Ti-6Al-4V合金超塑性变形及微观组织演变

通过高温拉伸试验研究了Ti-6Al-4V合金的高温变形力学行为和超塑性,并对试样断口附近的组织进行了观察。结果表明,随着变形温度的升高或初始应变速率的降低,Ti-6Al-4V合金的流动应力明显减小;Ti-6Al-4V合金的最佳超塑性变形工艺参数为880℃/0.001s-1,最大延伸率为689%,峰值应力仅为30.03MPa;在超塑性拉伸过程中,试样变形区发生明显的动态再结晶,使片层状的α相晶粒破碎、细化和等轴化,促进超塑性的增加;随着变形温度的提高、变形量增大和变形时间的加长,再结晶α相发生了聚集长大,从而使显微组织明显粗化。对于双态组织的两相钛合金,最佳超塑性变形温度应低于或等于片层状α→β转变的终了温度。     

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。     

Ti-6Al-4V合金等温压缩变形时的温度敏感性指数

研究变形工艺对Ti-6Al-4V合金微观组织演变和温度敏感性指数的影响。等温压缩实验选取的变形温度为1123～1213 K、应变速率为0.01～10.0 s-1、变形程度为30%,50%,70%。结果表明,初生α相晶粒尺寸和体积分数随着变形温度升高和应变速率增加逐渐减小;温度敏感性指数随着变形温度升高和应变速率增加逐渐增大;应变增加时,初生α相晶粒尺寸和体积分数变化不明显,温度敏感性指数减小。     

Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe等温热压缩行为及本构方程的建立（英文）

通过等温压缩试验和金相显微镜分析研究具有等轴(α+β)晶粒初始组织的Ti-5Al-5Mo-V-1Cr-1Fe合金的高温压缩性能。基于温度校准的真应力-应变数据,建立了高精度本构模型和加工图。研究结果表明,压缩试样局域应变不均匀性随着温度的升高而减少,使得α相分布均匀。对于温度范围在800~840°C、应变速率为10 s~(-1)的形变条件下,α相的体积分数随温度升高而增加,而α相的平均晶粒尺寸随温度升高而缓慢减小,表明动态回复和动态再结晶同时发生。在温度范围为860~900°C、应变速率为10 s~(-1)的变形条件下,试样中观察到流变局部化和微弱的β相晶界。加工图分析表明,Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金的热加工适于在应变速率低于0.01 s~(-1)下进行,以便提高其加工性。     

Ti-6Al-4V合金绝热剪切敏感性与临界破碎速度关系研究

利用应力塌陷发生的临界应变作为参量对比了Ti-6Al-4V合金的4种典型组织的绝热剪切敏感性,同时利用Taylor杆实验技术测定了其临界破碎速度,分析了钛合金绝热剪切敏感性与临界破碎速度关系.结果表明:不同组织的Ti-6Al-4V合金绝热剪切敏感性存在差异,实验涉及到的4种组织中双态组织最难于发生绝热剪切破坏;在Taylor杆高速冲击条件下,4种不同组织的Ti-6Al-4V合金均由于发生绝热剪切变形而导致破坏,并且临界破碎速度与应力塌陷临界应变成正比.     

Ti-6Al-4V合金超塑性变形时的组织演化

利用光学显微镜和扫描电镜对超塑性拉伸后的细晶Ti-6Al-4V合金分别进行了断口形貌分析和组织演化规律研究。结果表明:细晶Ti-6Al-4V合金室温拉伸时,断裂方式为准解理断裂;超塑性拉伸时,试样断裂的主要形式是韧窝-空洞聚集型断裂。在初始应变速率不变的条件下,随着拉伸温度的升高,α相晶粒尺寸增大,β相数量增多,空洞数量减少,且在840℃至930℃拉伸时,α相晶粒仍保持等轴状态,但在较高温度(960℃)拉伸时,α相晶粒被拉长,部分区域出现网篮组织。在拉伸温度不变时,随着初始应变速率的降低,α相晶粒尺寸增大,β相增多,空洞数量减少。高温(960℃以上)拉伸时,β相颗粒具有良好的塑性和较低的硬度,丰富的β相有利于晶界协调滑动,并对空洞的产生具有抑制作用。     

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。     

Ti-6Al-4V合金等温锻造过程微观组织演变研究

将原始组织为网篮组织的Ti-6Al-4V合金在β单相区(1010℃)保温30 min并淬火处理可以获得α'马氏体组织。研究了初始组织为α'马氏体的Ti-6Al-4V合金在2步等温锻造过程中微观组织演变规律。结果表明:经过960℃的第1步等温锻造后,合金中马氏体相分解转变为α+β片层组织,部分片层组织发生弯曲、碎化,形成等轴晶粒,同时,合金中残留大量片层组织。800℃第2步等温锻造后,残余片层全部碎化,再结晶转变为等轴α相,获得晶粒尺寸为1.3μm的均匀等轴组织。     

Hot Workability and Microstructure Evolution of TiAl Alloy in (α2+γ) Dual-phase Field

为了利用现有的高温合金锻造设备实现TiAl合金的包套锻造,对Ti-43Al-4Nb-1Mo-0.1B合金在 (α2+γ) 两相区的热成形能力进行了研究。结果表明,当温度下降到 (α2+γ) 两相区时,合金的热成形能力明显下降,只能在1050 ℃以上温度以0.001 s-1的应变速率进行变形;当温度低于1050 ℃时,试样发生开裂;当温度升高或应变速率降低时,组织中形成更多的动态再结晶晶粒,裂纹消失。然而,当试样采用厚度为1.5 mm的不锈钢进行包套后,合金的热成形能力大大改善,可以在1050~1150 ℃以0.1 s-1的应变速率进行均匀变形,该变形条件更加有利于充分利用当前的工业锻造设备。同未包套试样相比,在相同变形条件下,包套试样中的动态再结晶晶粒较少。     

V和B元素对Ti-44Al-5Nb-1Mo合金显微组织及热变形机制的影响

为了探究V和B元素复合添加对β型γ-TiAl合金的显微组织和变形机制产生的影响,本工作针对Ti-44Al-5Nb-1Mo合金和Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金,进行了不同温度和应变速率条件下的高温热压缩实验,利用SEM-BSE和TEM对组织进行表征,对比分析了其变形后的显微组织,研究了添加V和B对Ti-44Al-5Nb-1Mo合金的显微组织及热变形机制的影响。结果表明,2种Ti Al合金的显微组织差异较大,添加V和B可以显著改变TiAl合金对热变形的敏感性。Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金高温变形能力明显优于Ti-44Al-5Nb-1Mo合金。Ti-44Al-5Nb-1Mo合金的高温热变形以难变形片层团的偏转、变形带的产生为主,温度为1250℃时,其变形组织表现出较高的温度和应变速率敏感性,极易形成尺寸不均匀的近片层组织;对于Ti-44Al-5Nb-1Mo-2V-0.2B合金而言,升高变形温度或降低应变速率,既可以促进片层团内部的变形诱导L(α/γ)→α+γ+β/B2和γ→α相变,又可以促进α和β/B2相的球化/动态再结晶,从而大幅提高该合金的组织均...     

马氏体TiAl合金的热变形行为

为研究马氏体TiAl合金的热变形行为,对Ti-42.1Al-8.3V合金进行1320 ℃油淬,得到马氏体,然后利用Gleeble-1500D热模拟试验机研究了马氏体在变形温度为1000~1150 ℃、应变速率为0.001~1 s^-1下的热变形行为。利用背散射电子成像(BSE)和背散射衍射(EBSD)研究了热变形参数对TiAl合金显微组织的影响,通过分析真应力-真应变曲线,结合双曲正弦方程建立了本构方程。结果表明,马氏体TiAl合金的流变应力曲线符合动态再结晶特征,峰值应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大;通过计算得到n为2.175,变形激活能Q为595.79 kJ/mol,并构建了马氏体TiAl合金的本构方程;在热变形后,TiAl合金中近等边三角形排布的马氏体转变成α₂/γ片层结构。随着变形温度的升高和应变速率的减小,α₂/γ片层逐步被再结晶晶粒替代,最后在变形温度为1100 ℃、应变速率为0.001 s^-1条件下全部转化为等轴晶。另外,随着应变速率的降低和变形温度的升高,晶粒充分长大,逐渐粗化。     

镓元素与初始晶粒尺寸对小变形条件下纯铝再结晶行为的影响

为了研究临界应变再结晶法单晶制备技术,对具有不同初始晶粒尺寸的纯铝与Al-1.8at%Ga合金在小变形条件下的再结晶行为开展了实验。结果表明,粗大纯铝晶粒可通过临界应变再结晶法制备,其临界应变量随再结晶退火温度的升高而降低。镓元素添加后提高了铝的晶界迁移速率,使得Al-1.8at%Ga合金的再结晶临界应变量小于纯铝。纯铝再结晶临界应变量随初始晶粒尺寸的减小而降低,粗大初始组织更适于临界应变再结晶法单晶制备。     

细晶粒钛合金粗晶区组织及接头力学性能分析

针对TIG焊接过程,研究了显微组织为层片状结构的细晶粒Ti-6Al-4V合金热影响区粗晶区组织转变规律,分析了热输入对粗晶区晶粒生长和接头力学性能的影响.粗晶区晶粒尺寸的测量结果显示,经历焊接热循环后,晶粒具有严重的长大倾向.焊接过程中,粗晶区发生了马氏体相变,形成α′马氏体组织.随着热输入的增加,粗晶区组织将由尺寸较小,且相互交错的α′丛,持续生长成贯穿整个晶粒的粗大α′束.硬度测量结果表明,热影响区中存在一个软化区间,该区间宽度随焊接热输入增加而增大.细晶粒Ti-6Al-4V合金焊接接头抗拉强度随热输入增加而减小.较大热输入下,断口位于粗晶区内,拉伸断口呈准解理断裂特征.     

热轧温度对Ti-6AL-4V合金组织及动态力学性能的影响（英文）

在840,870,900和930℃条件下分别对等轴Ti-6AL-4V合金进行总变形量为78%的热轧,随后对热轧Ti-6AL-4V合金的显微组织形貌、织构及动态力学性能进行研究。结果表明,当热轧温度达到900℃以上时,TI-6AL-4V合金中才发生再结晶及相变,显微组织类型由等轴组织变为双态组织,组织及再结晶等轴α晶粒的含量随热轧温度升高而增加。热轧Ti-6AL-4V合金中的织构随热轧温度变化而改变,但α晶粒的0001方向始终平行于轧板的法向。热轧Ti-6AL-4V合金的动态力学性能具有明显的各向异性,且各向异性规律随热轧温度的变化而改变。随着热轧温度的升高,沿法向加载时,合金的动态流变应力不断减小,绝热剪切临界失效应变不断增大;沿轧向加载时,合金的动态流变应力基本保持不变,但临界失效应变明显降低;沿横向加载时,合金的动态力学性能在840℃到900℃的热轧温度范围内基本保持不变,但当热轧温度为930℃时,合金的动态流变应力明显升高,临界失效应变明显降低。     

Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金热压缩行为及晶粒尺寸的研究

采用Gleeble-3500热压缩实验机对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金在温度360～480℃、应变速率0.001～1 s-1、最大变形程度为60%的条件下进行高温压缩实验研究。分析了应变速率和变形温度对该合金在高温变形时流变应力的影响,引入温度补偿应变速率因子Z构建合金高温流变应力的本构方程;研究了合金在不同压缩条件下的组织变化及动态再结晶晶粒尺寸,为后续有限元组织模拟提供了实验依据。结果表明:该合金的真应力-真应变曲线具有动态再结晶曲线的特征。动态再结晶的再结晶晶粒尺寸随温度的降低、应变速率的增大而减小;而且峰值应力也随再结晶晶粒尺寸的减小而增大。     

粉末冶金Ti-47Al-2Nb-2Cr合金热变形组织模拟

利用Ti-47Al-2Nb-2Cr合金的高温热压缩试验数据建立了动态再结晶模型,并结合元胞自动机法(CA),通过DEFORM-3D有限元软件对试样热变形过程的微观组织进行模拟。结果表明,在变形温度为950℃,应变速率为0.1s-1条件下,热变形过程中的试样微观组织发生了动态再结晶,晶粒尺寸得到细化,模拟得到大变形区域的晶粒尺寸为0.63μm,对比试验数据可知,模拟结果和试验结果相符。观察在950℃下不同应变速率时的CA模拟形貌可知,随着应变速率提高,由于晶粒发生动态再结晶,形成再结晶晶粒,使得平均晶粒尺寸不断变小。对比EBSD微观组织形貌可知,CA模拟较好地反映了其组织变化趋势。     

Ti-6Al-2.5V-1.5Fe-0.15O合金热变形行为及组织演变

通过对低成本Ti-6Al-2.5V-1.5Fe-0.15O合金热模拟压缩试验,得到了合金在不同高温变形条件下的真应力-应变曲线。结果表明,在β单相区应力-应变曲线呈现动态回复特征,在α+β两相区呈现典型动态再结晶曲线特征。变形组织由α相以及少量的β相构成,层片α相发生球化,随着变形温度升高,球化率降低,再结晶晶粒长大。在低应变速率变形时,流变应力软化机制以α相动态球化为主,高应变速率变形时除了球化外,片状α相周围有细小的再结晶晶粒形成。     

钛合金Ti-6Al-4V热变形中的动态再结晶研究

钛合金Ti-6Al-4V等温恒应变速率压缩试验采用Gleeble3800热加工模拟试验机进行,材料变形温度815~1100℃。结果表明,无论在α+β相区还是β相区,试验材料均有发生动态再结晶的可能性;对动态再结晶的影响因素进行了分析,利用上述结果建立了试验材料的Arrhenius方程及动态再结晶晶粒尺寸计算式。对不同条件下试验材料的组织形貌进行了研究,表明对材料发生动态再结晶影响最大的因素为变形温度。     

热轧温度对Ti-6AL-4V合金组织及动态力学性能的影响研究

在840℃,870℃, 900℃和930℃条件下分别对等轴Ti-6AL-4V合金进行总变形量为78%的热轧,随后对热轧Ti-6AL-4V合金的显微组织形貌、织构及动态力学性能进行研究。结果表明,(1)当热轧温度达到900℃以上时,TI-6AL-4V合金中才发生再结晶及相变,显微组织类型由等轴组织变为双态组织,α_s+β组织及再结晶等轴α晶粒的含量随热轧温度升高而增加。(2)热轧Ti-6AL-4V合金中的织构随热轧温度变化而改变,但α晶粒的<0001>方向始终平行于轧板的法向。(3)热轧Ti-6AL-4V合金的动态力学性能具有明显的各向异性,且各向异性规律随热轧温度的变化而改变。(4)随着热轧温度的升高,沿法向加载时,合金的动态流变应力不断减小,绝热剪切临界失效应变不断增大;沿轧向加载时,合金的动态流变应力基本保持不变,但临界失效应变明显降低;沿横向加载时,合金的动态力学性能在840℃到900℃的热轧温度范围内基本保持不变,但当热轧温度为930℃时,合金的动态流变应力明显升高,临界失效应变明显降低。