TA15钛合金近β变形三态组织中片状α演化规律

近β变形+热处理工艺为TA15钛合金获得三态组织提供了一种可行途径,作为三态组织的重要组成部分并决定其损伤容限性能的片状α是在近β变形和后续热处理共同作用下产生的,其演化过程十分复杂,而三态组织对各相特别是片状α的含量和形态要求苛刻。本研究采用热模拟压缩实验和定量金相实验研究了不同近β变形条件下(变形温度、变形程度和应变速率)TA15钛合金变形+高低温强韧化热处理(950℃/100 min/WQ+800℃/8 h/AC)后微观组织演化行为,揭示了组织中片状α含量和形貌的演化规律;在此基础上,以高损伤容限性能为目标,研究确定了获得满足三态组织要求并具有优异断裂性能的片状α近β变形条件区间;实验和理论分析表明:针对TA15钛合金,在所确定的近β变形区间内可以获得性能优异的三态组织。研究结果可为TA15钛合金通过近β变形工艺获得三态组织和性能优化的片状α提供指导。     

基于BP神经网络的TA15钛合金热变形工艺-性能预报

将经过热约束变形的TA15钛合金进行力学性能测试,获得了工艺(温度、应变、应变速率及冷却方式)、性能(抗拉强度、延伸率)参数数据,利用BP人工神经网络建立起其间的关系网络模型.研究表明:所建立的网络可以很好地反映出本材料的工艺-性能之间的关系并且具有一定的精度,网络模型可以用来预测不同变形条件下TA15钛合金的性能.     

TA15钛合金等温近β变形行为及微观组织演化

通过热模拟压缩实验研究了TA15钛合金等温近β变形行为和微观组织演化,定量分析揭示了近β变形温度、应变速率、变形量对TA15合金流动应力和微观组织的影响。结果表明:在近β变形过程中,变形温度升高,应变速率降低,将抑制动态再结晶过程,促进动态回复过程;变形温度降低,应变速率升高,将抑制动态回复过程,促进动态再结晶过程。变形温度是影响等轴α相含量,晶粒尺寸和平均轴比的主要因素,增加应变速率对等轴α相晶粒细化的作用并不明显。在近β温度区间,建立了等轴α相含量和晶粒尺寸与变形温度关系的经验模型。研究结果可为TA15钛合金等温近β成形工艺优化控制提供依据。     

TA15钛合金多向锻造组织和拉伸性能研究

通过多向锻造工艺制备不同变形道次和变形温度的TA15钛合金试样,利用金相观察、EBSD、晶粒尺寸统计和准静态拉伸试验,分析变形过程中组织形貌、晶粒尺寸、相含量、晶界取向差和力学性能的变化。结果表明：TA15钛合金经700 ℃中温多向锻造后获得显著细化的等轴组织,且随着变形道次的增加,促使大角度晶界含量增加,同时晶粒尺寸逐渐减小,3道次后初生α平均晶粒尺寸细化至约为6.0 μm,变形后组织为α+β相,相比初始组织α相含量减少,β相含量增加;在800 ℃和900 ℃变形条件下晶粒尺寸增加,但小于初始试样;坯料的强度经多向锻造后有较大提升,700 ℃、3道次后材料抗拉强度为1443 MPa,延伸率为13.6%,比初始试样略有降低,900 ℃材料抗拉强度为1178 MPa,延伸率提高到15.8%,综合性能得到明显提升。     

锻造工艺对TA15钛合金扁坯组织和力学性能的影响

采用4种不同锻造工艺对TA15钛合金棒材进行热加工锻造,得到规格为80 mm×150 mm×L的扁坯,对扁坯进行800℃×1 h热处理。研究了加工工艺对其显微组织和力学性能的影响。结果表明,采用一次锻造(温度T1)/慢冷+二次锻造(温度T2)/快冷的工艺,锻出的TA15钛合金扁坯组织中初生α相含量约为10%,基体上具有较多的细小针状组织。用该工艺加工的TA15钛合金,其力学性能较其他工艺的高,横向和纵向性能差异较小,是一种性能比较优良的框锻件生产用坯料。     

基于BP神经网络的TA15钛合金加工图

通过热压缩试验得到了TA15钛合金在不同条件下的流动应力。以温度、应变、应变速率为输入变量,以流动应力为输出变量,建立了BP神经网络。进而利用训练好的BP神经网络建立了TA15钛合金的加工图。利用Prasad判据划分出流动稳定区与流动失稳区,并通过组织观察进行验证,从而可以为实际加工工艺的制定提供参考。     

基于BP神经网络的TA15钛合金本构关系建立

本构关系体现了材料在热态塑性加工过程中对热力参数的动态响应,关系到有限元模拟的准确性与精度。文章以TA15钛合金等温压缩实验数据为基础,构造一个3×10×10×1四层BP神经网络结构形式的本构关系模型,采用Bayesian规则化调整法训练网络以提高网络的泛化能力。预测结果、外推结果和实验结果对比表明,利用Bayesian规则化调整法训练的BP神经网络结构形式的TA15钛合金本构关系能够描述其高温变形力学行为,适用于热变形过程的数值模拟。     

TA15钛合金接头补焊组织特征分析

采用光学显微镜、X射线衍射仪和电子探针等测试手段分析TA15钛合金熔焊接头补焊微观组织特征，探讨钛合金焊缝多次补焊的可行性。组织观察结果表明，钛合金接头补焊过程即是在原始焊缝基础上形成新的焊缝及热影响区的过程；补焊层焊缝与原始焊缝之间结合良好，未发现界面反应物以及气孔、裂纹、夹渣等缺陷；焊缝及母材过渡区中Ti、Al、V、Fe等元素不存在成分偏析；室温下补焊焊缝组织由α-Ti组成；随着补焊次数增加，晶粒有所粗大，出现少量锯齿状α相，补焊区显微硬度有一定降低趋势，分析结果表明TA15钛合金补焊是可行的。     

热处理对TA15钛合金组织的影响

研究了从820℃、900℃、980℃和1030℃水冷、空冷和炉冷对TA15钛合金微观组织和硬度的影响。结果表明,随着加热温度的升高,初生等轴α相不断减少,亚稳定β相不断分解,形成细小的次生针状α相(αs);随着冷却速度的降低,合金的组织向针状和片状(α+β)相转变。显微硬度随加热温度的升高而提高,而冷却方式对其硬度影响不大。     

基于BP神经网络的TA15钛合金流动应力预测

利用Gleeble 1500热模拟机进行了TA15钛合金不同变形温度、变形程度和应变速率条件下的热压缩试验.在试验数据基础上,应用BP神经网络建立TA15钛合金高温变形本构关系.研究结果表明,通过BP神经网络得到的流动应力具有较高的精度,能够客观地反映TA15钛合金在塑性加工过程中的动态行为,具有重要的工程应用价值.     

TA15钛合金热变形工艺-组织的人工神经元预报

TA15钛合金经过不同条件的热约束变形之后进行金相观察,获得了工艺(温度、应变、应变速率、冷却方式)和组织(初生α相含量、初生α相尺寸、初生α相长径比)参数数据,分别以这些数据作为输入和输出,建立了结构为4×6×8×3的BP人工神经网络.研究结果表明:所建立的网络可以很好地反映出材料的工艺-组织之间的关系并且具有一定的精度,网络模型可以用来预测不同变形条件下TA15钛合金的组织,且对于TA15钛合金的实际生产具有有效的指导作用.     

TA15钛合金相变温度与锻造温度符合性确认

针对TA15钛合金相变温度与两相区（α+β）锻造加热温度符合性问题,对TA15钛合金棒料及锻件进行了多批次对比性的工艺验证,结果表明：TA15棒料相变点测定有效区间在992～996℃,根据相变点选取原则,将两相区（α+β）锻造加热温度（955±5）℃进行固化并进行试验,锻件形状、尺寸、力学性能、高低倍组织、超声检测等全部达到了规定的技术要求。     

β转变组织TA15钛合金的流动软化行为EI北大核心CSCD

利用等温压缩实验研究了β转变组织TA15钛合金在变形温度750~950℃、应变速率0.001~10 s^(−1)范围内的流动软化行为,定量分析了变形热效应和微观组织演变对流动软化行为的影响。结果表明:变形热效应是β转变组织TA15钛合金流动软化的重要机制,变形热软化程度随着变形温度的下降和应变速率的增大而增强,最高占到总流动软化程度的48.2%;动态再结晶、动态回复和流动失稳缺陷等形式的微观组织演变是流动软化的主要机制。基于动态材料模型,利用应变速率敏感性指数预测了3种微观组织演化形式主导的软化区域,并通过微观组织观测进行了验证。     

TA15钛合金A-TIG焊接头组织和性能分析

以CaR与MgF2的混合物为活性荆，对TA15钛合金A-TIG焊接头组织和性能进行了分析，并和常规TIG焊进行了比较。结果表明：A-TIG焊能够有效减少气孔数量，提高接头的抗拉和抗弯性能；与常规TIG焊相比，A-TIG焊HAZ较窄且组织较细，而二者的焊缝区组织基本相同；活性荆的加入并没有降低A—TIG焊接头的耐腐蚀性能。     

片状组织TA15钛合金动态球化行为

利用热模拟试验机对片状TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究了应变速率为10-3～1 s-1、真应变为0.22～0.92、变形温度为900 ℃和950 ℃时片状组织的动态球化行为.结果表明,真应变对动态球化有较大影响,真应变从0.22增加到0.92时,α相的球化率最大增幅为40%;900 ℃和950 ℃变形时α相的球化率差别不大;当应变速率为10-3～10-1 s-1时,降低应变速率能够显著提高片状α相的球化率,但当应变速率大于10-1 s-1后,球化率随应变速率的变化并不明显.TA15钛合金的真应力-真应变曲线均呈"应变软化"型,这种软化行为主要是由片状α相的动态球化和弯折引起的.     

氢对TA15钛合金微观组织的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和透射电镜对不同氢含量TA15钛合金的微观组织进行观察,研究氢元素对其微观组织的影响.结果表明:氢是β相稳定元素,随着氢含量的增加,TA15组织中残留β相的含量随之增加;氢的存在能够促进TA15钛合金中孪晶的生长,随着氢含量的增加,孪晶数量随之增大;充氢后,TA15钛合金组织中生成氢化物,氢化物的形成方式有3种,一是以α相为基体、按α→α+δ方式析出面心立方结构的δ氢化物;二是在α相内部析出的层片状氢化物;三是按β→δ+α方式在β相内部共析转变生成的层状交替分布的δ氢化物.     

片层组织TA15钛合金的热变形行为及组织球化

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对片层组织TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究其在两相区860～970℃和应变速率0.01～1 s~(-1)范围内的热变形行为和组织球化过程。结果表明:片层组织TA15合金两相区变形应力对温度和应变速率很敏感,应力峰值高于等轴组织合金变形时的峰值,而且其前后应力的硬化率和软化率随着温度的降低和应变速率的增大而逐渐增大。应变对片层组织球化的影响最显著,在本实验条件下,片层组织开始球化的临界应变为0.34～0.59,完全球化需要的应变为3.4～6.8。TA15片层组织两相区变形应力的软化主要原因是片层组织球化和弯折。     

退火对TA15钛合金组织与性能的影响

研究了退火对TA15钛合金大锻件强度的影响。结果发现TA15钛合金的强度随退火温度的升高而增加 ,而塑性随退火温度的升高而降低 ,二次退火对其强度和塑性影响不明显。金相观察表明 ,退火温度增高 ,等轴α相减少 ,β转变组织增多。结果表明 ,适当提高退火温度有利于强度的提高。     

基于BP神经网络的TA15钛合金流变性能的预测与评估

利用热模拟机对TA15钛合金进行等温压缩实验,分析了TA15钛合金的热流变行为,并利用相关性系数和相对误差等统计标准评估并验证了BP神经网络模型的预测能力。结果表明:基于ANN建立的本构关系模型的预测值与实验值吻合良好,此模型能够用于描述TA15钛合金在热加工时各参数之间的高度非线性关系。     

TA15钛合金热挤压过程中金属变形行为及组织分析

运用MSC.Marc有限元软件对TA15钛合金热挤压变形过程进行有限元模拟,得到热挤压成形过程中应力场和应变场分布情况。对有限元模拟所得到的应力、应变数据进行后处理,利用应力偏量不变量J2进行变形分区,采用罗德系数对塑性区内材料的应变类型进行划分。结合有限元模拟结果以及变形分区和变形类型的划分,对热挤压实验后的试样进行组织取样,在不同温度条件下对试样进行微观组织观察,分析微观组织的演化规律,这对于分析金属挤压成形问题及其在实际中的应用具有重要意义。