TC4-DT钛合金热变形机制及加工图

用Gleeble-1500型热模拟机研究TC4-DT钛合金在850~1 100℃、应变速率0.001~10 s-1、变形量70%条件下的高温压缩热变形行为,分析了该合金的流变应力行为以及显微组织演变规律,建立了该合金的本构关系模型以及热加工图。研究结果表明,TC4-DT钛合金在两相区和β相区的热变形激活能分别为544.03 k J·mol-1和264.32 k J·mol-1,分别大于纯α相和纯β相的自扩散激活能,表明TC4-DT钛合金热变形由高温扩散以外的过程控制。在两相区热变形时,原始组织发生了不同程度的球化,且变形温度越低球化效果越好。在β相区热变形时,低应变速率下(0.001~0.1 s-1)主要发生动态再结晶,而高应变速率(1~10 s-1)下主要发生动态回复,动态再结晶行为受到抑制。TC4-DT钛合金的失稳区主要分布在低温高应变速率区域,变形温度主要在850~940℃,应变速率主要在0.1~10 s-1,功率耗散率η值小于28%。     

TC17钛合金的热压缩变形行为研究

在Gleeble-3800热模拟机上对TC17钛合金进行热压缩实验,研究TC17钛合金棒材在变形温度为810℃～930℃、应变速率为10-2s-1～101s-1以及变形程度为20%～60%条件下的流变行为;利用金相显微镜分析TC17钛合金棒材在不同变形条件下的组织演化规律。结果表明:当应变速率与变形温度固定时,不同变形量对于TC17钛合金的流动应力曲线影响较小;当变形量与变形速率固定时,变形温度越高时,流变应力值越低,应力-应变曲线越稳定;当变形温度与变形量固定时,峰值应力随应变速率的减小而降低。变形中的软化机制主要以动态回复和动态再结晶为主。     

基于BP神经网络预测的TC4热加工图

在Gleeble-1500热模拟实验机上对多组TC4钛合金试样进行热压缩实验,获得了变形温度在1053~1273 K、应变速率在0.01~10.00s-1情况下的真应力-应变曲线。通过BP神经网络对实验数据进行训练,建立了流变应力与应变、应变速率和温度相对应的预测模型,并对该模型的预测性能进行评估验证,采用预测数据构造了预测加工图,最后结合微观组织对预测加工图的可行性进行验证。结果表明,预测数据和实验数据的相关系数R为0.99886,平均相对误差为-0.21%,相对误差标准偏差为2.48 MPa,此模型具有良好的预测性能。预测加工图与实验加工图能够很好的吻合,通过预测加工图对材料的可加工性能进行预测,在一定程度上可以解决实验数据不足的缺陷。真应变为0.916的预测加工图大致分为A,B,C3个区域。失稳A区η值出现极小值(-0.16),应变速率较高时,材料局部发生动态再结晶,出现局部变形失稳的现象;应变速率较低时,组织很不均匀,易失稳。稳定B区具有较大的η值,并出现极大值(0.45),其α相球化效果显著、组织均匀,在相界处出现一定数量的细小等轴组织和较大比例的片状组织,确定此区为最优加工区。稳定C区α相球化效果比较明显,可作为加工区。     

TA17钛合金热变形行为及加工图

为探索TA17钛合金热变形行为和变形特性,采用Gleeble-3800热模拟机开展温度为700~1 100℃、应变速率为0.1~40 s~(-1)、变形程度为60%的热压缩试验。基于Arrhenius模型构建TA17钛合金的本构方程,基于动态材料模型构建TA17钛合金的热加工图(ε=0.6),并结合显微组织分析对热加工图进行验证。结果表明:热加工图预测结果与组织分析相符,当温度低于750℃或者应变速率大于10 s~(-1)的区域为TA17钛合金的加工失稳区域,失稳区以外是安全加工区域,热加工性能最佳的区域是800℃、0.1 s~(-1)。     

新型Ti-6554钛合金热变形行为及热加工图

利用Gleeble-1500热模拟实验机研究了新型Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金在740～950℃,应变速率0. 01～10. 00 s^-1条件下的热变形行为。通过真应力-真应变曲线分析了合金在高温变形时的应力随温度及应变速率的变化规律,之后对数据进行回归分析得到了合金的本构方程,最后绘制合金的热加工图并结合微观组织观察研究该合金的热变形机制。结果如下:合金的流变应力对温度和应变速率都十分敏感。在相同的应变速率下,随温度升高,流变应力降低;而在相同温度下,应变速率升高,流变应力也升高。计算得到合金的动态激活能Q为246. 551 kJ·mol^-1。高温变形的本构方程为ε=4. 51×10¹⁰[sinh(0. 0058σ)]^{4. 85272}exp(-246551/RT)。根据热加工图可知,两相区变形时,合金在温度740～770℃、应变速率0. 01～0. 03 s^-1的区域内具有最高的功率耗散系数,达到44%,变形机制为动态回复;β单相区变形时,在温度780～890℃、应...     

粉末冶金TiAl合金热变形行为及加工图的研究

采用热模拟压缩试验研究了粉末冶金TiAl合金在温度1000～1150℃、应变速率0.001～1s-1范围内的高温变形特性,发现合金的流动应力-应变曲线具有应力峰和流变软化特性。为了研究TiAl合金在有限应变下的变形行为,基于动态材料模型(DMM)建立起了TiAl合金加工图。试验结果表明,在高应变速率(0.1s-1)变形时,材料落入流动失稳区域,出现表面开裂。这对材料的变形是有害的,要避免在流动失稳区进行热加工处理。而在温度为1000～1050℃,应变速率为0.001～0.01s-1时,功率耗散率η值在35%～50%之间。这个区域对应的变形机制为动态再结晶,适合进行热加工。在高温(≥1100℃),低应变速率(0.001s-1)变形时,功率耗散率η达到最大值60%,此时材料发生超塑性变形。     

TC6钛合金的热塑性变形行为研究

采用热模拟试验机对TC6钛合金轧制态试样进行了不同温度和不同应变速率的应力—应变试验,研究TC6钛合金的高温变形行为。试验结果表明,TC6钛合金在相同的温度下,应变速率越小,热塑性越好,越容易变形;应变速率对TC6钛合金热塑性的影响还与温度有很大的关系,温度越低,热塑性受应变速率的影响越明显。800～900℃时,TC6钛合金热塑性受温度影响较大,变形温度越低,热塑性越差;900℃以上时,几乎不受变形温度和应变速率的影响。TC6钛合金在920～950℃,应变速率1.0 s-1时具有良好的热塑性和很好的热加工性能。     

铸造TiAl基合金的热变形行为及加工图

通过高温压缩模拟试验结果建立TiAl基合金的热加工图,结合扫描电镜、透射电镜等试验手段,研究铸造TiAl基合金在温度为1 000~1 150℃、应变速率为0.001~1 s 1范围内的热变形行为。结果表明:铸造TiAl基合金是温度、应变速率敏感材料,其流变应力随温度升高和应变速率降低而降低。铸造TiAl基合金的高温变形机制以层片晶团的扭折、弯曲及动态再结晶过程为主。在高温(1 150℃),低应变速率(≤0.01 s 1)下变形后,铸态组织中β相含量明显减少直至消除。在变形温度1 150℃、应变速率0.001 s 1下变形时,铸造TiAl基合金未发生超塑性变形;此时由于动态再结晶晶粒异常长大导致加工图上该区域功率耗散值未达到最大,而是有减小的趋势。     

β21S 钛合金热压缩变形行为

在热模拟试验机上对 β2 1S(Ti 15Mo 2 .7Nb 3Al 0 2Si)钛合金进行了恒应变速率压缩变形试验 ,温度范围为 75 0～ 95 0℃ ,应变速率范围为 ε=10 -3 ～ 10s-1,测试了其真应力 真应变曲线 ,观察了变形后的组织。β区热压缩、变形的主要软化机制是动态回复 ,但 ε≤ 10 -2 s-1时 ,变形的过程中有动态再结晶现象发生 ;两相区热压缩 , ε≤10 -2 s-1时 ,变形的主要软化机制是动态回复 , ε≥ 10 -1s-1时变形的主要软化机制是动态再结晶。部分试样变形后的组织中 ,观察到类似“木纹”状的组织 ,这主要是由于不均匀变形造成的     

TC18钛合金热加工图构建、分析及有效性验证

基于动态材料模型,建立了TC18钛合金的热加工图,分析了能量耗散率、非稳定参数和热加工图随应变速率、变形温度的变化规律。结果表明,在800~900℃范围内,应变速率对TC18钛合金的热变形能量分配影响较为显著。不同应变下的能量耗散率峰值对应的变形工艺参数均为变形温度800~820℃、应变速率5×10-4~1×10-3s-1,该参数即为TC18钛合金等温压缩变形的最佳工艺参数范围。随着应变增大,820℃/1×10-2s-1附近的非稳定变形区域逐渐缩小,当应变达到0.3时消失;而(860~900)℃/(1~10)s-1的非稳定区随应变增大而逐渐扩大,并向低温区域扩展。     

TA19钛合金高温变形热加工图构建和微观组织演变

利用Gleeble-3500热模拟压缩试验机,在变形温度820～980℃和应变速率0.01～10 s~(-1)的变形条件下,对TA19钛合金进行热模拟压缩试验,并根据动态材料模型(DMM)建立了其热加工图。同时,结合TA19钛合金微观组织分析,揭示了热变形工艺参数影响热加工图的内在原因。结果表明:变形工艺参数与能量耗散率和非稳态区密切相关。应变速率为0.01～1 s~(-1)时,能量耗散率较大,且随着变形温度的升高,能量耗散率先增大后减小,在940℃附近获得最大值。同时,变形失稳区包括2个典型区域,其中I区为(820～900)℃/(0.01～1) s~(-1),II区为(960～980)℃/(1～10) s~(-1)。变形温度为940℃时,较多的等轴α相和较高的再结晶驱动温度使得再结晶程度加强,因此能量耗散率获得最大值。绝热剪切带、片层α相与等轴α相之间的变形不协调以及β晶粒的剧烈长大是TA19钛合金高温变形失稳的主要原因。     

片层组织TC17钛合金高温变形行为研究

通过热压缩试验研究了具有初始片层组织的TC17钛合金在780~860℃和应变速率0.001~10 s-1范围内的热变形行为和组织演变。分析了该合金在两相区变形的应力-应变曲线特征,其流变应力本构关系可以用双曲正弦方程和Zener-Hollomon参数描述,得到TC17合金在两相区变形的平均激活能为488.86 kJ.mol-1。显微组织分析发现:TC17合金在两相区变形时组织演变的主要特征是片层组织球化;热变形参数严重影响片层组织球化过程的进行,加大变形量、降低应变速率以及提高变形温度可以提高片状组织的动态球化程度。     

加工工艺对TC8钛合金组织和拉伸性能的影响

测试了TC8合金在不同轧制温度和热处理工艺下的室温及500℃下的拉伸性能,观察了合金的显微组织。结果表明,合金的拉伸性能主要与轧制的变形量和热处理的冷却速度有关,空冷可以获得较佳的强度与塑性的结合;变形量越大,所获的合金室温拉伸性能越高,而变形量在70％以上可以获得较好的高温（500℃）拉伸性能。     

TC17钛合金热变形过程中片状组织演变规律

通过等温锻造试验和有限元模拟,研究了TC17钛合金在α+β两相区变形过程中热加工工艺参数对显微组织演变的影响规律。通过组织观察分析发现:随着变形程度和变形温度的增加,TC17钛合金中的片层组织逐渐向球化组织转变。变形量对片状组织的球化起决定作用,当变形量为小于20%时,仅有少数片状α相发生了弯折或扭曲,球化现象不明显;随着变形量的增加,片状组织被不同程度的弯曲、破碎,球化程度随着变形量的增加逐渐变大。变形温度对球化过程也起一定的作用,随着变形温度的升高,球化效果越来越明显,这与较高的变形温度会提高位错或原子的迁移能力使片状组织有足够的能量通过界面迁移实现断裂、球化有关。     

TC4合金成分及组织的研究

通过对抚顺特钢20炉TC4合金成分及组织分析观察,精选原材料、合理工艺控制,可以满足钛材料成分一致性,组织均匀性,高的质量稳定性。     

大规格TC4钛合金厚板研制

采用经三次真空自耗电弧熔炼、多向锻造得到的TC4钛合金板坯为原料,以热模拟试验所获得的热加工图为参考,利用西部钛业有限责任公司2 800 mm四辊热轧机成功制备出了宽度为2 300 mm,厚度达到40~70 mm的大规格TC4钛合金厚板,研究了热轧工艺对其组织和室温力学性能的影响。结果表明,轧制温度、道次变形率和应变速率是制备大规格TC4钛合金厚板的关键工艺因素。所制备的TC4钛合金厚板的显微组织为双态组织,由平均晶粒尺寸为25μm的等轴初生α相、拉长的次生α相及晶间β相组成,其室温抗拉强度为925~960 MPa,屈服强度为870~910 MPa,延伸率为12.0%~14.5%。     

热加工工艺对医用TC4合金棒材显微组织的影响

研究了热加工工艺对医用TC4合金大规格棒材显微组织的影响。研究结果表明:采用单一的拔长变形方式或单一的镦拔变形方式,不能全面解决医用TC4合金大规格棒材生产过程中经常出现的显微组织不均匀和成品率低下等问题;采用温度梯度镦拔组合变形工艺(Tβ+(30～70)℃镦拔,变形量50%→Tβ-(10～30)℃镦拔,变形量50%→Tβ-(30～70)℃镦拔,变形量50%),可以有效改善精锻用原始棒坯的组织,从而获得具有均匀细小等轴组织的医用TC4合金70 mm棒材。