锻态TB6钛合金热变形行为及组织演变

在THERMECMASTER-Z型热模拟试验机上,对锻态TB6钛合金在真应变为0.92、变形温度为800℃～1150℃、应变速率为0.001s-1～1s-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验,分析合金在β单相区条件下的热变形特点,并观察金相组织。结果表明,应变速率对合金流动应力的影响较显著;而变形温度对合金流动应力的影响在较高应变速率时较大,在较低应变速率时较小。动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数,随温度的升高而增大,随应变速率的增大而减小。从晶粒细化和动态再结晶组织均匀性考虑,当真应变为0.92时,变形温度选择在950℃～1050℃之间,应变速率选择在0.01s-1为宜。     

高温变形参数对Ti3Al基合金微观组织的影响

研究了高温变形参数对Ti-24Al-15Nb- 1.5Mo合金显微组织的影响.实验选取的变形温度为980℃,应变速率为10-3～10-1 s-1,变形程度为30％～50％.结果表明:在变形过程中,应变速率对α2相体积分数影响不大,但对α2相晶粒的形态和尺寸有一定影响,较高的应变速率有利于细化晶粒;随着变形程度的提高,α2相晶粒的细化程度增加,晶粒粒径更加细小.     

7075高强度铝合金锻造晶粒细化原理的数值仿真研究

采用考虑热机耦合效应的刚塑性有限元方法,对正方体形7075铝合金的锻造过程和晶粒细化过程进行了数值模拟,所采用的晶粒细化模型为Yada模型.结果表明,锻件内的应力、应变、应变速率、温度分布不均,模型中心区域为易变形区,4个纵向棱边区和以上下接触表面为底面的接触锥形区为难变形区.细化首先开始于易变形区,再相继扩展到纵向棱边区和接触锥形区.应变速率和温度是决定晶粒尺寸的主要因素.增加应变速率,可使晶粒尺寸变小,但高应变速率使得锻件升温;而温度升高,使得晶粒尺寸长大.有利于晶粒细化的锻造工艺条件为:温度350℃～400℃,应变速率70 s-1～100s-1,道次压缩比20%～25%.讨论了Yada模型的局限性,指明了它的适用范围.     

AZ70镁合金热压缩变形特性

在温度为300℃～420℃、应变速率为0.001s-1～1s-1的变形条件下,采用Gleeble-1500热模拟机对AZ70镁合金热压缩变形特性进行了研究。结果表明,合金的流变应力随应变速率的增大而增大,随温度的升高而降低;在给定的变形条件下,计算出合金的变形激活能为132kJ/mol,应力指数为6.2;建立了合金高温变形的本构方程;降低变形温度和提高应变速率可使再结晶晶粒平均尺寸减小。根据实验分析得出,材料的最佳热加工工艺条件为变形温度340℃～400℃,应变速率0.001s-1～0.1s-1,并提出以低速为宜。     

铸态TB6钛合金β相区热变形行为的研究

采用Thermecmastor-Z型热模拟试验机对铸态TB6钛合金在真应变为0.92、变形温度为950～1100℃、应变速率为0.001～10 s-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验,研究了该合金在β单相区的热变形行为及变形机制.结果表明,该合金的流动应力曲线主要呈流动震荡和流动软化两种特征.在0.001～0.01 s-1时,流动曲线呈小幅度流动震荡;而在10 s-1时,流动曲线呈大幅度流动震荡;在0.1～1 s-1时,流动曲线呈流动软化特征.通过微观组织观察可知:当应变速率为0.001 s-1时的变形机制为动态再结晶;在0.01～1 s-1时的变形机制主要为动态回复;在10 s-1时的变形机制为局部流动.从细化组织和降低变形抗力方面考虑,应变速率以不超过0.1 s-1为宜.     

应变速率对3003铝合金热变形动态再结晶组织的影响

采用Gleeble-1500热模拟试验机对3003铝合金进行变形温度为400℃,应变速率为0.01～10.0 s-1的等温压缩实验,获得热变形过程中的真应力-真应变曲线。结果表明:应变速率ε≥1.0 s-1时,实际变形温度高于预设温度,产生变形热效应。合金发生动态再结晶的临界应变随着应变速率的升高而增加,在较高应变速率条件下(ε≥1.0 s-1),流变应力曲线出现锯齿形波动,合金发生了不连续动态再结晶。利用光学显微镜和透射电镜分析了应变速率对3003铝合金热变形组织演变的影响。结果表明:应变速率越小,合金越容易发生动态再结晶,当应变速率为10.0 s-1时,由于变形热效应的作用,合金也发生了动态再结晶。低应变速率(ε≤0.1 s-1)条件下,提高应变速率可以明显细化晶粒,并且在相同应变下,动态再结晶体积分数随应变速率的增大而减小,综合考虑动态再结晶晶粒的大小和组织均匀性,较佳的应变速率为0.1 s-1。     

SA508-3钢铸态粗晶组织热压缩变形行为与晶粒演化规律

为获得SA508-3钢铸态粗晶组织热变形过程中的晶粒细化和均匀化规律,通过Gleeble单道次高温热压缩实验(950℃~1250℃,0.001s-1~1s-1,真应变ε=0.8),发现铸态粗晶在低温硬化-回复阶段时的应力水平较锻态细晶的略高,通过金相分析发现,该现象是由铸态粗晶组织含有大量形变孪晶及其较差的变形协调性所致。同时分析了不同变形条件(温度和应变速率)对再结晶晶粒尺寸和混晶程度的影响规律,得到了动态再结晶完成后,变形温度为1 050℃~1 200℃、应变速率为0.01s-1~1s-1的变形参数对SA508-3钢铸态粗晶组织具有较好的细化晶粒作用,最高晶粒度可达6级~7级;1050℃~1200℃、0.001s-1~0.1s-1的变形参数可有效地降低SA508-3钢铸态粗晶组织的混晶程度,动态再结晶完成后组织比较均匀。     

FGH4096粉末高温合金的热变形行为

对FGH4096合金进行了变形温度1050～1140℃,应变速率0.001～2s-1的热压缩实验。分析了合金的流变行为,构建了Arrhenius型本构方程,得到合金的热变形激活能为870.785kJ/mol。并建立了能够准确描述热加工过程中能量耗散情况和预测变形失稳的热加工图。结果表明:能量耗散与动态再结晶和晶粒长大有关,在变形温度Td为1050～1070℃,应变速率ε为0.001～0.01s-1范围内,峰值耗散率为61%(1050℃,0.001s-1),此区域易形成"项链"组织,很多晶粒处于形核阶段;在Td为1100～1140℃,ε为0.001～0.01s-1范围内,能量耗散峰值达50%(1110℃,0.001s-1),此时,晶界迁移显著,再结晶晶粒明显长大;在Td为1070～1100℃,ε为0.01～0.1s-1范围内,能量耗散率大于39%左右,再结晶完全、晶粒细小。Td为1060～1100℃,ε为0.5～2s-1时,合金落入流变失稳区,能量耗散率达到最小值,局部变形严重是造成流变失稳的重要原因。     

AZ91镁合金模拟累积叠轧过程中组织演化行为

采用Gleeble-3500热/力动态模拟试验机研究了AZ91镁合金在变形温度为250～400℃、应变速率为10-3～1 s-1条件下的热压缩变形行为。并在此基础上,采用Gleeble-3500模拟累积叠轧焊轧制方法,对其在累积叠轧焊(ARB)过程中的组织演变和晶粒细化的机制进行了研究。结果表明:AZ91镁合金在热压缩变形过程中,适宜的变形工艺为变形温度350～400℃、应变速率10-3～10-2 s-1。AZ91镁合金在变形温度350℃、应变速率0.01 s-1和变形量80%为工艺条件的累积叠轧焊过程中,晶粒在第一次轧制过程中明显细化,其机制发生了动态再结晶,在随后的叠轧过程中,晶粒细化程度有限,但组织均匀程度增加。     

热变形参数对Ti53311S合金组织的影响

在Gleeble-1500热模拟机上对Ti53311S合金进行了变形温度为880～1080℃、变形速率为0.001～10s-1的热压缩试验,分析了合金的热变形行为并观察了金相组织.结果表明,该合金流变应力均随应变速率的增加而升高,随温度的升高而降低.在相变点以下变形,随温度增加,合金中β相数量有所增加,但晶粒尺寸变化不大.在高温两相区980℃变形,低应变速率的组织较粗大,中等变形速率0.1s-1可以得到晶粒细小、均匀的组织,而应变速率高于1s-1,则会造成变形组织明显不均匀.在高温β区变形时的变形机理主要为动态回复,而且在该回复区域增加变形量并不能起到细化组织的效果.     

热变形条件对P92钢动态再结晶组织及机制的影响

采用Gleeble-1500D热力模拟压缩试验机,研究P92锻态料在温度900℃～1300℃、应变速率0.5s-1～25s-1、变形程度50%条件下的热变形行为,分析热变形参数对应力-应变曲线、动态再结晶组织演变规律和机制的影响,获得了动态再结晶分数和动态再结晶晶粒尺寸。结果表明,P92钢动态软化机制有动态回复、不连续动态再结晶和几何动态再结晶3种方式。动态再结晶分数随温度的升高而增大,且随着应变速率的增大,发生不连续动态再结晶的温度范围扩大。采用提高热变形温度和高应变速率的改进工艺,可获得P92钢优良的组织和性能。     

TC11钛合金高温变形本构关系研究

在Thermecmastor-Z型热加工模拟试验机上,对TC11钛合金在990℃～1080℃、0.001s-1～70s-1范围内进行了高温压缩实验。通过真应力-真应变曲线,分析了流动应力随变形热力参数的变化规律,并在Arrhenius方程的基础上考虑了真应变对流动应力的影响,构建出TC11钛合金的本构关系。误差分析表明,该本构方程有较好的精度,可适合于工程应用。     

基于Murty判据的Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si钛合金α β相区热变形机制及工艺优化

根据Murty失稳判据,利用原始等轴组织的TC11钛合金在780～990℃和0.001～70s-1范围内的等温恒应变速率压缩实验数据,建立了该合金的加工图.依据加工图研究了TC11钛合金的变形机制和变形缺陷与变形热力参数之间的关系.结果表明,在780～990℃和0.001～0.01 s-1范围是超塑性变形区;在780～990℃和高于0.01 s-1范围,易出现β相裂纹和空洞、局部流动以及绝热剪切等流变失稳现象.根据加工图分析,结合微观组织观察结果,并考虑变形抗力的大小,确定出了较佳的变形热力参数范围为850～940℃和0.001～0.01 s-1,最佳的变形热力参数在900℃和0.001 s-1附近.     

基于逐步回归法的TB6钛合金本构关系研究

在变形温度为800～1150℃、应变速率为0.001～10 S-1时,采用THERMECMASTER-Z型热模拟试验机对TB6钛合金进行热压缩试验.通过真应力-真应变曲线,分析了流动应力随变形热力参数的变化规律,运用逐步回归法合理选择了影响流动应力的"最优"自变量子集,构建出铸态TB6钛合金的本构关系.误差分析表明,该本构方程有较好的精度,可以为TB6热加工工艺设计提供理论指导,且所建立的模型形式简单.     

变形态Ti40合金高温变形行为

在GLEEBLE热模拟试验机上对变形态Ti40合金进行热压缩实验,采用基于Prasad准则的加工图技术,研究变形态Ti40合金在变形温度950℃～1100℃、应变速率0.001s-1～1.0s-1范围内的微观变形机制和流变失稳现象,并优化该合金的高温变形参数。结果表明,失稳区出现在低温、高应变速率区,当变形温度为950℃～1010℃、应变速率0.13s-1～1.0s-1时,失稳区会出现局部流动,在实际热加工时应尽量避开这一参数范围;变形温度950℃～1100℃、应变速率0.001s-1～0.01s-1为较佳的变形参数范围,其变形机制以动态再结晶为主,伴随动态回复,最佳的变形参数位于温度1050℃、应变速率0.001s-1附近,该区域发生了完全动态再结晶;除失稳区和较佳变形区以外的区域,变形机制以动态回复为主,伴随动态再结晶,是可加工的区域。     

Ti53311S钛合金热变形的组织和机制分析

用Gleeble-1500型热模拟试验机对Ti53311S钛合金在温度为880～1080℃,应变速率为0.001～10 s-1的条件下进行高温压缩变形行为的研究.测试了其真应力.真应变曲线,采用双曲正弦本构方程计算出激活能,双相区为641 kJ/mol,β相区为244 kJ/mol.观察了变形后的显微组织,并分析了其变形机制.结果表明:该合金对温度和应变速率敏感,不同变形条件下应力值变化很大;应变速率敏感指数(m)随温度升高而降低,而变形激活能(Q)随温度升高而增大.合金的变形机制在双相区为晶界滑移和晶粒球化,在β单相区为动态回复.     

热变形参数对新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金微观组织的影响

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机进行新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的热压缩实验,变形程度为10%～80%,变形温度为300℃～450℃,应变速率为0.001s-1～10s-1。利用光学显微镜(OM)和透射显微镜(TEM)观察合金在不同压缩条件下的组织形貌特征,分析了热变形参数对微观组织的影响。研究结果表明,试验温度范围内,变形程度达到50%以上时,试样呈锻态变形组织,且变形程度的增大,有利于动态再结晶的进行;随着变形温度的升高和应变速率的减小,位错密度减小,亚晶粒尺寸增大。新型Al-Zn-Mg-Cu合金热压缩变形过程中主要的软化机制为动态回复和动态再结晶,当应变速率为0.01s-1、变形温度为300℃～400℃时,主要发生动态回复;当变形温度为450℃、应变速率在0.001s-1～10s-1范围内时,其变形以动态再结晶为主。     

Hot deformation behaviors of Fe-microalloyed Ti-6Al-4V based on experiments and calculations

Our previous results have shown that comprehensive mechanical properties of titanium alloys can be effectively improved by addition of Fe[1]. We systematically investigate hot deformation behaviors of Ti-6Al-4V-0.35Fe in this study, which is significant to improve plastic deformation ability of titanium alloys. In experiment, we use a Gleeble 3800 thermo-mechanical simulator to obtain the relationship between thermomechanical parameters and flow stress in a range of temperatures (800-950 °C) and strain rates (0.001-10 s-1). The single-peak profiles of the flow curves indicate that dynamic recrystallization (DRX) mechanism dominates the deformation. TEM analysis indicate that the grain size in DRX changes under different deformation temperatures, and finer grains are formed at relatively lower temperature due to the dynamic globularization. The dislocation walls are formed in subgrain boundaries due to dislocation slipping-climbing. The Avrami-type DRX model and the strain compensated multivariable regression model have been applied to fit the experimental stress-strain data during hot deformation. A comparative study between these two types of constitutive models is conducted to represent the flow behavior. It is found that both models have good accuracy in predicting the flow stress of Ti-6Al-4V-0.35Fe alloy. A processing map based on dynamic material model (DMM) at the strain of 0.8 (steady-state flow stage) has been established to identify the flow instability regions and stability regions. The strain rate range of stability region is 0.001-0.6s-1 which has been expanded compared to the range of 0.0003-0.1s-1 of Ti-6Al-4V. Optimal hot working parameters are confirmed to be 920-950 °C and 0.001-0.005 s-1, and nearly complete DRX has taken place. Our results indicate that hot working property of Fe-microalloyed Ti-6Al-4V is better than that of Ti-6Al-4V alloy in 800-950 °C temperature scale, and processing cost has been decreased.