TC11钛合金应变率相关的拉伸行为（英文）

为了获取TC11钛合金拉伸性能随应变率的变化规律,对该材料开展了宽应变率范围下的单轴拉伸试验。结果表明,随着应变率从准静态增加到动态,TC11钛合金的屈服强度略有上升,而应变硬化模量下降。此外,在准静态和动态拉伸下,TC11钛合金均发生了剪切断裂,但动态断裂面上韧窝尺寸小于准静态断面上韧窝尺寸。进一步对材料在变形过程中的温升进行了分析,结果发现,高应变率下材料断裂面上更小尺寸的韧窝和材料更容易发生应变软化归因于动态加载情况下材料中产生了更高的温升。     

动态拉伸过程TC11钛合金绝热温升的功热转化系数确定方法

通过对分离式Hopkinson拉杆试验装置进行改进,在入射杆与透射杆上加入余波吸收器,消除了动态拉伸过程中反射余波对试件的二次加载,从而发展了动态拉伸复元试验技术。对TC11两相钛合金试件进行动态拉伸复元试验,获得了TC11合金在不同应变率下的等温应力-应变曲线,成功实现了材料的温度软化效应与应变硬化、应变率强化效应的解耦。并且对TC11钛合金开展了不同初始温度下的准静态拉伸试验,采用Johnson-Cook模型描述材料的温度软化效应,并引入绝热动态拉伸过程的绝热温升值对Johnson-Cook模型进行修正,当修正模型计算所得的绝热曲线与试验所得绝热曲线相互吻合时,可以确定TC11钛合金在不同应变率动态拉伸条件下塑性耗散功向热量的转化系数,并且发现了应变率500 s~(-1)下的转化系数要小于应变率190 s~(-1)下的转化系数。     

TC6钛合金高温准静态与室温动态变形条件下微结构演化对比

采用gleeble-1500热模拟试验机及分离式霍普金森压杆技术,对TC6钛合金试样进行高温准静态(0.01s-1)压缩试验及室温高应变率(103s-1)剪切试验,通过光学显微镜及透射电镜对比研究2种变形条件下材料微结构演化特点。结果表明:在2种变形条件下材料微结构演化显著不同。在高温准静态条件下变形时,TC6钛合金微结构演化经历了4个阶段:等轴状α相变形为板条状→板条状α相断裂,同时出现动态再结晶晶粒→动态再结晶晶粒长大→发生α/β相变;在高应变率加载条件下变形时,TC6钛合金微结构演化经历了3个阶段:等轴状α相变形为板条状→位错的快速运动,板条状α相变形为更为细长狭窄的长条状→长条状α相断裂,同时出现少量动态再结晶晶粒;在2种变形条件下,TC6钛合金均发生了动态再结晶,但高温准静态下,动态再结晶晶粒较多且发生长大,尺寸为3～5μm,而高应变率加载条件下形成的动态再结晶晶粒较少且没有长大,尺寸为0.1～0.2μm。     

TC21钛合金动态拉伸行为的率-热效应及其本构关系研究

本文对TC21两相钛合金材料在不同温度下从准静态到高应变率范围（0.001-1200s-1）的动态拉伸力学行为进行了试验研究。通过静态试验机与分离式Hopkinson拉杆装置,获取了TC21钛合金在单轴拉伸载荷下的应力-应变响应曲线。同时通过动态拉伸复元试验方法得到了材料在高应变率下的等温应力-应变响应曲线。由试验结果可见TC21钛合金的动态拉伸力学行为具备应变率-温度敏感特性,其初始屈服应力随应变率增加而增大,随温度升高而减小,通过引入两个敏感度系数对TC21材料的率-热效应进行了探究。同时根据等温试验数据对Johnson-Cook唯象本构模型进行修正来描述TC21钛合金率-热相关性的本构行为。对比模型预测结果与试验数据,二者吻合良好验证了修正模型的准确性。     

TC21钛合金动态拉伸行为的率-热效应及其本构关系

对TC21两相钛合金材料在不同温度下从准静态到高应变率范围(0.001~1200 s~(-1))的动态拉伸力学行为进行了试验研究。通过静态试验机与分离式Hopkinson拉杆装置,获取了TC21钛合金在单轴拉伸载荷下的应力-应变响应曲线。同时通过动态拉伸复元试验方法得到了材料在高应变率下的等温应力-应变响应曲线。由试验结果可见,TC21钛合金的动态拉伸力学行为具备应变率-温度敏感特性,其初始屈服应力随应变率增加而增大,随温度升高而减小,通过引入2个敏感度系数对TC21材料的率-热效应进行了探究。同时根据等温试验数据对Johnson-Cook唯象本构模型进行修正来描述TC21钛合金率-热相关性的本构行为。对比模型预测结果与试验数据,二者吻合良好,验证了修正模型的准确性。     

基于Johnson-Cook模型的TC16钛合金动态本构关系

利用Instron液压实验机和分离式Hopkinson压杆动态加载实验,在温度为298～773K、应变率为0．001～15550／s范围内得到TC16钛合金的准静态拉伸及动态压缩条件下的真应力-真应变曲线,并基于Johnson-Cook模型对其进行拟合分析。提出拟合Johnson-Cook方程的简便方法：即引入材料应力-应变曲线发展趋势项,避免对材料绝热温升的估算。结果表明：真应力随应变速率的增加而增加,随温度的增加而降低;当应变速率为10^5／s及温度高于673K时,材料此时的真应力低于准静态下的真应力;获得TC16动态本构关系,能较好地预测TC16钛合金的流变应力。     

典型航空用合金准静态拉压力学性能研究

针对典型航空用钛合金和铝合金,通过准静态拉伸和压缩试验研究不同加载速率下TC4钛合金和7075铝合金的力学性能,并分析了材料拉伸微观断口形貌。研究表明:相同加载速率下钛合金的抗拉强度比铝合金高约300 MPa、抗压强度高约800 MPa;拉伸速率对钛合金和铝合金的弹性模量和断面收缩率均有较为显著的影响。压缩速率对两种合金的力学性能影响均不显著。但同种材料的拉、压弹性模量相差较大;拉伸断裂后钛合金颈缩较为明显,铝合金放射区较为明显,表明钛合金塑性较好,铝合金硬度较大。压缩破坏后钛合金与铝合金断面角度约为45°～55°;拉伸条件下钛合金断口微观组织形貌中出现大量大小不一的韧窝,断口伴有少量的撕裂棱。铝合金断口出现了较大的韧窝,部分韧窝内还包含空洞。     

铸造态钛合金力学性能及抗弹性能研究

以铸造态钛合金β20C、TC4、TA15和TA18为研究对象,开展了以钛合金为面板、A3钢为背板的复合装甲抗弹性能试验、基于分离式Hopkinson Bar技术的动态压缩试验和室温条件下的准静态压缩和准静态拉伸试验。并对铸造态钛合金β20C、TC4、TA15和TA18抗弹性能的影响因素进行了对比与分析。结果发现:铸造态钛合金β20C的A3钢背板具有最小残余穿深值4.7 mm,分别比铸造态钛合金TC4、TA15和TA18低22%、37%和23%,且β20C的质量防护系数也相应有最大值2.61,表明β20C具有最佳抗弹性能;铸造态钛合金β20C的动态压缩强度、准静态抗压强度、准静态拉伸屈服强度和准静态抗拉强度值分别达1578、1474、1052和1101 MPa,各强度值在4种钛合金中均是最高的,表明动态强度及准静态强度对铸造态钛合金的抗弹性能的影响是决定性的;4种铸造态钛合金的冲击吸收功、动态塑性、临界断裂应变和断后伸长率则与抗弹性能呈现出一定的波动关系,表明冲击吸收功、动态塑性和准静态塑性对抗弹性能的影响是非决定性的;铸造态钛合金β20C靶板正面出现了尺寸为10 mm×12 mm的开坑现象,在4种铸造态钛合金中是最明显的,同时没有发现明显的剪切冲塞破环现象。     

基于J-C模型的TC18钛合金动态本构方程构建

采用电子万能试验机对TC18钛合金进行常温准静态压缩实验,得到该合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18钛合金在温度分别298、523、773、1 023 K,应变率分别为500、1 000、1 500 s-1下进行动态力学性能实验,从而获得TC18钛合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线,并利用J-C模型对合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合,最终建立该合金在高温下的动态塑性本构方程。通过对模型的计算结果分析表明,该模型可以较好地预测TC18钛合金在高温与冲击载荷共同作用下的塑性流变应力。     

X70管线钢电化学充氢后的力学行为研究

应用拉伸试验和慢拉伸试验，研究X70管线钢电化学充氢后材料拉伸性能的变化．结果表明：电化学充氢对X70管线钢的强度没有显著的影响，主要降低了材料的塑性，从而降低了材料的断裂延性和断裂强度．在静态电化学充氢条件下，材料的塑性随充氢时间的增加，依次降低．在慢拉伸条件下，动态电化学充氢显著降低材料的塑性．断口分析表明：静态电化学充氢后的断口以韧窝为主要特征，但韧窝直径变小；慢拉伸的动态电化学充氢断口出现准解理断裂．     

TC6热加工过程中微观组织演化模型的建立

通过Gleeble-3500热模拟实验机得出TC6钛合金在变形温度为860~950℃,应变速率为0.01~50 s-1,变形程度分别为30%和50%时的应力-应变曲线。通过金相实验研究了TC6在实验条件下微观组织的演变规律,并建立了TC6在(α+β)两相区塑性变形过程中α相的动态再结晶模型。结果表明:TC6钛合金在低应变速率下变形时,动态回复过程相对增强,动态再结晶受到抑制;相同温度、不同应变速率下的微观组织形貌基本相同,但是随着应变速率的增加再结晶程度增大,组织细化。模型平均误差小于13%,可以满足预测需要。     

钛合金叶片盘近净热流变成形的数值模拟及其应用

研究了TC11钛合金叶片盘的近净热流变成形。采用几何造型软件UG NX3对TC11钛合金第二级叶片盘的坯料和模具进行实体造型,同时基于刚粘塑性不可压缩材料的变分原理,运用体积分析软件DEFORM 3D对3种不同应变速率下的叶片盘等温近净热流变成形过程进行数值模拟,研究了工件在成形过程中的速度场、温度场和等效应变场的分布情况,以及凸模和凹模的载荷-行程曲线,为优化工艺参数提供了理论依据。同时与传统的方法进行了比较,发现用此方法生产的产品,其力学性能及微结构都有明显的改进。结果分析表明,随着变形速率的减小,金属向凹模型腔内的流动越均匀,叶型更容易充满。     

Hot deformation behavior and microstructure evolution of TC4 titanium alloy

The hot deformation behavior of Ti-6Al-4V(TC4) titanium alloy was investigated in the temperature range from 650 °C to 950 °C with the strain rate ranging from 7.7×10-4 s-1 to 7.7×10-2 s-1.The hot tension test results indicate that the flow stress decreases with increasing the deformation temperature and increases with increasing the strain rate.XRD analysis result reveals that only deformation temperature affects the phase constitution.The microstructure evolution under different deformation conditions was characterized by TEM observation.For the deformation of TC4 alloy,the work-hardening is dominant at low temperature,while the dynamic recovery and dynamic re-crystallization assisted softening is dominant at high temperature.     

TC6钛合金动态断裂机制

采用分离式Hopkinson Bar系统,对双态组织的TC6钛合金帽形试样进行动态力学试验,研究其动态断裂失效机制。结果表明:双态组织TC6钛合金在动态下变形时,其断裂常与绝热剪切带相联系,且断裂由微孔洞形核、孔洞长大形成微裂纹、微裂纹长大扩展形成宏观断裂3个过程组成。     

TC6钛合金动态压缩变形中“应力塌陷”的形成原因

采用分离式Hopkinson Bar技术和一种新型的中断动态试验方法对TC6钛合金进行了动态压缩试验,通过光学显微镜、扫描电子显微镜分析了TC6钛合金变形到不同应变量时所产生绝热剪切带的微观形貌,通过与宏观力学响应相对应,研究了TC6钛合金在动态压缩变形中,绝热剪切带的形成过程及造成应力快速下降的原因。结果表明:在高应变率下,材料绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程;在应变率为2.5×10~3s~(-1)的动态压缩过程中,"应力塌陷"现象是由于材料内产生了大于一定尺寸的微裂纹所致。     

细晶TC4钛合金的动态再结晶行为及数值模拟

采用实验和有限元模拟相结合的方法,研究了经连续变断面循环挤压制备的细晶TC4钛合金热加工过程中的动态再结晶（DRX）行为。通过实验得到的真应力-应变曲线,建立了细晶TC4钛合金的临界应变模型和DRX动力学模型,并基于所建立的DRX模型,采用DEFORM-3D软件对其热压缩过程进行了模拟。结果表明:热压缩工艺参数对细晶TC4合金的DRX行为有显著影响;随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶的体积分数（XDRX）及其晶粒尺寸均增大;随着应变的增大,变形区的等效应变和区域范围均增大;合金变形时,XDRX的实验值与其模拟值的相关性为0.9762,表明所建立的模型具有较高的精度。     

Effects of process parameters on the microstructure during the hot compression of a TC6 titanium alloy

The effects of process parameters on the microstructural evolution, including grain size and volume fraction of the α phase during hot forming of a TC6 alloy were investigated using compression tests. Experiments were conducted on the material with (α β) phases at deformation temperatures of 800, 860, 920, and 950℃, swain rates of 0.001, 0.01, 1, and 50 s^-1, and height direction reductions of 30%, 40%, and 50%. After reaching a peak value near 920, the gram size and volume fraction decrease with further increase of deformation temperature. The strain rate affects the morphologies and grain size of α phase of the TC6 titanium alloy. At a lower strain rate, the effect of the swain rate on the volume fraction is greater than that at a higher swain rate under the experimental conditions. The effects of the swain rate on the microstructure also result from deformation heating. The grain size of the α phase increases with an increase in height direction reduction after an early drop. The effect of height direction reduction on the volume fraction is similar to that of the grain size. All of the optical micrographs and quantitative metallography show that deformation process parameters affect the microstructure during hot forming of the TC6 alloy, and a correlation between the temperature, strain, and strain rate appears to be a significant fuzzy characteristic.     

TC21G钛合金平面应变变形行为及其机理

利用平面应变压缩实验,研究TC21G钛合金在变形温度为870~940℃、应变速率为0.1~1 s^-1条件下的变形行为,并分析显微组织的演变过程。同时,研究加工参数对应变硬化指数n值的影响。结果表明:在应变速率一定的条件下,随着变形温度的升高,显微组织中β相的含量增加,合金的流变应力降低;而在变形温度一定的条件下,随着应变速率的增加,可动位错的迁移速率增加,从而使合金的流变应力升高。TC21G钛合金在两相区进行变形,随着变形温度的升高,应变量的增加以及应变速率的降低,片层α相的球化程度增加。基于显微组织的分析可知,应变硬化指数n值与绝热升温效应,β相的动态再结晶(DRX)以及动态回复(DRV)有密切的关系。     

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。