TC18合金热压缩变形行为研究

本文利用热压缩法研究了TC18合金的热变形行为,并计算了合金在α+β两相区和β单相区变形激活能,得到了相应的流变应力本构方程。研究结果表明,TC18钛合金在α+β双相区变形时,在较低温度和较高应变速率条件下流变曲线呈现典型的单一峰值的再结晶,并且随变形温度的提高,出现多峰值的再结晶的特征;TC18钛合金在β单相区变形时,流变曲线出现了较长的平缓阶段,而后在较大应变时出现了标志再结晶的峰值应力;经计算得到TC18钛合金β单相区的变形激活能为260.84kJ/mol,α+β双相区的应变激活能336.356kJ/mol。经过拟合得到了TC18钛合金在α+β双相区和β单相区变形的流变应力本构方程。     

TC4-DT钛合金热变形机制及加工图

用Gleeble-1500型热模拟机研究TC4-DT钛合金在850~1 100℃、应变速率0.001~10 s-1、变形量70%条件下的高温压缩热变形行为,分析了该合金的流变应力行为以及显微组织演变规律,建立了该合金的本构关系模型以及热加工图。研究结果表明,TC4-DT钛合金在两相区和β相区的热变形激活能分别为544.03 k J·mol-1和264.32 k J·mol-1,分别大于纯α相和纯β相的自扩散激活能,表明TC4-DT钛合金热变形由高温扩散以外的过程控制。在两相区热变形时,原始组织发生了不同程度的球化,且变形温度越低球化效果越好。在β相区热变形时,低应变速率下(0.001~0.1 s-1)主要发生动态再结晶,而高应变速率(1~10 s-1)下主要发生动态回复,动态再结晶行为受到抑制。TC4-DT钛合金的失稳区主要分布在低温高应变速率区域,变形温度主要在850~940℃,应变速率主要在0.1~10 s-1,功率耗散率η值小于28%。     

不同加热制度下TA15钛合金变形组织及微观取向分析

在Gleeble—3500型热模拟机上对近α型TA15钛合金进行等温压缩实验,研究不同加热制度对TA15钛合金热变形后微观组织、晶界取向差和晶粒取向的影响。研究结果表明,在两相区(900℃)变形时,常规加热制度下变形后TA15钛合金微观组织主要由原始等轴α相、再结晶α相和马氏体α'相组成,当晶界取向差为40°、60°和90°左右时晶界比例出现峰值;而β相区加热制度下合金变形微观组织主要由片状马氏体α'相、β相和晶界处细小的α相组成,当晶界取向差为60°和90°左右时晶界比例出现峰值,晶粒择优取向性增强。在β单相区(1 050℃)变形时,常规加热制度下变形后合金微观组织中β晶粒晶界清晰,集束特征明显;而β相区加热制度下合金变形微观组织主要由长宽比较大的α'相组成,原始β晶粒消失,当晶界取向差为60°和90°左右时晶界比例出现峰值,晶粒择优取向性减弱,各向同性增强。     

形变热处理对TC11钛合金热稳定性的影响

采用正交设计方法研究了形变热处理的变形温度、变形度、矫正温度及时效温度对TC11钛合金热稳定性的影响;探讨了合金在500℃、100b热暴露过程中β转变组织内部的相变行为及对合金塑性产生不利作用的机制。试验结果表明:合适的形变热处理工艺可使合金获得较好的热稳定性;残余β相的进一步分解及次生α的粗化是使合金在热暴露过程中塑性降低的主要原因。     

TA15钛合金β热变形行为及显微组织

基于二元相图计算法和差示扫描量热法(DSC)精确测定了TA15钛合金的相变点。采用热模拟压缩实验、光学显微镜(OM)及电子背散射衍射技术(EBSD)和定量分析法研究了TA15钛合金的β热变形行为,分析了变形温度、应变速率和变形量对其流变应力和显微组织的影响规律。结果表明:TA15钛合金在β热变形时,流变应力曲线呈现两种软化态势:高应变速率条件下,流变应力曲线呈现动态再结晶型,而低应变速率条件下流变应力曲线呈现动态回复型;低应变速率下获得极细的片状马氏体微结构,而高应变速率下为粗大的板状马氏体微结构,且大角度晶界比例较低;应变速率对显微组织特征参数(β晶粒大小及不均匀性、β转变组织片层厚度以及长宽比)的影响较为显著。研究结果可为优化TA15钛合金β热变形工艺参数,获得良好的组织形态提供理论依据。     

近β型Ti-5553合金热变形过程中的组织演变

<正>近β型钛合金因其具有较高的屈服强度、优良的抗疲劳裂纹扩展能力和良好的淬透性而被广泛应用于航空航天工业领域。通常,钛合金的力学性能很大程度上取决于相的体积分数、形貌特征和分布情况。譬如,在钛合金中具有较多球状α相有利于提高塑性,而具有较多片层α相则有利于提高断裂韧性。而且,近β型钛合金的显微组织和力学性能对热变形工艺参数十分敏感。对于这方面的研究,目前主要集中于钛合金在热变形过程中流变应力曲     

热变形参数对钛合金两相区流变行为的影响

以热轧态Ti80合金作为基材,在Gleeble-3500热模拟测试机上进行高温压缩测试,变形温度为800～1000℃,应变速率为0.01～10 s-1,总变形比例为75％.结果 表明:Ti80钛合金在800～950℃时处于α+β两相区,其流变行为受变形温度和应变速率的显著影响.Ti80钛合金的加工硬化主要来自于初始α相中位错密度的提高,变形温度的提高会导致α相的减少,流变峰值应力不断降低,过高的应变速率会导致α相内位错运动受阻.Ti80钛合金中的初始α相更容易发生动态回复和动态再结晶,随着变形温度的提高,初始α相不断减少,动态软化程度逐渐减小直至接近0.为保证钛管热轧的稳定性,应适当提高变形温度,保证Ti80钛合金热变形组织具有较高的β相体积分数,同时避免应变速率过高造成轧制载荷过大.     

β热模锻TC17钛合金整体叶盘的显微组织与力学性能

采用β热模锻工艺生产了某型号航空发动机压气机用TC17钛合金整体叶盘,分析了整体叶盘的显微组织并测试了力学性能。结果表明,β热模锻工艺生产的整体叶盘具有典型的网篮组织,原始β晶粒沿变形方向拉长,无明显再结晶;晶界α相呈弯折断续分布,晶内针状α相呈网篮状编织。这种网篮组织的TC17钛合金β锻造整体叶盘具有较优的综合力学性能,室温拉伸、高温拉伸、蠕变、断裂韧性和高周疲劳性能均符合设计要求,且有较大的富裕量。     

循环热处理及形变对TC17钛合金片层组织球化和取向的影响

将循环热处理与形变相结合,利用电子背散射衍射等手段探究该工艺对TC17钛合金片层组织球化和取向的影响.结果表明:TC17钛合金在两相区进行单纯的循环热处理其片层组织球化程度有限,而经过循环热处理+压缩变形后,其魏氏组织消失,片层α相得到明显球化,但是其取向均匀性仍没发生较大变化.此外,变形中两相的再结晶速度及其强韧性导致了两相取向的差异性.α相的再结晶速度快于β相,在变形过程中,α相的各向异性首先降低;另一方面,由于α相比β相硬度高,热变形过程中,α相的变形程度小于β相,应变主要集中在与α相邻近的较软的β相,从而导致α相的取向均匀性高于β相.      

变形温度对TC11合金低应变速率下的变形行为及组织的影响

采用THERMECMASTOR-Z热模拟试验机研究了TC11钛合金在变形温度780～1080℃,应变速率0.001～1 s-1范围的热变形行为,并采用金相显微镜研究了变形温度对TC11钛合金组织的影响,主要研究结果如下:变形温度对TC11钛合金的流动应力有显著影响,在较高温度或较低应变速率时,变形呈稳态流动特征;在较低温度或较高应变速率时,变形呈流变软化特征.在β单相区,当应变速率为1 s-1时,组织主要为拉长的β晶粒和少量的动态再结晶晶粒;当应变速率为O.01～0.1 s-1时,变形机制主要为动态再结晶;当应变速率在0.001 s-1附近时,变形机制为动态回复.在(α+β)两相区,变形温度870～960℃,应变速率0.001 s-1附近时,变形机制为超塑性.     

热加工对TB3钛合金棒材组织的影响

对Φ55 mm的TB3钛合金棒材进行了两火次轧制,第一火轧制成Φ30 mm,第二火轧制成Φ8 mm轧条。随后,Φ8 mm轧条经3道次热拉拔至Φ3.0 mm。研究了轧制和热拉拔过程对TB3钛合金加工态、固溶态、时效态显微组织的影响。研究结果表明:大变形率下的轧制工艺可以强烈细化TB3钛合金加工态的组织;由于热拉拔过程变形率较小,使合金晶粒趋于长大;热轧和热拉拔过程对TB3钛合金的固溶态、时效态显微组织影响不大。     

热变形及热处理过程中TC17钛合金组织与取向的关联性

为了进一步研究热压缩及热处理过程对组织及取向变化的关联性, 通过对TC17进行热压缩变形及后续热处理, 利用光学显微镜和背散射电子衍射等分析方法, 结合晶粒尺寸、织构分布图、极图以及反极图, 研究变形后及热处理后的TC17的组织结构、晶粒尺寸的变化和取向的演变规律以及两者之间的关联性.结果表明: 随着变形温度升高, 初生α相含量大幅减小, 尺寸减小, 大部分α相晶粒分散分布, 且位于高温β相晶粒的三叉晶界上; 热处理后, α相和β相组织特征清晰, 界限明显, 初生α相依旧存在, 且趋于等轴化, 亚稳定β相发生转变, 形成片层状β转变组织; 热变形使α相织构极密度值减小, 且随之温度增加, α相织构极密度值也变小; 热变形后的α相已不存在明显的强织构, 热变形对α相晶粒的取向影响较大, 很明显的改善了其取向的均匀性; 热变形同样使β相织构极密度值减小, 但效果不明显.β相仍存在取向集中现象, 取向均匀性相对较差.      

常见的钛合金热变形本构模型分析及未来发展

概括总结了钛合金热变形本构模型的三种建立途径,分别介绍了并联概率模型、多项式模型、Arrhenius方程、动态回复与动态再结晶本构模型、Johnson-Cook模型、Zerrilli-Armstrong模型、人工神经网络模型等钛合金本构模型的建立方法、优缺点以及应用现状。结合材料的微观组织结构与宏观变形行为建立本构模型,统一本构模型建立方法及模型形式,依据具体实验条件修正本构模型,建立精确高效的计算系统将成为钛合金本构模型发展的主要方向。     

Influence of the second phase on the room-temperature tensile and creep deformation mechanisms of α-β titanium alloys, part II: Creep deformation

This work focuses on the effect of the second phase on the ambient temperature creep deformation mechanisms of titanium alloys, using Ti-6.0 wt pct Mn and Ti-8.1 wt pct V with Widmanstätten microstructures as the model systems. In Part I it was observed that the presence of a second phase can affect the tensile deformation behavior. Likewise, the creep deformation mechanisms of the two-phase alloys differ from the mechanisms of single-phase alloys. These α-β deformation mechanisms include twinning in fine grains of the α phase and stress-induced hexagonal martensite in the β phase of Ti-8.1 V. This is the first time that twinning in the α phase and stress-induced martensite in the β phase are reported as creep deformation mechanisms in an α-β titanium alloy. Several factors, including elastic interaction effects, shear stress due to deformation products in adjacent phases, and the stability of the β phase, affect the creep deformation mechanisms in these alloys. Models for the time-dependent growth of martensite are suggested. In addition, the difference between tensile and creep deformation in regard to accumulation of stresses to reach the critical stresses is described.     

基于球化机理的TA15钛合金热变形统一本构模型

应用晶界分离模型解释了片层α相的球化现象,阐述了TA15钛合金转变组织中次生片层α相的球化是其主要的流动软化机制.基于钛合金球化软化机理,建立了TA15钛合金的统一黏塑性本构模型.本构模型综合考虑了次生α相的球化、正则位错密度、等向硬化、塑性成形产生的温升、成形过程中的相变等物理变量.利用遗传算法确定了本构模型中的材料常数.本构模型能够较好地描述TA15钛合金热变形下的流动应力变化.      

Mechanisms of phase and structural transformations and texture formation in titanium alloy sheet semiproducts

Inverse pole figures are used to analyze texture formation in sheet semiproducts made from titanium alloys of various classes. The role of the mechanisms of phase and structural transformations in texture formation has been revealed. A VT6 alloy is used as an example to study the texture formation during hot, warm, and cold rolling of high-alloy α + β titanium alloys. Hot rolling followed by cooling is shown to form the β → α transformation texture. Warm or cold rolling of α + β titanium alloys leads to the (0001)〈hkio〉 deformation texture of the α phase, and subsequent annealing in the two-phase field results in the transformation texture with a strictly determined orientation distribution of α-phase crystallites due to the shear mechanism of α-phase nucleation. Specifically, the 〈10\(\overline 1 \)0〉 orientation is parallel to the rolling direction, the [0001] direction is parallel to the transverse direction, and the {11\(\overline 2 \)0} planes are parallel to the rolling plane. Thermohydrogen treatment in combination with rolling is shown to form nano-and submicrocrystalline structures with a virtually textureless α phase in VT6 sheet semiproducts. As a result, the anisotropy of the mechanical properties of the sheet semiproducts produced by this new combined hydrogen technology decreases sixfold.     

工业纯钛TA2热变形过程的流变行为本构方程

利用Gleeble-3800热模拟实验机研究了工业纯钛TA2的热变形行为.变形温度为750~1000℃，步长50℃，应变速率分别为0.01、0.1、1和10 s-1.实验结果表明，TA2在热压缩变形过程中发生了加工硬化以及动态回复、动态再结晶.随着变形温度的降低和应变速率的增加，流变应力逐渐增加.为了准确预测TA2的高温流变行为，基于实验数据和双曲正弦Arrhenius模型构建了考虑应变影响的本构方程，本构方程中材料常数α、n、Q、lnA与应变之间存在6阶多项式关系.本文所提出考虑应变影响的本构方程可以用于研究工业纯钛TA2的高温流变行为.      

带钢热连轧机生产TA10钛合金带的轧制工艺

在带钢热连轧机组上开展TA10钛合金带的轧制工艺优化研究,结合带钢轧制工艺设计,提出多组不同钛带轧制工艺规程,然后直接在带钢热连轧机上进行TA10钛合金带的热连轧生产试验。通过比较研究不同轧制工艺所生产产品的微观组织、力学性能及其他质量状态,揭示了不同热连轧工艺与组织性能的相关性,掌握TA10钛合金带热连轧变形特点,优选确定了TA10钛合金带的轧制工艺及参数,并投入生产应用后使该带钢热连轧机稳定生产出了基本满足相关技术标准要求的TA10钛合金带产品。     

片层组织TC17钛合金高温变形行为研究

通过热压缩试验研究了具有初始片层组织的TC17钛合金在780~860℃和应变速率0.001~10 s-1范围内的热变形行为和组织演变。分析了该合金在两相区变形的应力-应变曲线特征,其流变应力本构关系可以用双曲正弦方程和Zener-Hollomon参数描述,得到TC17合金在两相区变形的平均激活能为488.86 kJ.mol-1。显微组织分析发现:TC17合金在两相区变形时组织演变的主要特征是片层组织球化;热变形参数严重影响片层组织球化过程的进行,加大变形量、降低应变速率以及提高变形温度可以提高片状组织的动态球化程度。     

锻造变形量对TC4-DT钛合金锻件组织与力学性能的影响

TC4-DT钛合金是一种高强高韧损伤容限型钛合金,常被用于新型飞机制造中,而变形量会对该合金的组织产生重要影响,并最终决定其力学性能。为此,本实验以300 mm×180 mm的TC4-DT钛合金棒材为原料,进行3种不同变形量的锻造变形,研究锻造变形量对锻件组织和力学性能的影响。结果表明:变形量太大或太小均会引起锻件内部显微组织不均匀,同时引起锻件不同部位力学性能存在较大的偏差,经综合分析确定TC4-DT钛合金合理的锻造变形量为35%左右。