900～1 150℃,以0.01～10 s^-1的应变速率进行了单向热压缩试验,以研究热变形参数对其热加工行为的影响。根据热压缩变形时的真应力-真应变曲线获得双相不锈钢基于动态材料模型理论的热加工图,并通过金相检验对热加工图进行验证。结果表明：2507双相不锈钢的真应力-真应变曲线有两个特征,即高温或应变速率较大时的动态回复和低温或应变速率较小时的动态再结晶。根据热变形方程计算得到该双相不锈钢的热变形激活能Q为473.01 kJ/mol,并构建了峰值应力本构方程。结合不同变形条件下的应力-应变曲线和显微组织,建立了2507双相不锈钢的热加工图,并确定了其最佳的热加工工艺区间为变形温度950～1 100℃,应变速率0.01～0.85 s^-1,该区域的功率耗散系数均大于0.3,发生了明显的奥氏体动态再结晶。     

基于自洽模型的置氢Ti6Al4V合金流动应力预测

对不同置氢量Ti6Al4V合金在Gleeble-1500热模拟实验机上进行了等温压缩实验,实验温度为750、800、850、900、950和1000 ℃,应变速率为1 s-1。结果表明,Ti6Al4V合金的流动应力随置氢量增加先减小后增大,变形温度为750℃、800℃和850℃时,置氢量0.31wt%合金流动应力最低;变形温度为900℃、950℃、1000℃时,流动应力最小值对应的置氢量分别为0.17wt%、0.1wt%和未置氢。基于自洽模型建立了置氢Ti6Al4V合金高温变形本构模型,该模型通过调整氢对β相的强化作用和氢对β相转变温度的降低反映置氢对Ti6Al4V合金流动应力的影响。与实验结果对比表明,所建立的本构模型可以准确预测流动应力随置氢量和变形温度的变化。     

Mg-6Gd-1.2Y-0.53Zr合金的热变形行为及热加工图

采用热模拟试验法研究了变形温度(340～500℃)和应变速率(0.01～25 s^-1)对均匀化态Mg-6Gd-1.2Y-0.53Zr合金动态再结晶(DRX)临界应变及体积分数的影响,通过构建热加工图优化了其热加工工艺参数范围。结果表明,在0.01～1 s^-1的低应变速率下,该合金的动态再结晶(DRX)临界应变量随变形温度的升高而升高,而在10～25 s^-1高应变速率下,DRX临界应变量随变形温度的升高而略微下降。应变速率及变形温度的升高都使DRX体积分数增大,在500℃、25 s^-1条件下,合金的动态再结晶体积分数最高,达90.0%。根据构建的热加工图,当变形量在30%～80%之间时,较佳的热加工工艺区间为400～500℃、0.01～1 s^-1以及420～500℃、10～25 s^-1。在10～25 s^-1应变速率下,当变形量为10%～80%时,合金最适宜的变形温度为460～500℃。