Macro-Micro Fracture Mechanism of TA3 Alloy under High- Velocity Deformation

材料在高速成形过程中其成形性能和成形精度更能够得到显著的提高。但是,材料在高速成形过程中的断裂机制尚不清楚或未知。因此,采用 TA3 钛合金材料利用 Hopkinson 压杆实验并结合显微镜、扫描电镜和应力响应分析手段研究了该材料在动态变形过程中的断裂机制。结果表明,绝热剪切带是导致宏观裂纹的形成和扩展以及流动软化的根源;TA3 钛合金动态变形微观断裂机制为纺锤状孔洞在绝热剪切带内各自独立形核,然后各自长大从而相互贯通,形成微观裂纹;第二相粒子的偏聚是微观裂纹发生的源泉。     

TA15钛合金热变形应力应变曲线及本构模型

在变形温度分别为750,800,850,900,950,1000和1050℃,应变速率分别为0.001,0.01,0.1和1s~(-1)的条件下,对TA15钛合金进行了热压缩试验,分析了变形温度和应变速率对流动应力的影响。根据试验结果,计算了变形过程的温升,表明变形热所导致的温升大小与应变速率和应变均成正比,在T=750℃,ε=1s~(-1)的低温高应变速率条件下所产生的温升最大,可以达到122.63℃。基于Sellars-Tegart本构模型,建立了TA15钛合金热变形时的本构模型。     

TA15钛合金热剪旋件的几何精度与显微组织分析(英文)

为了揭示偏离率和加热温度对TA15钛合金加热剪切旋压件的影响机制,研究了不同偏离率下热剪旋件的几何精度和微观组织。结果表明:在负偏离下工件会发生径缩,且温度的突然降低会使径缩更严重。在正偏离条件下且加热温度缓慢降低时,沿工件底部到口部有明显扩径。沿热剪旋工件厚向的不均匀变形使工件晶粒细化且近外层晶粒比近内层晶粒细小。在近外层可能形成纤维组织,该纤维组织的扭曲程度随着偏离率的减小而增加。近零偏离和保持加热温度在合理范围时有利于获得几何精度高和微观组织均匀的工件。     

TA15钛合金零件热校形方法

研究了真空重复退火对TA15钛合金组织性能的影响;基于TA15钛合金典型零件,对其变形校正方法、校正工艺参数进行了分析。结果表明,TA15钛合金随着重复退火次数的增加,材料强度略有下降,塑性略有上升,但变化幅度不大;随退火次数增加,合金再结晶程度更加完全,残留β相的分布更加弥散,组织类型未发生变化,合金组织稳定,TA15钛合金零件可以采用热校形的方法进行变形校正。经对典型零件热校形,确定了TA15钛合金的热校形工艺参数。     

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。     

TA15钛合金高温变形过程的介观模拟计算

以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,探究了TA15钛合金在高温变形过程中介观层次上形变不均匀性和力学响应。基于率相关晶体塑性理论,建立了描述体心立方结构金属力学行为的本构模型,同时考虑了主滑移系和次滑移系的运动;确定了合理的材料本构参数,高温压缩实验与模拟得到的真应力-应变曲线基本一致。通过对TA15钛合金高温变形模拟结果进行分析,包括应力和应变分布、滑移系开动情况和晶界面积变化,得出:(1)由于晶粒几何及取向的随机性造成应力和应变分布非均匀性;(2)晶粒间相互作用的复杂性会导致各个滑移系开动的差异性;(3)形变程度越大,晶粒密度越大,晶界面积变化率越大。模拟结果为相变等显微组织演变及多尺度同步耦合提供了参考。     

大型钛环热辗扩成形轧辊尺寸效应及优化

在大型钛环热辗扩成形过程中,驱动辊半径R1与芯辊半径R2的比值R1/R2对变形区几何形状有重要影响,而后者对于获得高质量环件起着决定性的作用.本实验首先对变形区几何形状进行了解析描述,定量确定了其与R1/R2之间的关系;其次,基于动力显式FE程序ABAQUS/Explicit,建立了可靠的大型钛环热辗扩成形过程的热力耦合3D-FE模型;最后,采甩FE模拟方法,从变形区几何形状角度研究了该成形过程中R1/R2对环件成形质量的影响及机制.研究结果表明,存在R1/R2的一个优化取值范围.R1/R2在此范围内取值,能够获得端面质量良好、应变和温度分布较均匀的大型钛环.     

TA15钛合金强热旋微观组织演变(英文)

研究TA15钛合金热强旋过程中的微观组织演变,探讨壁厚减薄率对TA15钛合金微观组织演变的影响。变形过程中,滑移变形是主要的变形机制,孪晶起到协调变形的作用。微观结构逐渐转变为细小的纤维组织,并且初生α晶粒的长径比随着壁厚的减薄而增加,再结晶分数和显微硬度也随着减薄率的增加而增加。     

铸旋轮毂热旋压过程的数值模拟及工艺优化

为了优化铸旋铝合金轮毂的生产工艺,基于旋压变形的特点,建立了铸旋铝合金轮毂三旋轮热旋压复杂过程的三维有限元模型。采用所建立的有限元模型对实际的A356合金轮毂铸坯热旋压过程进行了数值模拟,对旋压载荷进行了分析,为旋压设备的选择和模具设计提供了依据;同时研究了铸坯开口角和旋轮轨迹分别对轮辋和内轮缘处应变分布的影响规律,获得了合理的开口角度和优化的旋轮轨迹。     

TA11钛合金高温变形微观组织演变分析

采用Gleeble-3500热模拟实验机对TA11(Ti-8Al-1Mo-1V)钛合金进行变形温度为880～1010℃、应变速率为0.01～50s-1、变形程度为30%和50%的压缩变形实验,研究其在高温变形条件下的动态再结晶行为。基于定向金相测量,通过回归分析建立了TA11钛合金高温变形时初生α相平均晶粒尺寸、动态再结晶体积分数以及动态再结晶晶粒尺寸模型,模型的计算值与实验值的平均误差小于12%,能较好地描述材料在热加工过程中发生动态再结晶的动力学规律。     

新型钛合金Ti-555热变形行为及热加工图研究

本文通过高温热压缩试验研究Ti-555钛合金热变形过程中变形温度、应变速率对流变应力的影响,采用Arrhenius双曲正弦函数模型推导出Ti-555本构方程,并依据动态材料模型建立了ε=0.6时的热加工图。结果表明,Ti-555钛合金流变应力对应变速率和变形温度较为敏感,热变形时随变形温度升高或应变速率降低,流变应力下降。根据热加工图确定了两个热加工安全区参数为(1)变形温度为850～950 ℃、应变速率为0.6～10 s_^-1;(2)变形温度为950～1150 ℃、应变速率为0.36～0.9 s_^-1。     

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     

TA15钛合金高温热压缩变形行为及热加工图

获得准确的钛合金塑性变形特征和热加工条件,是钛合金挤压、轧制等塑性加工工艺参数选择的重要依据。本实验研究了TA15钛合金在应变速率0.01~20 s~(-1)、变形温度850~1050℃条件下的压缩变形行为、组织特征,采用Arrhenius双曲正弦函数模型推导出了TA15本构方程,基于动态材料模型建立了合金在真应变0.1~0.7时的热加工图。结果表明,在本实验的应变速率和变形温度的条件下进行压缩变形,随着变形温度的升高,合金中的α相逐渐向β相转变;随着应变速率的提高,α相向β相转变的程度逐渐减小。根据热加工图确定了合金的两个热加工安全区域:(1)变形温度950~1050℃、应变速率0.01~0.37 s~(-1);(2)变形温度875~950℃、应变速率1.65~13.5 s~(-1)。     

爆轰载荷下TB6钛合金组织及绝热剪切行为研究

采用电子背散射衍射技术（EBSD）研究了双相TB6钛合金在超高应变速率的爆轰载荷下绝热剪切带（ASB）中心、过渡区及基体的组织、织构演变。结果表明，爆轰后α、β相晶粒尺寸均减小，α相产生{10"1" ?2}孪晶；ASB中心区β相晶粒发生了动态再结晶，晶粒尺寸400 nm，绝大部分为大角度晶界，位错密度最低，ASB中心发生α→β相变；{10"1" ?0}⊥AD、<0001>//RD or ND、{100}<110>旋转立方存在于除了爆轰基体的所有α或β相中；{10"1" ?0}<0001>、{10"1" ?0}<11"2" ?0>织构存在于原始组织的α相中，过渡区存在{10"1" ?0}<0001>、{10"1" ?0}<11"2" ?0>、{11"2" ?0}<0001>三种织构，{100}<001>伪立方织构只存在于爆轰基体的β相中；{100}//SD是ASB组织的共同特点，<0001>//AD织构存在于爆轰基体、{11"2" ?0}//SD、<0001>//SD织构存在于ASB中心；α相的{11"2" ?0}面、<0001>取向和β相的{110}面平行于ASB，这均不是密排面和密排方向，不利于合金的机械性能。     

Deformation Mechanism and Microstructure Evolution of TLM Titanium Alloy during Cold and Hot Compression

研究了在应变速率0.001 s-1条件下,TLM钛合金在室温压缩和850 ℃热压缩的形变机理和组织演变规律。实验结果表明：TLM钛合金在冷压缩和热压缩条件下具有不同的形变机理和组织演变规律。在冷压缩过程中,TLM钛合金的形变特征主要是孪生、应力诱发马氏体转变及位错滑移;在850 ℃热压缩过程中,TLM钛合金的形变机理主要是位错滑移、动态回复和动态再结晶。在热压缩过程中,流变应力的软化过程与压缩过程中的动态回复和动态再结晶有关。TLM钛合金在冷压缩和热压缩条件下的抗压缩强度分别为975和40 MPa;相比冷压缩强度,TLM合金在850 ℃条件下的热抗压缩强度降低了96%     

钛合金热变形过程中裂纹缺陷的预测

基于连续损伤力学(CDM)理论,同时考虑包括温度和应变速率在内的变形历史影响,建立TC11钛合金热变形过程中的损伤演化方程,提出宏观裂纹预测的断裂准则,并采用高温拉伸试验确定方程和准则中的参数。将提出的方法用于TC11合金热压缩变形过程中的数值模拟,模拟结果同实验结果的对比表明该方法可以很好地预测合金在热变形过程中裂纹的起裂和裂纹的扩展行为。     

TC11钛合金热变形本构方程的建立

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形温度为960~1050℃,应变速率为0.01~10s-1范围内对TC11钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。通过真应力-真应变曲线,分析了变形温度和应变速率对流变应力的影响规律,并在Arrhenius双曲正弦型方程的基础上建立了适用于TC11钛合金热变形的本构方程。误差分析表明所建立的本构方程与实验值吻合较好,为制定TC11钛合金锻造工艺提供了理论依据。     

初始状态对Ti600钛合金热变形的影响

在Gleeble-1500热模拟试验机上采用等温压缩试验的方法研究了Ti600合金2种状态下的热塑性变形行为,获得了合金在温度为800～1100℃,变形速率为0.001～10s-1范围内的流变应力数据,并计算了合金2种状态条件下的变形激活能Q。结果表明:不同的初始状态对合金的热变形行为有影响,经过热加工处理后的合金变形激活能比铸态条件下的变形激活能高;合金在2种状态下的变形激活能分别为:在(α+β)相区为475和644kJ·mol-1,在β区为101和239kJ·mol-1。在(α+β)相区动态再结晶是合金的主要软化机制,而在β区软化机制则以动态回复为主。     

Microstructure and Mechanical Properties of Mg–3Al–Zn Magnesium Alloy Sheet by Hot Shear Spinning

Hot shear spinning experiments with Mg–3.0 Al–1.0 Zn–0.5 Mn(AZ31 B, wt%) magnesium alloy sheets were conducted at various temperatures, spindle speeds and feed ratios to investigate the effects of these processing parameters on the microstructure, crystallographic texture and mechanical properties. The AZ31 B sheet displayed good shear formability at temperatures from 473 to 673 K, spindle speeds from 300 to 600 rev/min and feed ratios from 0.1 to 0.5 mm/rev. During the dynamic recrystallization process, the grain size and texture were affected by the deformation temperature of the hot shear spinning process. Each of the spun sheets presented a strong basal texture, and the c-axis of most of the grains was parallel to the normal direction. The optimal hot shear spinning parameters were determined to be a temperature of 473 K, a spindle speed of 300 rev/min and a feed ratio of 0.1 mm/rev. The yield strength, ultimate tensile strength and elongation in the rolled direction reached 221 MPa, 288 MPa and 14.1%, and those in the transverse direction reached 205 MPa, 280 MPa and 12.4%, respectively. The improved strength and decreased mechanical anisotropy resulted from the fine grain size and strong basal texture.     

Ti600合金的高温变形本构关系

采用GW-1200A型控制器配合高温加热炉在WDW-300电子万能试验机上通过等温压缩实验研究了Ti600合金在温度为25?800℃、应变速率为10-4和10-3 s-1条件下的热变形行为,获得了该合金在变形过程中的真应力-真应变曲线,建立了该合金的高温本构关系。结果表明:Ti600合金在较高的温度(600和800℃)下流变应力随应变速率增大而增大,在较低温度(25和300℃)时变化不太明显。在一定的应变率条件下,随着温度升高流变应力降低。考虑到Ti600合金在不同温度下的真应力-真应变曲线随温度变化的发展趋势,建立了修正的井上胜郎高温本构关系,与实验结果对比验证了模型是可靠的。通过扫描电镜(SEM)观察发现,在室温准静态压缩条件下Ti600合金的断裂形式以脆性断裂为主,同时在局部区域出现韧性断裂特征。