应变速率循环法构建TC4-DT钛合金本构方程

采用应变速率循环法在超塑拉伸机上对TC4-DT钛合金进行三组高温超塑性拉伸实验,变形温度为850~890℃,应变速率为3.3×10-5~3.3×10-3s-1。通过对拉伸实验数据的分析计算出TC4-DT钛合金动态再结晶激活能,并利用Arrhenius模型构建TC4-DT高温条件下的超塑性本构方程。结果表明:TC4-DT钛合金的流动应力对变形温度较为敏感,随着温度的升高,流变应力逐渐减小,软化机制愈发明显,870℃附近的超塑性较好,伸长率达到554%。     

TC4钛合金高温压缩变形行为的研究

采用等温压缩试验法,分析了TC4合金在高温低速变形过程中变形温度、应变速率对变形抗力及组织的影响,并通过回归分析得出了该合金高温变形过程中的流变应力方程,为TC4热变形工艺的制定提供参考依据。     

TC21钛合金中应变速率拉伸力学行为实验研究

对网篮组织TC21钛合金进行了0.001 s-1～50 s-1的中应变速率室温拉伸试验。试验结果表明,TC21拉伸力学行为在试验应变速率范围内具有明显的应变速率强化效应、应变硬化效应和随应变速率升高而逐渐增大的温升软化效应;屈服应力的应变速率相关性在6 s-1时发生转折;随应变率的升高,应变硬化效应减小,断裂应变和失稳应变增大;试验应变速率范围内TC21的变形机制为位错的热激活机制。SEM和金相观察结果表明,TC21的断裂方式均为韧性断裂,断裂机理为微孔洞的聚集和长大。     

生物医用TC20钛合金高温变形行为及本构关系

采用Gleeble-1500热模拟试验机对TC20合金进行等温热模拟压缩实验。分析该合金在变形温度为750~900℃,应变速率为0.001~1.0s-1条件下的变形行为及流变应力的变化规律。分析不同变形温度和变形速率下的热变形行为及其微观组织的演变规律,观察结果表明:流变应力和微观组织受变形温度和应变速率显著影响;流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低,流变应力在经历加工硬化的上升阶段后达到硬化和软化相平衡的稳定阶段。采用双曲正弦模型确定该合金的变形应力指数n和变形激活能Q分别为4.43和340.908kJ/mol,建立了相应的热变形本构方程为:ε=2.706×1016[sinh(0.0091σ)]5.72exp[-340908/(RT)]。     

TA15钛合金高温变形行为研究

通过热模拟压缩试验,研究了TA15钛合金的高温变形行为。结果表明:应变速率较小时,变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较小;应变速率较大时,变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较大。变形温度较低时,应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较大;变形温度较高时,应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较小。同时,还建立了TA15钛合金高温变形时的流动应力本构方程,方程的计算值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。     

TC11钛合金热变形特性分析及其本构关系的建立

对具有原始β转变组织的TC11钛合金在温度1090～800 ℃,应变速率10-3～10-1 s-1条件下进行了热力模拟压缩实验,获得了该合金不同热变形条件下的应力-应变曲线.通过分析该合金的热变形行为,获得了应力指数、应变速率敏感指数和热变形激活能等表征其变形特性的重要特征参数,并采用所得参数建立了热变形本构关系.对比结果表明,所建立函数关系与实验结果吻合较好.     

基于修正的Arrhennius方程钛合金高温本构方程研究

为了更准确地描述钛合金的高温变形行为,对Arrhennius方程进行修正得到钛合金高温本构方程.通过对一种新型钛合金在热模拟试验机上进行恒应变速率等温压缩实验,研究其在700~1 000℃、应变速率0.01~10 s-1条件下的热变形行为,分析了材料的真实应力-真实应变曲线.采用最小二乘拟合的数据回归处理,得到该钛合金在α+β双相区和β单相区的热变形激活能,并通过引入温度变量,获得了Arrhennius方程参数A随温度变化的函数关系,建立了该材料的高温流变应力本构方程.实验结果表明,随着变形增加,流变应力开始急剧增加,随后出现软化并趋于稳态,同时峰值应力对于温度和应变速率具有很强的敏感性.通过在Arrhenius方程中引入温度变量,有利于提高本构方程的准确性.     

TC21钛合金高温热变形行为研究

研究了不同热变形条件下TC21钛合金的流变应力行为和微观组织演变规律,分析了高温热变形行为模型及动态再结晶现象.结果表明,随变形温度的升高和热变形速率的降低,TC21钛合金在热变形过程中相变和变形同时发生,导致了热变形过程中的动态回复和再结晶现象.     

AZ31镁合金高温本构方程

分析并建立了具有动态再结晶型金属的本构方程模型,用Gleeble-1500D热/力模拟仪对AZ31镁合金进行圆柱体单向热压缩试验,并根据实验结果分析计算了本构方程模型中的各参数,获得了完整的AZ31镁合金高温本构方程.用本构方程计算了实验条件下的流变应力,计算值与实验值能较好地吻合,误差在8%以内.可为制订AZ31镁合金的热加工工艺提供理论与数据.     

TC21钛合金不同变形条件下的显微组织研究

在国内率先完成了新型八元系高强韧钛合金TC21的热模拟压缩变形实验,研究了TC21合金在β相区、(α β)相区及相变点Tβ共8个温度点及0.01～50s-1等5个应变速率值条件下的单向热加工变形特性,重点对加工态金相组织、尤其是0.01s-1和50s-1条件下的组织进行了研究,结果发现,在试样的不同部位存在变形组织的不均匀现象,该合金在不同温度区域变形时分别发生重结晶和动态再结晶.重结晶导致晶粒粗化(约100～200μm),而动态再结晶致使晶粒细化(最小在1～2μm以下).     

TC18钛合金的超塑性行为与变形机制

通过高温拉伸实验研究TC18钛合金在温度为720~950℃,初始应变速率为6.7×10~(-5)~3.3×10~(-1)s~(-1)时的超塑性拉伸行为和变形机制。结果表明:TC18钛合金在最佳超塑性变形条件下(890℃,3.3×10~(-4)s~(-1)),最大伸长率为470%,峰值应力为17.93MPa,晶粒大小均匀。在相变点Tβ(872℃)以下拉伸,伸长率先升高后下降,在温度为830℃,初始应变速率为3.3×10~(-4)s~(-1)时取得极大值373%,峰值应力为31.45MPa。TC18钛合金在两相区的超塑性变形机制为晶粒转动与晶界滑移,变形协调机制为晶内位错滑移与攀移;在单相区的超塑性变形机制为晶内位错运动,变形协调机制为动态回复和动态再结晶。     

TC1钛合金板材热加工性能研究

目的 研究新一代飞机用TC1钛合金板材在不同温度和应变速率下的热塑性变形行为,进行热变形本构建模,构建热加工图。方法 在Gleeble-3500热模拟试验机上开展TC1钛合金板材在温度为500～650℃、应变速率为0.01～0.0001 s^-1条件下的等温恒应变速率单向拉伸试验,利用应变补偿的双曲正弦模型进行热变形本构拟合,绘制热加工图。结果 在同一温度下,TC1钛合金的流动应力随应变速率的减小而降低,但伸长率增加,最大断裂应变增大;变形温度在500℃时,加工硬化占据主导地位,随着温度升高至550、600、650℃,硬化阶段变短,应力达到峰值后很快下降,发生软化,此时热软化占主要地位。结论 建立的应变补偿的双曲正弦本构模型能够有效描述TC1钛合金板材在不同温度和应变速率条件下的热塑性变形行为;根据建立的TC1钛合金板材热加工图,可以确定其热加工工艺窗口为600～650℃、0.000 1～0.001 s^-1,为TC1钛合金板的热加工提供科学指导。     

TC2钛合金的高温热变形行为

对TC2钛合金的高温变形行为进行了有限元模拟和热压缩实验研究,使用有限元自洽模型模拟提高流动应力曲线修正精度,分析材料的应力应变曲线特征,得到其高温流动本构方程和激活能,并进行了光学显微镜观察研究其微观组织演变规律,发现在高温低应变速率下α相的球化程度较高。绘制出TC2钛合金的功率耗散图和热加工图,结合应变速率敏感系数m研究了受m值控制的不同变形机制,最终确定了TC2钛合金的最佳加工窗口：(I)760~825℃、0.007~0.024 s^-1;(II)850~900℃、0.018~0.37 s^-1;(III)900~950℃、1~10 s^-1,在此区间功率耗散因子较大,在材料变形过程中发生充分动态再结晶,试样的微观组织呈细小等轴状。     

TC4-DT合金的超塑性变形及其本构方程

采用CMT4104电子万能拉伸试验机分别进行温度为870℃,应变速率为3.3×10-4s-1的恒应变速率和温度为850~890℃,应变速率为3.3×10-5~3.3×10-3s-1的应变速率循环法超塑性拉伸实验。结果表明:在变形过程中存在动态回复与动态再结晶现象,并采用Avrami方程描述了动态再结晶动力学行为;基于应变速率循环法获得了TC4-DT合金的本构模型,再通过1stopt软件加以回归拟合,得到较为精确的TC4-DT合金超塑性变形本构方程。     

Ti60合金热变形行为与应变补偿型本构模型

目的 确定Ti60合金在高温下的应变行为,促进材料性能的优化和工程应用的发展。方法 在变形温度为900、950、990、1 020、1 050℃,应变速率为0.001、0.01、0.1、1、5 s^-1,最大变形量为60%条件下,利用Gleeble-3800热模拟实验机对Ti60试样进行不同应变速率的热压缩实验。结果 Ti60合金的高温流变应力-应变规律如下：当温度一定时,随着应变速率的升高,峰值应力上升,当温度和应变速率一定时,随着应变的升高,应力表现为先上升后下降的趋势,而在1 020℃、0.01s^-1条件下,表现反常,这可能与第二相的动态析出有关。不同真应变下的变形激活能Q=838.996 201 9 kJ/mol,相应的本构方程相关系数n=2.889 582,α=0.013 182 009,A=1.335 7×10³³,建立了Ti60合金热变形Arrhenius本构关系模型■,用于预测和优化Ti60合金在高温条件下的峰值应力。采用应变补偿方法计算了五次多项式的各个系数和其他应变对应的应力。通过比较由模型计算得到的流...     

TC21合金315℃高周疲劳光滑和缺口试样断口分析

开展了TC21研究合金光滑和缺口试样的315℃高周疲劳实验,并对疲劳断口进行详细观察,研究了缺口对TC21合金疲劳寿命的影响.结果表明,光滑和缺口试样的疲劳强度比值随循环寿命降低而降低;光滑试样的失稳疲劳裂纹长度随循环应力升高而降低;瞬断区所承受的断裂应力随循环应力升高而降低;这说明裂纹失稳决定试样的断裂,缺口试样断口有多个裂纹源,以缺口试样名义应力乘以应力集中因子与光滑试样的应力相等作为比较时,缺口试样主裂纹长度大于光滑试样的裂纹长度,缺口试样的裂纹扩展寿命更长.     

基于Fields-Backofen方程的镁合金热变形本构模型

目的研究镁合金热变形行为,建立真实应力与应变、温度及应变速率间的构效关系,以表征多类镁合金的热变形过程。方法基于Gleeble-1500热模拟实验,定性、定量化分析镁合金热变形的温度敏感性,结合变形曲线的唯象特征,优化并重构Fields-Backofen本构方程以表征镁合金的热变形行为。结果镁合金热变形过程中,应力关于温度的软化作用可被描述为以e为底的指数函数形式;采用F-B方程表征镁合金热变形行为时,需考虑温度软化作用对该方程进行特定优化;优化后的F-B模型,其形式上为分段式函数,该函数所预测的变形曲线在峰值处存在尖点现象且预测误差较大;利用"离散变形微阶段求解——全阶段整合"的方法,将应变变量植入到应变速率及温度敏感系数,对F-B模型进行重构,可有效解决尖点问题,提高对变形曲线的预测精度。结论重构后的F-B模型可准确表征AZ31B镁合金的塑性流变行为,并适用于AZ91,AZ80及ZK60等具有与研究合金相似变形特性的镁合金。