变形温度对TC11合金流动应力及组织的影响

在THERMECMASTER-Z型热模拟机上,对TC11钛合金在变形温度为780～1 080 ℃、应变速率为10 s-1和70 s-1条件下的流动应力变化规律进行了研究,并分析了变形温度对组织的影响.结果表明,在高应变速率条件下,温度为990～1 080 ℃时,变形呈稳态流动特征;温度为780～960 ℃时,变形呈流变软化特征.通过对不同温度下TC11钛合金的微观组织观察可知,在(α β)两相区变形,当变形温度低于900 ℃、应变速率为10 s-1和70 s-1时,易发生绝热剪切或局部流动等塑性失稳现象.在β单相区变形,应变速率为10 s-1和70 s-1时,组织主要为拉长的β晶粒和少量的动态再结晶晶粒,以晶界变形为主,易造成β组织机械失稳.     

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.     

应变速率对TC11钛合金流动应力和微观组织的影响

利用THERMECMASTOR-Z型热模拟试验机,在温度为960和1050 ℃,应变速率为0.001～70 s-1范围内对TC11钛合金进行了真应变为1.2的等温恒应变速率压缩实验,得到了高温塑性流动的真应力-真应变关系曲线特征.采用金相显微镜对其变形前后的微观组织进行了观察.结果表明,在960 ℃,较佳的应变速率为0.001 s-1,变形机制为超塑性;在1050 ℃,较佳的应变速率在0.1 s-1附近,变形机制为动态再结晶.     

铸态TC21钛合金高温变形行为研究

以铸态TC21钛合金为研究对象,在Gleeble3500热模拟试验机上对TC21钛合金在开坯温度1000～1150℃、应变速率0.01～10 s-1的高温变形行为进行了研究.结果表明,铸态TC21钛合金流动应力随应变速率的提高和温度的降低而升高,具有温度和应变速率敏感性;β区变形激活能为196.277 kJ/mol,变形机制以动态回复为主;低应变速率下(ε≤0.1 s-1),流变曲线呈稳态流动特征,拉长的β晶粒晶界呈锯齿状,晶界处发生连续再结晶;高应变速率下(ε≥1 s-1),拉长的β晶粒晶界平直,为典型动态同复;高应变速率且温度相对较低(ε=10 s-1,T≤1150℃)时,流变曲线呈流动软化特征,原因是局部温升效应及局部塑性流动.     

TC11钛合金热变形机制及其热加工图

研究了TC11钛合金在温度800～1050℃,应变速率0.005～5s-1条件下的高温压缩变形行为,基于动态材料模型建立了热加工图,并结合变形微观组织观察确定了该合金在实验条件下的高温变形机制.结果表明:TC11钛合金在两相区低应变速率下(0.005～0.05 s-1)变形时主要发生片状组织的球化,并且球化的效果随变形温度的降低和应变速率的增加而增加.在两相区高应变速率下(0.05～5 s-1)变形时发生热加工的非稳定流动,产生剪切裂纹和剪切带等缺陷.在β相区低应变速率下(0.005～0.05 s-1)变形时发生动态再结晶,高应变速率下(0.05～5 s-1)发生动态回复,并且应变速率大于0.1 s-1时有可能发生不稳定流动现象.在变形温度为900℃左右、应变速率为0.005 s-1时,功率耗散率达到峰值,约为57%.     

应用热加工图研究TC11钛合金组织演变规律

采用等温压缩实验研究具有马氏体组织的TC11钛合金(Ti-6.5Al-1.5Zr)在两相区的变形行为及微观组织演变规律.等温压缩实验的变形温度为920 ～980℃,应变速率为0.1～10 s-1,变形量为30％ ～70％.基于动态材料模型(DMM),建立了具有马氏体组织的TC11钛合金两相区变形的热加工图.根据热加工图,得到了具有马氏体组织的TC11钛合金两相区变形组织演变规律.具有马氏体组织的TC11钛合金两相区变形时,合适的加工工艺参数为变形温度950～980℃,应变速率为0.1 ～1.0 s-1.     

应变速率循环法构建TC21钛合金超塑性本构方程

采用应变速率循环法在超塑拉伸机上对TC21钛合金进行5组高温超塑性拉伸实验,变形温度范围860℃~940℃,应变速率循环范围10-5s-1~10-3s-1。通过对拉伸实验数据分析,计算出TC21钛合金动态再结晶激活能Q,利用Arrhenius模型构建TC21钛合金高温条件下的超塑性本构方程,并通过1stOpt软件进行非线性回归拟合进行修正,得到了更为精准的超塑性本构方程。实验结果表明,当变形温度不变时,流动应力随着应变速率的增大而增大,且高应变速率时,流动应力对应变速率的敏感性要大于低应变速率时,可判定TC21钛合金属于正应变速率敏感材料。TC21钛合金在860℃附近时的超塑性较好,综合延伸率可达366.6%。     

TC21钛合金超塑性拉伸变形流变行为

通过恒应变速率超塑性拉伸试验,研究了TC21钛合金在变形温度为1 153~1 193K,应变速率为3.3×10-4~3.3×10-2 s-1条件下的拉伸流变应力行为。计算了TC21钛合金超塑性拉伸变形激活能和相应的应力指数,建立了TC21钛合金应力-应变本构模型,并通过1stopt软件对其进行修正。研究表明,在同一应变速率下,TC21钛合金流变应力随变形温度的升高而减小;在同一变形温度下,流变应力随着应变速率的增大而增大。当应变速率较高,变形温度较低时,动态再结晶为主要软化机制;当应变速率较低,变形温度较高时,加工硬化与软化达到动态平衡,软化机制以动态回复为主;当变形温度为1 153K,应变速率为3.3×10-4 s-1时,TC21钛合金具有较好的超塑性(408.60%);超塑性拉伸变形激活能和应力指数分别为329.20kJ/mol、2.367 7。     

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.     

TC4钛合金热变形行为研究及本构模型

利用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验,研究了TC4钛合金在温度800~950℃、应变速率0.001~10s-1条件下的流动软化行为。研究发现随变形温度降低和应变速率增大TC4钛合金的流动软化程度增大,且800~850℃、应变速率1~10s-1变形时的流动软化主要是塑形流动失稳引起的,温度900~950℃、应变速率0.001~0.1s-1条件变形时,流动软化主要是片状α相的等轴化引起的。引入应变对材料常数α、n、A和Q的影响,建立了考虑应变的TC4钛合金Arrhenius本构方程,建立的本构模型精度较好,在800℃、850℃和10s-1条件以及在900℃、950℃和0.1s-1条件下,模型平均绝对误差分别为4.2%和4.3%。TC4钛合金的平均变形激活能为403kJ/mol,平均应变速率敏感指数为0.26。     

TC21钛合金的高温动态拉伸力学行为

在应变速率为0.001～1270s-1、温度为298～1023K条件下对魏氏组织和双态组织的TC21钛合金进行拉伸试验,利用SEM对拉伸试样的断口进行观察。结果表明:TC21钛合金的拉伸力学行为存在显著的温度和应变速率相关性;当应变速率为0.001和0.05s-1的屈服应力—温度曲线存在转折点,且转折点温度随应变速率的增大而升高;当温度低于转折点温度时,相同氧含量的TC21钛合金和多晶纯钛的屈服应力具有相似的温度相关性;微观组织影响屈服应力的幅值和拉伸塑性的大小,但不影响屈服应力的温度相关性和应变速率相关性;除魏氏组织在室温0.001s-1时为穿晶和沿晶混合断裂外,其他工况下的魏氏组织和双态组织均为穿晶韧性断裂;TC21钛合金在拉伸变形过程中未出现绝热剪切带和形变孪晶。     

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。     

变形温度对TC11钛合金超塑性的影响

通过高温拉伸试验研究TC11钛合金在应变速率0.001 s~(-1)、变形温度810～1050℃的超塑性变形行为,并用金相显微镜和透射电镜对变形试样的微观组织进行观察和分析.结果表明,在β单相区,TC11钛合金不能呈现超塑性;而在α+β两相区的810～980℃温度范围内,TC11钛合金呈现出超塑性,且最佳温度在900℃附近,其最大延伸率为595%,此时的超塑性变形过程中有晶内变形、界面滑动、动态再结晶或扩散蠕变的参与,且界面滑动出现在α/β相界面.α相和β相的相对含量对超塑性有较大的影响,初生α相含量在70%附近时对应着TC11钛合金的最佳超塑性.     

应用Murty准则优化TC11钛合金高温变形参数

在THERMECMASTOR-Z型热模拟试验机上对原始等轴组织的TC11钛合金进行热压缩实验,采用基于Murty准则的加工图技术研究该合金在990-1080℃、0.001-70 s-1变形参数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, α β两相区的较佳变形参数为990-1008℃、0.001-0.02 s-1,以990℃、0.001 s-1附近为最佳,其变形机制为超塑性.在β单相区,中等变形程度(ε<0.6)下的较佳参数为1030-1080℃、0.001-0.1 s-1,以1060-1080℃、0.001 s-1附近为最佳,其变形机制为动态再结晶;而大变形程度(ε>0.6)下的较佳参数为1020-1060℃、0.004-0.6 s-1,以1040-1050℃、0.016-0.07 s-1附近为最佳,其变形机制也是动态再结晶.失稳区出现在β单相区内,其参数范围为1000-1080℃、4.0-70 s-1,在该失稳区会出现β晶粒的不均匀变形;应变速率在0.001 s-1附近时,在β单相区变形会出现β晶粒的动态粗化.     

基于Murty判据的TB8钛合金加工图及变形区分析

采用Gleeble3500对TB8钛合金进行等温恒应变速率热模拟压缩试验,研究该合金在温度750~900℃、应变速率0.001~10 s-1热变形参数范围内基于Murty判据的加工图,并分析TB8钛合金的热变形行为。结果表明:TB8钛合金的失稳变形区为:温度750~780℃,应变速率0.03~10 s-1;温度780~900℃,0.35~10 s-1,发生失稳变形后的组织特征为局部流动及β相晶粒的不均匀变形。较佳的稳定变形区为:温度815~885℃、应变速率0.03~0.1 s-1,发生稳定变形后的组织为动态再结晶后的等轴组织。结合预测的稳定变形区及显微组织特征可知,在单相区850℃变形时,0.1 s-1作为动态回复及动态再结晶的临界应变速率。     

TC21钛合金β锻动态再结晶行为及晶粒尺寸预测

采用Gleeble-3500热模拟实验机对TC21钛合金进行等温恒应变速率的热模拟压缩实验,研究其在变形温度960℃~1020℃,应变速率0.001s-1、0.01s-1、0.1s-1、1s-1条件下的动态再结晶行为。结果表明,TC21钛合金在变形过程中存在动态回复、动态再结晶现象。当温度一定时,在应变速率≤0.1s-1情况下,随着应变速率的降低,动态再结晶晶粒尺寸变大;在应变速率为1s-1时,变形过程几乎只发生动态回复;当应变速率一定时,随着温度的升高,动态再结晶晶粒尺寸变大。根据流动应力与变形温度和应变速率之间的关系,得到了TC21钛合金动态再结晶激活能Q=258.6kJ/mol;通过对热模拟实验数据的分析计算,建立了动态再结晶演化模型。依据所建模型,并基于DEFORM-3D软件预测了975℃热变形后的晶粒尺寸和动态再结晶体积分数,晶粒尺寸相对误差在±10%以内,较好的验证了模型的准确性。     

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。     

粗片状魏氏组织TC11钛合金两相区本构关系研究

在Thermecmaster-Z型热模拟试验机上,对粗片状魏氏组织TC11钛合金在850～1000℃,0.001～10s-1范围内进行等温恒应变速率压缩试验.分析了流动应力随热力参数的变化规律,并对Arrhenius型方程的适用性进行了分析,在综合考虑应变速率、变形温度和应变量对流动应力影响的基础上,构建出适合粗片状魏氏组织TC11钛合金的本构关系.误差分析表明,该本构关系有较好的精度.     

基于Murty判据的TC4-DT合金加工图及失稳分析

采用Gleeble-3500对TC4-DT钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究了合金在温度920~1040℃、应变速率0.001~10 s-1热力参数范围内基于Murty判据的加工图,并分析了合金塑性流动失稳行为。结果表明,在试验参数范围内变形时存在较大区域的流动失稳,失稳区均出现在高应变速率下;得到两个适宜加工的热加工工艺参数匹配为:温度920~940℃、应变速率0.001~0.01 s-1和温度980~1040℃、应变速率0.001~0.09 s-1。分析了显微组织演变,发现在失稳区,合金失稳缺陷主要有局部流动和β晶粒变形不均匀;在稳定区,合金软化机制主要是动态再结晶。     

不同热变形条件下体育器械用TC11合金的组织性能研究

以体育器械用TC11钛合金为研究对象,研究了不同的变形温度和变形速率对合金组织与性能的影响。结果表明,随着变形温度的升高,当应变速率分别为0.010和0.001 s-1时,α相的面积分数增加;除应变速率为0.001 s-1时,在其余应变速率下,β相的动态再结晶晶粒尺寸随变形温度的升高而增大。