高温变形参量对TC21钛合金组织与性能的影响

在880～950 ℃和不同应变速率0.01～10 s-1条件下,将TC21钛合金高温压缩变形至50%.研究高温变形参量对流动应力及微观组织的影响规律,建立了TC21合金的本构方程.结果表明:流变应力随变形温度的降低及应变速率的增大而升高,变形温度与应变速率对TC21钛合金显微组织的影响显著,应变速率越低,组织球化现象越明显.高温变形过程中,TC21钛合金的流变应力与Zener-Hollomon参数的指数形式呈线性关系.     

TC18钛合金热压缩本构方程及热加工图

在温度为750～950℃、应变速率为0.01～10 s-1、变形程度为60%的条件下对TC18钛合金的高温流变应力变化规律进行热模拟实验研究。采用Arrhenius双曲正弦函数推导出TC18本构方程。以热模拟压缩实验为基础建立了真应变0.3、0.5时TC18钛合金热加工图。结果表明:TC18钛合金流变应力随着变形温度升高而降低,随着应变速率的升高而升高;在本实验条件下TC18钛合金表现出动态回复和动态再结晶两种软化机制;Arrhenius双曲正弦函数能够很好地描述TC18钛合金本构方程。热加工图结果表明:在真应变为0.3时存在3个非稳定区域,在应变为0.5时存在2个非稳定区域。结合热加工图,较佳的热加工区间在温度为830～920℃,应变速率为0.01～0.32 s-1区域内。     

TC21钛合金热压缩本构方程及热加工图

为准确获得TC21钛合金塑性加工的变形特征和热加工条件，合理设计锻造工艺参数，利用Gleeble-3500热模拟机进行等温恒应变速率热压缩试验，研究了TC21钛合金在变形温度为830～1010℃、应变速率为0.01～10 s^-1条件下的热变形行为，采用Arrhenius双曲线正弦函数推导出TC21钛合金本构方程。并基于动态材料模型(Dynamic Materials Model, DMM)建立了TC21钛合金的热加工图。结果表明，在本试验的变形条件下，该合金的流变应力随着变形温度的降低和应变速率的升高而增大。根据热加工图确定了合金的热加工安全区域为：变形温度为900～940℃、应变速率为0.01～0.05 s^-1和变形温度为970～1010℃、应变速率为0.01～0.08 s^-1。     

TC17钛合金高温变形行为研究

采用Gleeble 3500D热模拟试验机对TC17钛合金进行了高温压缩试验。其变形温度为973～1223 K,应变速率为0.001～10 s~(-1),应变0.9。结果表明:TC17钛合金高温流变应力对应变速率和变形温度非常敏感。在温度为1123,1183和1223 K,应变速率为10 s~(-1)时,TC17钛合金的流动应力出现了明显的应力不连续屈服现象。利用Zener-Holloman参数建立了TC17钛合金的高温本构方程,与试验结果对比表明:该方程可以准确地描述TC17钛合金的的高温流动行为。基于动态模型,建立了TC17钛合金的热加工图,并结合微观组织分析验证了加工图的准确性。     

TC21钛合金动态再结晶行为的元胞自动机模拟

为研究热加工工艺不同变形参数对TC21钛合金塑性成形过程中微观组织的影响，本文利用Gleeble-3500型热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验，研究了TC21钛合金在不同变形条件下的热变形行为；并以TC21钛合金在热压缩过程中微观组织演变为基础，通过对TC21钛合金的位错密度模型、再结晶形核和晶粒长大模型的推导，建立了元胞自动机模型，并基于元胞自动机模型对TC21钛合金β单相区变形过程中的动态再结晶行为进行了模拟和验证。结果表明：该合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的升高而增大；结合元胞自动机模拟结果分析得，在β单相区内该合金动态再结晶体积分数与变形温度成正比，而与应变速率成反比。     

TC4 ELI钛合金的热变形行为及本构关系研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机对TC4 ELI钛合金在两相区温度为750~950℃、应变速率为0.001~70s-1条件下进行等温恒应变速率压缩试验,分析了该合金的热变形行为,并采用Arrhenius方程和BP人工神经网络模型建立了该合金的本构关系模型。结果表明,应变速率与变形温度对TC4 ELI钛合金流变应力影响显著,流变应力随变形温度升高和应变速率降低而降低;在两相区热变形时,原始组织α相发生了不同程度的球化/动态再结晶,并且低应变速率会促进球化/动态再结晶的发生;采用Arrhenius方程和BP人工神经网络模型建立的本构方程平均误差分别为17.51%和1.36%,BP人工神经网络模型具有更高的精度,更适合用于TC4 ELI钛合金的流动应力预测。     

基于应变补偿Arrhenius模型的TC20钛合金本构方程研究

通过热压缩模拟机对TC20钛合金进行热压缩试验,对不同温度和应变速率下的试样进行加载,获得高温应力应变曲线。结果表明,在试验参数范围内,变形温度越低,应变速率越高,流动应力越高,具有明显的应变速率强化和高温软化现象;应力应变曲线呈先升高后下降趋势,发生了动态再结晶软化;基于应变补偿Arrhenius模型回归建立了TC20钛合金的高温本构方程。对比分析发现所建立的模型具有较好的预测性能,平均相对误差为12.1%。     

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.     

TC4钛合金扩散连接区热变形特性行为研究

以TC4钛合金扩散连接区为研究对象，在变形温度920，950，980，1010 ℃及应变速率0.01，0.1，1，10 s-1的条件下进行热变形试验，研究了变形温度和应变速率对TC4钛合金扩散连接区流变应力和微观组织的影响规律。研究结果表明：TC4钛合金扩散连接区在高温下具有明显的动态软化特征，流变应力随变形温度的升高而降低，随变形速率的提高而增大；高温变形后扩散连接界面消失，随变形温度的增加，等轴α相的体积分数减少，同时伴有短棒状和板条状的次生α相出现，且次生α相的体积分数随应变速率增加逐渐降低；当变形温度达到1010 ℃时，出现马氏体α′相；以双曲正弦形式修正的Arrhenius方程为基础，建立了TC4钛合金扩散连接区双曲正弦本构方程以及热加工图，确定TC4钛合金扩散连接区的最佳变形温度为920~950 ℃，变形速率为0.01~0.1 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%。     

Ti-575钛合金热变形行为及微观组织演变

本文以Ti-575钛合金为研究对象，分别对魏氏组织和双态组织Ti-575钛合金进行热模拟压缩实验，分析不同热变形条件下的真应力-应变曲线，构建了其在α+β相区的热变形本构方程，并分别探究了变形温度和应变速率对微观组织的影响。结果表明，流变应力值随着变形温度的升高而降低，随着应变速率的升高而升高；当应变速率为0.1 s-1及以上时，随着变形温度的升高流变曲线出现了不连续屈服现象。根据两种组织Ti-575钛合金流变曲线的峰值应力，分别计算出其在α+β相区的变形激活能，构建Arrhenius型热变形本构方程。在不同的热变形条件下，随着变形温度的升高，魏氏组织Ti-575钛合金动态再结晶的程度越来越大，而双态组织Ti-575钛合金等轴αp相体积分数和尺寸逐渐降低；随着应变速率的降低，魏氏组织Ti-575钛合金动态再结晶的程度逐渐增大，而双态组织Ti-575钛合金等轴αp相体积分数先减少后增加；双态组织Ti-575钛合金在830℃或1 s-1应变速率下热压缩时，显微组织中残留少量的粗片层α相没有发生相变，βt基体中会有硅化物析出。     

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。     

TC17钛合金热变形行为及其修正J-C本构模型

采用Gleeble 3500D热模拟试验机对TC17钛合金进行了高温压缩试验(变形温度700～950℃,应变速率0.001～10 s~(-1),真应变0.9)。结果表明:TC17钛合金的高温流变应力对应变速率和变形温度非常敏感。在高温高应变速率条件下,TC17钛合金的流变应力出现了明显的应力不连续屈服现象。建立了TC17钛合金的修正J-C本构方程,并引入相关系数R和平均相对误差AARE对方程的准确性进行了分析,与试验结果对比表明:该方程可以较准确地描述TC17钛合金的高温流动行为。     

TC18钛合金等高温压缩过程的组织性能

为了研究TC18钛合金在等高温压缩过程中组织与性能的变化,以Gleeble-1500热模拟试验机进行等高温压缩试验,计算得到所有试样的单向压缩膨胀系数均大于0.9,验证了热压缩试验的有效性。通过控制变量法研究不同变形温度和应变速率对其力学性能以及微观组织的影响,结果表明:TC18钛合金等高温热压缩时,流变应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增大而增大;而随着温度和应变速率的增加,组织中的初生等轴α相和次生针状α相逐渐发生相变而消失,β相逐渐长大形成粗大的β晶粒组织,并伴随有动态回复和动态再结晶两种软化机制。     

新型Ti-V-Mo系钛合金热变形行为及热加工图研究

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的升高或应变速率的降低,流变应力下降。根据热加工图确定了2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。     

Ti80钛合金两相区高温变形本构模型及热加工图

为了确定Ti80钛合金热变形的最佳工艺窗口,采用Gleeble3500热模拟试验机对Ti80钛合金进行了高温压缩试验,试验变形温度为850~1050 ℃,应变速率为0.05~1 s^-1。结果表明,Ti80钛合金对变形温度和应变速率极其敏感,流变应力随着应变速率的增加和变形温度的降低而显著升高,近β区的流变应力分布会发生突变。应用线性回归方法,建立Ti80钛合金的高温本构方程,计算出Ti80钛合金在两相区的变形激活能为308 kJ/mol,并基于Prasad失稳准则,建立Ti80钛合金的热加工图,最终确定在变形温度为880~930 ℃的两相区变形条件下,Ti80钛合金在高应变速率下可以充分发生动态再结晶,从而获得理想的组织性能。     

环轧态Ti40钛合金热变形组织演变及本构关系研究

针对环轧态Ti40钛合金,进行等温恒应变速率高温压缩变形实验,研究合金在应变速率0. 001～1 s~(-1),温度950～1100℃范围变形过程中流变应力和微观组织演变行为,并通过流变应力曲线拟合计算建立合金该变形条件下的流变应力本构方程。实验结果表明:流变应力随着应变量的增加急速升高而后突降,同时流变应力随着应变速率增大而增大,这与位错密度增殖和运动密切相关;当合金变形温度一定时,随着应变速率变小,内部组织发生动态再结晶,平均晶粒尺寸得到细化;但当应变速率一定时,合金在较低应变速率(0. 001 s~(-1))变形时,需适当控制变形温度,才能得到晶粒更细小的均匀组织。     

基于软化机制的TC18钛合金本构关系研究

通过TC18钛合金热模拟压缩实验,得到不同变形条件下的高温变形真应力-真应变曲线.通过加工硬化和动态软化效应,分析变形参数变化对TC18钛合金应力-应变曲线形态和峰值应力的影响.不同变形条件下,TC18钛合金流变曲线呈现出相似的特征,而峰值应力对变形参数的变化却十分敏感.通过Poliak-Jonas准则,分析了不同条件下TC18钛合金在高温变形过程中的软化机制.相同温度下,动态再结晶机制主要发生在低应变速率下的高温变形过程中,并且软化机制的选择对温度不敏感.基于传统的Arrhenius型方程,针对TC18钛合金热变形过程中不同的软化机制,分别建立动态再结晶和动态回复机制下的本构方程.针对识别出的TC18合金在不同变形条件下的软化机制,通过适用的本构模型来描述TC18合金在应变为0.7时真实应力对变形温度、应变速率的响应过程.以动态再结晶为主要软化机制的变形过程,其变形激活能和应变速率敏感系数远远大于以动态回复为主的过程.     

TC21合金超塑性本构关系的BP人工神经网络模型

TC21合金是一种高强、高韧、高损伤容限型两相钛合金,具有极佳超塑成形性能。建立合理的超塑性本构关系,对了解该合金的超塑性变形特征以及超塑性成形工艺优化有着重要的指导作用。本文对TC21合金在Gleeble1500热模拟试验机上进行了超塑性等温压缩变形试验。结果表明,随着温度的升高或应变速率的降低,材料的流变应力显著降低,动态再结晶是其主要的软化机制。根据所获得的实验数据,应用BP人工神经网络建立了TC21合金的超塑性本构关系模型,较好地反映了TC21合金的超塑变形过程中流动应力的变化规律。     

TC4钛合金高温变形行为及其流动应力模型

研究变形工艺参数对TC4钛合金高温变形行为的影响.热模拟压缩实验时选取的变形温度为1 093～1 303K:应变速率为0.001～10.0/s;变形程度为60%.结果表明:TC4钛合金在变形开始阶段,流动应力随应变的增加迅速增加,当应变超过一定值后,流动应力开始下降并逐渐趋于稳定,出现稳态流动特征;变形温度升高和应变速率减小使TCA钛合金高温变形时的稳态应力和峰值应力显著降低;应变速率和变形温度会影响TC4钛合金进入稳态变形时变形程度的大小.利用多元回归分析建立TC4钛合金在高温变形时的流动应力模型,模型的计算值与实验数据的平均相对误差为6.25%,该模型较好地描述TC4钛合金在高温变形过程中的流动行为.