不同晶粒尺寸钛合金高温压缩力学行为研究

为了解不同晶粒尺寸钛合金的高温变形力学行为,对α相平均晶粒尺寸分别为6、12μm和20μm的TC4钛合金进行了高温压缩试验,研究了晶粒尺寸和变形参数对TC4钛合金高温压缩力学行为的影响,建立了不同晶粒尺寸TC4钛合金的高温变形本构方程.研究表明:应变速率为10-4s-1时6μm的细晶钛合金出现超塑现象,应变速率在10-3～10-1s-1范围时,变形初期不同晶粒尺寸钛合金的流动应力符合Hall-Petch关系,由于细晶钛合金流动应力软化速度较快,变形至稳态阶段时细晶钛合金流动应力低于粗晶合金.     

电子束冷床(EB)炉熔炼TC4合金组织与性能研究

在前期大量试验基础上,应用电子束冷床(EB)炉一次制备工业化TC4合金扁锭,通过多点取样进行合金扁锭的成分分析,表明所制备的合金铸锭满足国家标准对TC4合金成分均匀性的要求,证明国内已经完全掌握TC4合金EB炉熔炼过程中的元素挥发和控制技术,可以一次熔炼制备TC4合金。应用该铸锭,进行不同变形方式、变形量的加工试验,并对加工的样品进行典型热处理,结果表明在加工的初期和中期,不同变形方式和变形量对本实验EB炉制备的TC4合金扁锭组织影响显著,但不同组织状态下合金力学性能差别不大。随着变形的继续深入,组织差异性逐渐减小,但性能差异性增大。这种不同于常规用电弧炉制备TC4钛合金的规律,可能与EB炉熔炼方法所特有的性质有关,需要进一步研究。     

氢对TC21合金高温变形行为的影响

采用连续升温金相法研究了氢对TC21合金相变温度的影响,通过热模拟压缩实验,研究了氢对TC21合金高温变形行为的影响.结果表明:置氢可以显著降低TC21合金的相变温度,置氢0.7%(质量分数,下同)的TC21合金相变温度为810℃,与未置氢合金相比,降幅达145℃;同时,置氢还可以有效降低TC21合金的流变应力,并且温...     

TC6合金的高温持久性能研究

为了评价TC6合金在高温下的性能,拟从持久试验出发,对TC6合金的高温性能进行分析研究。     

电弧熔炼Nb-16Si-2Fe合金铸态组织及高温压缩行为

目的了解Nb-16Si-2Fe合金热变形的高温力学行为,并掌握其变形过程中的组织演变。方法采用真空非自耗电弧炉制备了Nb-16Si-2Fe合金,利用Gleeble-1500热模拟机对合金进行高温压缩实验,并通过XRD对合金相结构进行分析。结果合金由白色树枝晶状Nbss固溶体相、灰色连续基体Nb3Si相及黑色块状Nb4Fe Si相组成。试样在较低温度、较大变形速率压缩时,产生脆性断裂。在1200~1400℃范围内,随着变形温度的升高及变形速率的降低,试样开裂倾向减小,应力峰值降低。脆性Nb3Si相由连续分布变成孤岛状分布,并发生共析反应分解生成细小两相组织。结论高温压缩过程使硬脆相Nb3Si含量降低,韧性相Nbss相含量增加,合金高温强度下降,一定程度上降低了该合金的塑性加工难度。     

Ti-6Al-4V合金高温变形热加工图的建立与分析

本文根据已有理论建立了Ti-6Al-4V合金的高温变形热加工图,分析了功率耗散效率,为保证该合金加工质量提供依据.     

TC4合金管材挤压成型工艺研究

研究了不同的挤压温度、挤压比和挤压速度等挤压参数对TC4合金管材挤压成型工艺的影响,以及润滑方式对TC4合金挤压管材表面的影响.研究结果表明,采用热挤压方式生产φ47 mm×3 mmTC4合金管材,挤压比应选在3～10之间,挤压速度选在50～120 m/s,润滑剂用玻璃粉,可得到显微组织为两相加工组织,变形充分均匀,力学性能匹配良好,表面质量合格的TC4合金管材.本研究得到的TC4合金管材挤压成型工艺研究可用于工业化生产.     

TC11钛合金β相区热变形动态再结晶过程的研究

通过热压缩实验研究了锻态等轴组织的TC11钛合金在1030~1090℃和应变速率0 001~0 1s-1范围内的流变行为和组织演变.分析了该合金在实验参数范围内变形的应力-应变曲线特征.热变形过程动力学分析获得了应力指数和激活能分别为4 05,172 3kJ·mol-1,表明该组织的合金在β区热变形主要是位错的滑移和攀移过程.组织观察和电子背散射衍射(Electron Back Scattered Diffraction, EBSD)测试表明,热变形过程中组织演变以不连续动态再结晶过程进行.该过程中,稳态变形再结晶晶粒尺寸是变形温度和应变速率的函数,而稳态变形组织处于部分动态再结晶状态.通过分析该合金特殊的动态再结晶动力学过程,建立了由原始晶粒尺寸修正的Avrami动态再结晶动力学方程.经验证,与实验数据吻合较好.     

基于Ti-6Al-4V合金高温变形建立的本构方程

本文给出了Ti-6Al-4V合金的应力应变曲线,分析了应变速率和应变温度对流动应力的影响,并建立了Ti-6Al-4V合金的高温变形本构模型,为提高该合金加工质量提供理论依据。     

Zr–2.5Nb合金热变形行为研究

目的 研究Zr–2.5Nb合金热压缩后的应力–应变关系和合金变形激活能。方法 对Zr–2.5Nb进行高温压缩试验,分析变形条件(温度和应变速率)对该合金热变形行为的影响,研究高温压缩过程中Zr–2.5Nb合金的显微组织变化,并基于Arrhenius公式分析其变形激活能。结果 在低温、高应变速率条件下,Zr–2.5Nb合金应力由峰值快速降低直至达到稳态;在高温和低应变速率下,该合金的应力–应变曲线呈现动态再结晶特征,合金平均变形激活能为468.962 kJ/mol,硬化指数为5.41。结论 在850~1 000 ℃下进行不同应变速率的热压缩变形时,高温低应变速率有利于Zr–2.5Nb动态再结晶的发生;同一温度条件下,低应变速率时合金变形激活能较小,有利于Zr–2.5Nb合金发生塑性变形。     

考虑相变的TC4钛合金流动应力研究

为完善TC4钛合金的塑性成形理论,必须建立准确的流动应力模型,而TC4钛合金的流动应力不仅与温度、应变速率和应变量相关,也受到βα+β相变的影响.本文通过等温实验和DSC实验研究了900℃时TC4钛合金的等温与连续冷却过程中的相变动力学,建立了相变动力学模型;通过Gleeble 3800热模拟机进行热压缩实验,根据实测的TC4钛合金在高温β区与低温α+β区的流动应力曲线,建立了流动应力模型;将相变动力学模型与流动应力模型结合,建立了考虑相变的流动应力模型;最后将TC4钛合金在900℃等温不同时间后进行压缩变形,对比实验得到的流动应力曲线与模型计算得到的流动应力曲线,验证了该模型的准确性.     

TC21 钛合金高温变形本构方程研究

目的研究变形温度、应变速率等热力参数对TC21钛合金流动应力的影响规律,并构建出TC21钛合金本构方程。方法在热模拟试验机上对TC21钛合金进行了等温恒应变速率压缩实验,分析其真应力-真应变曲线。结果获得了该合金在变形温度范围为760~920℃、应变速率范围为0.001~10 s-1的流动应力数据,采用多元线性回归法建立了该合金的本构方程。结论误差分析表明,该本构方程具有较高精度,可为TC21钛合金锻造过程中的数值模拟和锻造热力参数的合理制定提供理论依据。     

Analysis of high flow stress and microstructural evolution of TC6 titanium alloy during isothermal forging

Abstract

Elevated temperature true stress – strain curves have been determined for the isothermal deformation of a TC6 titanium alloy using hot compression testing in the deformation temperature range 800 – 1040°C, strain rate range 0.001 – 50 s^-1 and reduction in height of 30 – 50%. The experimental results show that the flow stress of TC6 titanium alloy is strongly dependent on process parameters, especially on the deformation temperature and strain rate. The peak stress and steady stress of such an alloy have the same characterisation, which increases with higher strain rate and lower deformation temperature. During isothermal forging, microstructural characterisation, including volume fraction, grain size, and grain pattern of prior α phase, varies with different temperatures, height reductions, and strain rates.     

TC11钛合金盘模锻过程微观组织的数值模拟

通过热力模拟压缩试验和定量金相组织测试数据,运用BP神经网络方法建立TC11钛合金等轴组织两相区变形的流变应力模型和α相组织演变模型.将所建立的流变应力模型和α相组织演变模型集成到MARC有限元分析软件中,实现TC11钛合金等轴组织两相区变形-传热-微观组织演变的多场耦合模拟技术.采用该技术模拟预测TC11钛合金盘模锻后的α相晶粒尺寸,实验验证结果表明预测误差在10%以内.     

电子束冷床熔炼TC4钛合金的热变形行为

使用Gleeble-3800热模拟实验机进行一系列热模拟压缩实验,研究了电子束冷床熔炼TC4钛合金在变形温度为850℃~1100℃、应变速率为0.01 s^-1~10 s^-1条件下的热变形行为。根据真应力-真应变曲线分析变形参数对流变应力的影响,分别建立电子束冷床熔炼TC4钛合金在(α+β)两相区和β单相区的Arrhenius本构模型,绘制了基于动态材料模型的热加工图。结果表明：流变应力随着温度的提高和应变速率的增大而降低;(α+β)两相区的热变形激活能Q=746.334 kJ/mol,β单相区的热变形激活能Q=177.841 kJ/mol;用相关系数法和相对平均误差分析了模型的误差,相关系数R²=0.995,相对平均误差AARE=5.04%。这些结果表明,所建立的模型较为准确,可准确预测其热变形流变应力;合金的最佳加工区域为：变形温度1000~1100℃、应变速率0.01~0.1 s^-1。     

预应变对TC4ELI钛合金变形行为的影响

对TC4ELI钛合金分别进行正向拉伸-反向压缩和正向压缩-反向拉伸试验,研究预应变对其后续反向变形行为的影响。结果表明:两种加载方式下,TC4ELI钛合金反向屈服强度均随着预应变的增大先降低后趋于稳定,表现出明显的包申格效应。预拉伸试验下的饱和预应变约为2%,预压缩试验下的饱和预应变约为4%。预压缩后强度降低更加明显。晶体取向差异和α相的高度不对称密排六方结构导致材料在加载过程中出现非均匀塑性变形,产生残余应力,这是诱发TC4ELI钛合金产生包申格效应的主要机制。      

Deformation behavior in isothermal compression of the TC11 titanium alloy

Isothermal compression of the TC11 titanium alloy has been conducted on Gleebe-1500 hot-simulator at the deformation temperatures ranging from 1023 K to 1323 K, the strain rates ranging from 0.001 s⁻¹ to 10.0 s⁻¹, and the height reductions ranging from 50% to 70%. The effect of deformation temperature, strain rate and strain on the flow stress and the apparent activation energy for deformation is in depth analyzed. The experimental results show that the apparent activation energy for deformation in isothermal compression of the TC11 titanium alloy decreases with the increasing of strain. Moreover, the apparent activation energy for deformation in α + β two-phase region of the TC11 titanium alloy increases with the increasing of deformation temperature and decreases with the increasing of strain rate. A power dissipation efficiency map in isothermal compression of the TC11 titanium alloy is constructed at a strain of 0.6, in which three domains with higher power dissipation efficiency are observed, and deformation characteristics of the above-mentioned domains are analyzed. Finally, optical micrographs of the TC11 titanium alloy obtained on a Leica DMLP microscope showed the evidence of deformation in three domains.     

TC4和DT4合金的绝热剪切行为

采用分离式Hopkinson压杆装置对TC4钛合金和DT4电磁纯铁的帽形试样进行动态冲击实验,以研究两种材料高应变率下的绝热剪切行为,并分析材料热物理性能和力学性能对其绝热剪切敏感性的影响。实验所得流变应力-时间的关系曲线以及微观的金相分析都表明:尽管两种材料都发生了绝热剪切失效,但是TC4材料中的绝热剪切过程比较短暂,在失稳后的几个微秒之内材料就丧失了承载能力,并且带旁基体无明显塑性流变;而DT4材料中绝热剪切带的形成和扩展过程却要经历约60μs的时间,而带旁边的基体材料沿剪切方向发生了明显的塑性流变。通过对比两种材料绝热剪切带的扩展能,揭示了材料的比热、热导率和动态强度等参数对绝热剪切过程的影响。     

Artificial neural network approach to predict the flow stress in the isothermal compression of as-cast TC21 titanium alloy

Isothermal compression of as-cast TC21 titanium alloy at the deformation temperatures ranging from 1000 to 1150 °C with an interval of 50 °C, the strain rates ranging from 0.01 to 10.0 s^?1 and the height reduction of 60% was conducted on a Gleeble-3500 thermo-mechanical simulator. Based on the experimental results, an artificial neural network (ANN) model with a back-propagation learning algorithm was developed to predict the flow stress in isothermal compression of as-cast TC21 titanium alloy. In the present ANN model, the strain, strain rate and deformation temperature were taken as inputs, and the flow stress as output. According to the predicted and experimental results, the maximum error and average error between the predicted flow stress and the experimental data were 4.60% and 1.58%, respectively. Comparison of the predicted results of flow stress based on the ANN model and those using the regression method, it was found that the relative error based on the ANN model varied from ?1.41% to 4.60% and that was in the range from ?13.38% to 10.33% using the regression method, and the average absolute relative error were 1.58% and 5.14% corresponding to the ANN model and regression method, respectively. These results have sufficiently indicated that the ANN model is more accurate and efficient in terms of predicting the flow stress of as-cast TC21 titanium alloy.