中温变形下TC4合金绝热剪切带研究（英文）

研究了TC4合金在中温变形过程中形成的绝热剪切带,应变速率为50 s-1,变形温度为560~660 oC。结果表明变形温度对绝热剪切带的形成有很大影响。剪切带宽度随着变形温度的升高从85μm增加至140μm。因为发生了加工硬化和绝热剪切带中产生的细晶强化作用,绝热剪切带对应的维氏显微硬度比基体高。讨论了绝热剪切带中微观组织演变规律,大应变以及高温使得绝热剪切带中发生了动态再结晶,形成了等轴的再结晶晶粒,再结晶晶粒尺寸为200 nm左右。本研究中形成的绝热剪切带具有形变剪切带和相变剪切的特点。     

Adiabatic Shear Band of TC4 Alloy during Warm Comp- ression

研究了TC4合金在中温变形过程中形成的绝热剪切带,应变速率为50 s-1,变形温度为560~660 oC。结果表明变形温度对绝热剪切带的形成有很大影响。剪切带宽度随着变形温度的升高从85μm增加至140μm。因为发生了加工硬化和绝热剪切带中产生的细晶强化作用,绝热剪切带对应的维氏显微硬度比基体高。讨论了绝热剪切带中微观组织演变规律,大应变以及高温使得绝热剪切带中发生了动态再结晶,形成了等轴的再结晶晶粒,再结晶晶粒尺寸为200 nm左右。本研究中形成的绝热剪切带具有形变剪切带和相变剪切的特点。     

U-5.7Nb合金动载下绝热剪切带的形成及其演化机制

研究了U-5.7Nb合金在应变速率为8000s~(-1)下绝热剪切带的形成及其演化机制。通过控制应变速率,采用应变限位环的方法实现了U-5.7Nb合金在不同应变下的动态变形。结果表明:随着应变的增加,U-5.7Nb合金动载下会形成两种类型的绝热剪切带:形变带和转变带。形变带形成所需的临界应变值接近于0.33,而转变带形成所需的临界应变值接近于0.39。显微组织观察表明形变带内部由严重拉长的畸变组织组成,而转变带内部主要由细小等轴的晶粒组成。基于不同应变下绝热剪切带的表征,预测了U-5.7Nb合金动载下塑性变形及其断裂过程。     

初始组织对Ti-6Al-4V合金高温变形机制影响研究

研究了两种不同初始组织(魏氏组织、马氏体组织)Ti-6Al-4V合金在温度区间为700~750℃,应变速率为10~(-3)~1s~(-1)之间的高温变形行为。结果表明:初始组织对Ti-6Al-4V合金高温变形行为有着重要影响,初始魏氏组织Ti-6Al-4V合金主要发生了绝热剪切变形,在试样内部形成了绝热剪切带,绝热剪切带的密度随着温度上升和应变速率下降而减小;α′马氏体组织Ti-6Al-4V合金主要发生了稳态变形,在试样内形成了晶粒尺寸在亚微米级甚至纳米级的超细晶组织,晶粒尺寸和组织均匀性随着温度升高和应变速率减小而增大。α′马氏体组织的晶粒细化机制主要是连续动态再结晶,α′/α+β相变过程为再结晶的发生提供了重要的驱动力。     

应变水平对锆合金动载下塑性变形机制的影响

基于实验设计研究了应变参数对锆合金动载下塑性变形机制的影响。通过控制应变速率,采用应变限位环的方法实现了锆合金高应变速率下应变参数的单一分离,应变速率为2300 s~(-1)时,获得了4个不同的应变水平:0.11、0.21、0.30、0.33。基于锆合金高应变速率不同应变下微观组织的表征,预测了应变参数对锆合金动载下塑性变形过程的影响。结果表明:形变带和转变带是锆合金不同应变阶段塑性变形的重要方式,形变带内部由严重变形的晶粒组成,而转变带内部主要由100~300 nm的细小等轴晶粒组成。在变形初始阶段,锆合金变形以柱面滑移和锥面滑移为主,以孪生为辅;随着应变的增加,位错持续增殖,位错的塞积导致应力增加,直至最大抗压强度;当应变达到一个临界值时,形成形变带;随应变继续增加,形变带发生动态再结晶,演化为转变带;应变继续增加,便会在剪切带内部诱发微空洞、微裂纹,直至材料断裂。     

切削速度对锯齿形切屑形成的影响规律

为研究TC4切削加工过程中切削速度对锯齿形切屑破坏程度的影响,对TC4进行单因素切削试验，分析TC4的动态行为，并进行有限元仿真，进一步探究锯齿形切屑影响因素以及切屑与切削速度之间的联系。结果表明：在TC4切削过程中，随着切削速度的提高，切屑的锯齿状越来越明显；通过数值计算得出，TC4的能量势垒随着切削速度增大而降低，而绝热剪切带内部应力、应变随着切削速度提高而增大，切削速度越高越容易形成锯齿形切屑。     

β-T51Z合金的热变形行为与组织演变研究

针对亚稳β-T51Z(51.1Zr-40.2Ti-4.5Al-4.2V)合金,采用Gleeble-3500试验机进行热模拟实验,利用EBSD和TEM分析了变形温度和应变速率对合金热变形行为的影响及其组织演变规律。结果表明:T51Z合金在热变形时,其流变应力曲线呈现典型的单峰动态再结晶特征,其应力增幅随着变形温度的降低或应变速率的增加逐渐增加。基于峰值应力建立了合金热变形本构方程,计算得出热变形激活能为159.57kJ/mol,该合金在热压缩过程中的变形机制主要与位错的交滑移有关。变形温度和应变速率对合金形变组织影响较大,整个热变形过程都存在动态回复,随着变形温度的升高或应变速率的降低,合金动态再结晶分数逐渐增大。在800℃/10 s~(-1)变形条件下,合金容易形成绝热剪切带,宏/微观变形不均匀现象严重。     

高速切削Ti6Al4V锯齿形切屑形成的表征

深入研究锯齿形切屑的形成过程及表征有利于工业生产中的切屑控制。用锯齿频率、锯齿化程度及绝热剪切带间距来对锯齿形切屑进行表征。鉴于Ti6Al4V在加工过程中易于形成锯齿形切屑,因此选择Ti6Al4V作为工件材料,通过高速切削Ti6Al4V实验,收集不同切削速度和每齿进给量下的锯齿形切屑;将获得的锯齿形切屑进行抛磨及腐蚀后,在VHX-600 ESO数码显微镜下观察切屑形貌,计算不同切削条件下锯齿频率、锯齿化程度及绝热剪切带间距。结果表明:随着切削速度的提高,锯齿频率及锯齿化程度增大,绝热剪切带间距减小;随着每齿进给量的增大,锯齿频率减小,锯齿化程度及绝热剪切带间距增大。锯齿化程度可以作为普通切削、高速切削及超高速切削的判据。     

基于实测剪切应力及局部应变的Ti-6Al-4V绝热剪切带的峰值温度估算

认为试样表面的变形场出现不连续性不是绝热剪切带出现的标志,而是形变绝热剪切带进一步发展的结果;在计算绝热剪切带内部的峰值温度时应从局部剪切应变中扣除弹性应变,因为弹性应变不会对塑性功有所贡献。以动态扭转的Ti-6Al-4V试样(TA-50)为例,计算了绝热剪切带内部的峰值温度,其被划分为3部分:环境温度、均匀和非均匀变形引起的温度。在两种条件下(从局部剪切应变中扣除弹性应变与否),计算出的峰值温度分别为669和665℃,其在热回复和再结晶的温度范围之内,未达到相变的温度,比Liao及Duffy的理论计算值(630℃)要高。如果剪切应力-局部塑性剪切应变的关系不能完全确定,适当的近似是必要的。     

航空铝合金7075-T651高速铣削锯齿形切屑的形成机理研究

目的分析航空铝合金高速铣削锯齿形切屑的形成过程及机理,为提高工件表面质量、延长刀具使用寿命提供理论依据。方法考虑航空铝合金在高速铣削过程中铣削厚度变化的特点,选用合理的本构模型及材料断裂准则,将三维铣削简化为二维变厚度的正交切削热力耦合有限元模型,对锯齿形切屑的形成过程进行有限元模拟,并经铣削试验验证有限元模型的准确性。结果在2～16 m/s的切削速度范围内,铣削力、切削温度、锯齿形切屑形貌均得到了准确的仿真。随着切削速度的增加,切屑厚度、切屑连续部分高度和剪切带间距都有减小的趋势,相反,剪切角随切削速度的增加而增大。切削速度为16m/s时,锯齿形切屑在切屑厚度较大的一侧出现,并随着切屑厚度减小而逐渐消失,变为均匀带状切屑,准确仿真了切削厚度变化下锯齿形切屑形貌。结论提出考虑剪切带宽度变化的三阶段锯齿形切屑形成模型,通过剪切带内外的应变、应变率和温度的变化分析了绝热剪切过程,并使用分割强度比参数量化锯齿形切屑应变程度,控制锯齿形切屑形态。     

Ti-6Al-4V和Ti-10V-2Fe-3Al钛合金激光辅助铣削切屑形貌研究

钛合金被广泛用于飞机机身、起落架和紧固件的制造中。然而,钛合金属于典型的难切削材料,其中锯齿型切屑的产生是造成其切削困难的主要原因之一。激光辅助切削是一种新兴的切削方法,常用于难加工材料的切削中,研究该切削方式下钛合金切屑形貌对于探明钛合金激光辅助切削机理,进一步实现其工程化应用具有重要的意义。文章通过实验研究了两种常用的钛合金Ti-6Al-4V和Ti-10V-2Fe-3Al在激光辅助切削加工条件下切屑的形貌特征。结果表明,这两种钛合金在传统加工时形成锯齿型切屑,在相同的工艺参数下激光辅助切削时形成连续型切屑,并随着切削速度的增加,连续型切屑逐渐转变为锯齿型切屑。激光辅助切削条件下,β型钛合金Ti-10V-2Fe-3Al切屑的绝热剪切带消失,α+β型钛合金Ti-6Al-4V切屑的绝热剪切带仍然存在,这意味着Ti-10V-2Fe-3Al合金对温度的变化更为敏感。     

疲劳态铜单晶高速形变下绝热剪切带的形成

采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置和SEM研究了原始态和疲劳态铜单晶在高应变率下形变的组织演变．实验结果表明：原始态铜单晶在高应变率下很难产生绝热剪切带(ASB),而疲劳态铜单晶容易产生绝热剪切带．驻留滑移带(PSBs)和冲击波引起的应力集中是疲劳态铜单晶高应变率形变下绝热剪切带形成的重要原因,绝热剪切带的间距和宽度随应变率的增大而减小．     

显微组织和应变速率对TC4合金动态力学性能和绝热剪切带的影响

通过热处理成功获得了等轴、片层和双态3种组织结构的TC4合金,并研究了其动态力学性能及变形机制。通过对比硬化-软化转变临界剪切应变率、最大抗剪切强度、萌发绝热剪切带的临界剪切应变速率和承载时间4个指标评估了3种组织合金的动态力学性能。结果表明,片层组织TC4合金具有较高的抗剪切强度和临界剪切应变速率以及最低的绝热剪切敏感性,其动态力学性能最佳。进一步的微观结构分析表明,3种组织合金中所形成的绝热剪切带均为脆性剪切带,且剪切带宽度随剪切应变速率的增大而减小。当剪切应变速率相同时,3种组织合金的剪切带宽度由大到小依次为：片层组织、双态组织、等轴组织。     

TC4合金绝热剪切动态演变过程数值模拟研究

对TC4合金强迫剪切过程进行了数值模拟,获得了绝热剪切过程中变形局域化区域内的von-Mises应力、有效塑性应变以及温度的分布规律。通过分析发现：大量应变集中于帽形试样变形局域化区域内,且在试样两拐角处最大;变形局域化区域内温度明显高于基体温度,且在试样两拐角处最高。结果表明,绝热剪切带内温度达到了TC4合金的再结晶温度,这为TC4合金绝热剪切带内微观组织变形机制的研究提供了依据     

一种典型近α型钛合金绝热剪切带组织特征研究

本文采用帽形试样对一种典型近α型Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V钛合金在不同应变率条件下的绝热剪切特征开展了研究,结果表明：合金的动态应力应变曲线呈现典型的三阶段特征,分别对应于应变硬化、热软化和剪切局部化阶段,最终形成绝热剪切带(ASB)。在近剪切带处,初生α相和次生α相在过渡区内发生扭曲变形,甚至断裂,出现孪晶变形特征,近剪切带区域微观取向差增大,利于位错滑移/孪晶取向的α相优先发生塑性变形,形成亚结构,晶粒碎化,发生动态再结晶;随着应变率的提高,剪切带宽度呈增大趋势,且出现旋涡结构以协调和适应变形;通过纳米压痕试验,分析了ASB及其附近与基体α相、β相的弹性模量和显微硬度,表明该合金的绝热剪切带为一条软化带,影响区的宽度在ASB附近30μm以内。     

应变速率对GH690高温合金热变形特性的影响（英文）

为阐明应变速率对GH690高温合金热变形特性的影响,采用Gleeble-3800热力模拟试验机,通过变形温度范围为1000~1200°C、应变速率范围为0.001~10 s~(-1)的等温热压缩实验研究了该合金的热变形行为。结果表明:流变应力对应变速率变化敏感,动态再结晶是主要的软化机制;0.1 s~(-1)是1000°C热变形过程中的临界应变速率。绝热温升使得动态再结晶过程与应变速率密切相关;应变速率对热变形过程中的非连续动态再结晶和连续动态再结晶具有显著影响;孪晶可促进动态再结晶形核,Σ3~n(n=1,2,3)晶界在中等应变速率0.1 s~(-1)条件下含量较低。     

变形参数对Ti-22Al-24Nb合金高温流动应力及组织影响

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了Ti-22Al-24Nb合金在温度为900～1 110℃和应变速率为0.01～10s~(-1)条件下的高温流动应力及微观组织,分析了应变速率和变形温度对高温流动应力及热变形组织的影响。结果表明,变形温度和应变速率对Ti-22Al-24Nb合金的流动应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增加而升高。在α_2+B_2两相区,高应变速率下(6)ε≥1.0s~(-1))进行变形时,合金显微组织发生局部塑性流动和绝热剪切。在B_2单相区,低应变速率(6)ε≤0.1s~(-1))进行变形时,有明显的动态再结晶晶粒产生。高应变速率下,原始B_2相晶粒被明显拉长,晶界多呈不连续状态;低应变速率下变形时,随变形温度升高,合金易发生动态再结晶,当变形温度高于990℃时出现明显的动态再结晶特征;高应变速率下变形时,晶界模糊,随变形温度降低,晶界几乎全部消失,合金易发生局部塑性流动和绝热剪切。     

基于实测剪切应力及局部应变的Ti-6Al-4V绝热剪切带的峰值温度估算

认为试样表面的变形场出现不连续性不是绝热剪切带出现的标志,而是形变绝热剪切带进一步发展的结果;在计算绝热剪切带内部的峰值温度时应从局部剪切应变中扣除弹性应变,因为弹性应变不会对塑性功有所贡献。以动态扭转的Ti-6Al-4V试样（TA-50）为例,计算了绝热剪切带内部的峰值温度,其被划分为3部分：环境温度、均匀和非均匀变形引起的温度。在两种条件下（从局部剪切应变中扣除弹性应变与否）,计算出的峰值温度分别为669和665 ℃,其在热回复和再结晶的温度范围之内,未达到相变的温度,比Liao及Duffy的理论计算值（630 ℃）要高。如果剪切应力-局部塑性剪切应变的关系不能完全确定,适当的近似是必要的。     

β-Ti合金在高应变率下的绝热剪切现象

对高应变率下变形的β-钛合金,用光学显微镜和扫描电镜观察研究了其绝热剪切带的显微组织。表明随变形的增加,依次有三种类型的绝热剪切带,即:形变带,具有细条状微晶结构和具有等轴微晶结构的转变带。在大形变量时,均沿绝热剪切带出现裂纹。在讨论绝热剪切判据时区分绝热剪切变形,绝热剪切断裂和热塑失稳是重要的。     

ADIABATIC SHEARING PHENOMENON OF β-Ti ALLOY AT HIGH STRAIN RATE

对高应变率下变形的β-钛合金,用光学显微镜和扫描电镜观察研究了其绝热剪切带的显微组织。表明随变形的增加,依次有三种类型的绝热剪切带,即:形变带,具有细条状微晶结构和具有等轴微晶结构的转变带。在大形变量时,均沿绝热剪切带出现裂纹。在讨论绝热剪切判据时区分绝热剪切变形,绝热剪切断裂和热塑失稳是重要的。