铸态Ti-46Al-6(Cr, Nb, Si, B)合金的高温流变行为及其组织演变

以3次真空自耗熔炼的Ti-46Al-6(Cr,Nb,Si,B)(at%)(以下简称G4合金)合金为对象,采用恒温等应变速率热模拟压缩试验研究G4合金在1050～1250℃及0.001～1s-1应变速率下的高温流变行为和组织演变。结果表明,在高温变形过程中,G4合金呈现先硬化后软化的流变行为特征,组织由粗大的铸态γ+γ/α2近片层组织演变为细小的近等轴γ+α2组织;造成G4合金流变软化和组织演变的主要原因是动态再结晶(DRX)。变形温度和应变速率是影响G4合金高温流变和组织演变的2个主要因素。铸态G4合金在高温下的变形机制以γ/α2层片晶团的扭折、弯曲、球化和DRX以及γ晶粒的拉长、破碎和DRX为主,孪生变形也起到了一定的辅助作用。其最佳高温塑性变形温度为1150℃,应变速率应不大于0.1s-1。     

新型Ti5321合金片层组织的热变形行为

为研究具有原始粗片层组织的Ti5321合金热压缩变形过程中流变应力、显微组织等随变形条件的变化,在Gleeble-2800型热模拟试验机上进行高温热压缩试验,试验温度790~850 ℃,应变速率为0.01~1 s-1,变形量为30%~70%。结果表明：Ti5321合金的软化机制与片层组织球化和动态再结晶有关,变形量和变形温度是影响合金片层组织球化及β再结晶的主要因素。同一变形温度和应变速率下,随着变形量的增大.会出现片层α相球化及β相再结晶现象。当应变速率和变形量相同时,低温变形主要发生的是片层α相球化行为,高温变形发生的是β相的再结晶。     

Cu-Cr-Zr-Ag合金高温热变形及组织演变

对Cu-Cr-Zr-Ag合金在Gleeble-1500D热模拟试验机上进行热压缩实验,对合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~950℃的高温变形过程中的流变应力行为、热变形过程中的组织演变和动态再结晶机制进行了研究。结果表明,流变应力随变形温度升高而减小,随应变速率提高而增大。Cu-Cr-Zr-Ag合金在热变形过程中的动态再结晶机制受变形温度和应变速率控制。当温度达到950℃,应变速率为0.001 s-1时,Cu-Cr-Zr-Ag合金发生完全的动态再结晶。该合金高温热压缩变形时的热变形激活能Q为343.23 k J/mol,同时利用逐步回归法建立了该合金的流变应力方程。     

Al-Zn-Mg-Cu新型高强铝合金热变形组织演变机理和规律

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机进行了新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的热压缩试验,变形温度为420℃~350℃,应变速率为0.01 s-1~1 s-1,变形程度为20%~80%。分析了热变形参数(变形温度、应变速率和变形程度)对组织演变机理和规律的影响。结果表明,温度和变形程度显著影响该合金组织演变机理和规律。在试验温度范围内,压缩变形程度达到60%时,原始铸态组织完全转变为均匀的锻态组织。高温有利于该合金动态再结晶过程的发生,应变适中时,组织以不连续动态再结晶产生新晶粒,再结晶分数较少;应变很大时,组织发生几何动态再结晶,再结晶分数较高。低温时,锻态变形组织基本为加工硬化或动态回复组织。     

β型γ-TiAl合金的组织特征及其超塑性变形行为

研究了热变形作用下β型γ-Ti Al合金Ti-43Al-4Nb-2Mo-0.5B(at%)的组织演变过程,以及锻态组织的高温超塑性变形行为。结果表明:包套锻造过程中,层片晶结构发生快速分解L(α/γ)→γ+β,γ和β晶粒发生显著的动态再结晶,锻态组织主要由大角度晶界的γ和B2细晶组成;该合金大角度晶界为主的γ+B2/β细晶变形组织在900~950℃之间表现出典型的低温超塑性变形行为,950℃/1.0×10-4 s-1时延伸率可达405%;超塑性变形过程中残余层片晶结构完全分解,γ和B2/β晶粒进一步动态再结晶细化;γ和B2/β晶粒的晶界滑移是该合金超塑性变形的主要变形机制。     

片层厚度对TA15合金β相区变形行为的影响

将具有不同α片层厚度的两种转变组织的TA15合金分别在Ther mecmaster-Z型热模拟试验机上进行等温恒应变速率压缩试验,研究了温度为1000～1100℃、应变速率为0.001～10s-1时合金的热变形行为。结果表明,两种不同组织的TA15合金在β相区相同热力参数变形时,真应力-真应变曲线的形貌和真应力值基本相同,变形激活能为(170±2)kJ/mol,且微观组织特征基本相似,以β相的动态再结晶为主。但在1050℃、0.01～1s-1变形时,细片层组织的合金发生β相动态再结晶的体积分数总是略高于粗片层组织的合金,这可能与细片层组织的合金较早发生α→β相转变、且β相也较早开始再结晶有关。     

镍基高温合金GH4700的热变形行为及热加工图

研究了镍基高温合金GH4700变形温度和应变速率对热变形行为的影响,建立了该合金的热变形本构方程和热加工图。结果表明:在变形温度1120~1210℃、应变速率0.01~20 s-1条件下,该合金的热变形流变曲线呈现出典型的动态再结晶型特征,存在稳态的流变应力,且随着变形温度的升高和应变速率降低,动态再结晶过程更充分;GH4700合金的热变形激活能为326.3165 kJ/mol;该合金在温度为1180~1210℃,应变速率为10~20 s-1的热压缩变形条件下,能量耗散率η值较高,大于0.30,显微组织发生完全动态再结晶,获得的组织晶粒细小且分布均匀。     

Cu-Cr-Zr合金热变形行为及动态再结晶

在Gleeble-1500D热模拟试验机上对Cu-Cr-Zr合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~850℃的高温变形过程中的流变应力行为进行了研究。利用光学显微镜分析了合金在热变形过程中的组织演变及动态再结晶机制。结果表明:流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的提高而增大。升高变形温度以及降低应变速率,均有利于Cu-Cr-Zr合金的动态再结晶发生。从流变应力、应变速率和温度的相关性,得出了该合金高温热压缩变形时的热变形激活能Q为392.5 kJ/mol,同时利用逐步回归的方法建立了该合金的流变应力方程。     

Mg-1.0%Zn-1.5%Ca合金热压缩过程的显微组织及动态再结晶行为

采用Gleeble-3500热力模拟试验机在变形温度300~450℃、应变速率0.001~1 s-1条件下进行单轴压缩试验,研究ZX115(Mg-1.0%Zn-1.5%Ca(质量分数))合金热压缩过程中的组织演变及再结晶形核机制。结果表明:ZX115合金在热压缩过程中发生了明显的动态再结晶,再结晶晶粒尺寸随着变形温度的升高或应变速率的降低而增大。合金在不同变形条件下的动态再结晶机制有所差异,主要有孪生动态再结晶、不连续动态再结晶和第二相粒子促进动态再结晶等方式。     

铸态阻燃钛合金的热加工图与变形机制研究

在热模拟试验机上对铸态组织的阻燃钛合金（Ti-35V-15Cr-Si-C）进行了等温恒应变速率热压缩试验,温度范围为900~1200 ℃,应变速率范围为10-3~1 s-1,测试了其真应力-真应变曲线并对曲线上的应力σ突降进行了解释。基于动态材料模型建立了合金的热加工图,结合微观组织观察,确定了3个不同区域的高温变形机制：温度900~1030 ℃、应变速率小于0.1 s-1时,变形机制为动态回复和连续动态再结晶;温度大于1030 ℃、应变速率小于0.1 s-1时,功率耗散效率η出现峰值,除了动态回复和连续动态再结晶,还出现碳化物溶解现象;高应变速率（大致在0.01~1 s-1之间）区,是合金的变形失稳区域,较低温度时失稳机制为局部流动,高温失稳与碳化物溶解有关,=1 s-1时组织演变特征是项链状动态再结晶     

粗晶GH4720Li合金热变形行为与动态再结晶特点

为了模拟难变形镍基高温合金GH4720Li开坯锻造过程,采用Gleeble-3800热模拟试验机研究经均匀化处理的GH4720Li铸锭高温压缩变形时的力学流动行为,分析高温变形过程中微观组织演化规律。结果表明,GH4720Li合金在1100℃,0.1 s-1条件下应力水平达到250 MPa,且应力对热变形温度和应变速率敏感,动态再结晶是主要的软化机制。粗晶组织提高了合金动态再结晶临界变形温度和应变速率,如在变形量为60%,变形条件为1140℃,0.001 s-1和1180℃,0.001s-1才能发生完全动态再结晶。计算的粗晶GH4720Li合金热变形激活能Q=1171kJ/mol,较高的热变形激活能表明粗晶组织不利于热塑性变形和动态再结晶的发生。基于本研究,铸态GH4720Li合金开坯温度应高于1140℃,同时保证较低的应变速率,以确保动态再结晶的充分发生,实现枝晶组织破碎。     

Cu-Cr-Zr-Nd合金高温热变形及组织演变

在Gleeble-1500D热模拟试验机上对Cu-Cr-Zr-Nd合金进行热压缩实验,对合金在应变速率分别为0.001、0.01、0.1、1、10 s-1,变形温度分别为650、750、850、900、950℃的高温变形过程中的流变应力行为、热变形过程中的组织演变和动态再结晶机制进行研究。结果表明:流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的提高而增大。Cu-Cr-Zr-Nd合金在热变形过程中的动态再结晶机制受变形温度和应变速率的影响。当温度为900℃、应变速率为10 s-1时,Cu-Cr-Zr-Nd合金发生完全的动态再结晶。从流变应力、应变速率和温度的相关性,得出该合金高温热压缩变形时的热变形激活能Q为404.84 k J/mol,同时利用逐步回归的方法建立该合金的流变应力方程。     

新型耐热合金TG700C热变形及动态再结晶行为

利用等温热压缩实验,研究了TG700C合金变形温度为1050~1250℃、应变速率为1~20 s-1、变形量为60%变形条件下的热变形及动态再结晶行为。对材料高应变速率下的变形热效应进行了温升修正,获得了该合金的流变曲线和热变形本构方程,热变形过程的表观激活能为Q=624.762 k J/mol。该合金经过温升修正后的流变曲线呈现稳态的流变应力,不同变形温度和应变速率下合金的流变应力存在差异。合金的动态再结晶形核方式为应变诱导晶界迁移形核,在高温低应变速率下,动态再结晶形核容易发生,再结晶的比例随着温度的升高和应变速率的降低而提高。     

TC4-DT钛合金的热变形行为研究

利用Gleeble-1500型热模拟压缩试验机,研究了TC4-DT合金在750～950℃、应变速率为0.001～10 s-1、变形量为50%条件下的热变形行为,分析了该合金的流变应力变化特点及显微组织演变规律,建立了该合金的Arrhenius型本构方程.结果表明:流变应力随变形温度降低及应变速率增大而升高;变形温度与应变速率对TC4-DT合金显微组织影响显著,随着变形温度的升高及应变速率的降低,片层组织球化现象越明显;应变速率敏感指数随变形温度的升高而增大;在本实验条件下,TC4-DT合金的热变形激活能为603.51 kJ/mol,表明该合金的热变形主要是由高温扩散以外的过程控制,认为有动态再结晶发生.     

Cu-Cr-Zr-Ce合金的高温热变形行为

在Gleeble-1500D热模拟试验机上通过高温等温压缩试验,对Cu-0.4Cr-0.15Zr-0.05Ce合金在应变速率为0.01 ～5 s-1、变形温度为600 ～800℃的动态再结晶行为以及组织转变进行了研究.结果表明:流变应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的提高而增大.同时从流变应力、应变速率和温度的相关性,得出了该合金高温热压缩变形时的热变形激活能Q为495.8 kJ/mol,同利用逐步回归的方法建立了该合金的流变应力方程.利用光学显微镜分析了形变温度对该合金在热压缩过程中的组织演变及动态再结晶形核机制的影响规律.     

Y对Cu-Cr-Zr合金高温热变形行为的影响

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对Cu-Cr-Zr和Cu-Cr-Zr-Y合金,进行高温等温压缩试验,研究了在变形温度为650~850℃、应变速率为0.001~10 s-1条件下两种合金的流变应力的变化规律,测定了真应力一应变曲线,从流变应力、应变速率和温度的相关性,得出了该合金热压缩变形时的热变形激活能Q和本构方程,并利用光学显微镜分析了合金在热压缩过程中的组织演变及动态再结晶机制。结果表明:稀土元素Y的加入细化了微观组织,提高了Cu-Cr-Zr合金的动态再结晶体积分数,并且大幅降低了合金的热变形激活能Q,改善了其热加工性能。     

铸态AZ80+0.4Ce镁合金的热压缩变形试验研究

采用Gleeble-3500热模拟试验机,在变形温度300℃~420℃、应变速率0.000 5 s-1~0.5 s-1的变形条件下,对铸态AZ80+0.4Ce镁合金进行热压缩试验。试验研究了该合金的高温流动应力变化规律,采用金相显微镜分析了温度、应变速率对微观组织的影响。结果表明:铸态AZ80+0.4Ce镁合金的高温流动应力-应变曲线主要以动态再结晶软化机制为特征,增加变形温度和降低应变速率都会降低材料的流动应力;热压缩温度越高,动态再结晶进行越充分,应变速率越大,动态再结晶晶粒越细。     

Haynes 230合金热变形组织演化规律研究

采用Thermecmastor-Z型热模拟机对Haynes230合金进行变形温度为950~1250 ℃,应变速率为0.001～10 s-1范围内的高温压缩试验,并利用OM和TEM分析研究了热变形组织演化特征和动态再结晶形核机制。结果表明：动态再结晶晶粒尺寸和体积分数随着变形温度的升高而增大和增多,随着应变速率的升高而变小和减少;晶界弓出是合金动态再结晶的主要形核机制,项链组织在热变形组织演化过程中起着重要作用;动态再结晶稳态晶粒尺寸Dss与Z参数之间符合幂函数关系     

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。     

Cu-Cr-Zr-Y合金动态再结晶临界机制

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,采用高温等温压缩试验,对Cu-0.4Cr-0.15Zr-0.04Y合金在应变速率为0.001~10 s-1、变形温度为650~850℃、最大变形程度为50%条件下的动态再结晶行为以及组织转变进行了研究。利用加工硬化率和应变(θ-ε)的关系曲线确定了该合金发生动态再结晶的形变条件为T≥750℃,应变速率小于0.1 s-1;根据θ-σ模型,确立了合金变形特征参数之间的关系:σc/σp=0.86,εc/εp=0.30;同时建立了合金变形特征参数与Z参数的关系:εp=2.61×10-3Z0.14,εc=7.83×10-4Z0.14。Cu-0.4Cr-0.15Zr-0.04Y合金在热变形过程中的动态再结晶机制受变形温度和应变速率的控制。当温度达到850℃,应变速率为0.001 s-1时,合金发生完全的动态再结晶。