工业纯钛TA2中低温蠕变特征研究（英文）

工业纯钛TA2中低温蠕变行为存在显著的温度及应力相关性。基于外加应力水平和蠕变应变的变化关系,确定不同蠕变温度下的门槛应力水平。根据短时蠕变实验数据,利用包含稳态蠕变速率的本构方程外推稳态蠕变速率,而后进行两组相对长时的蠕变实验,证明了工业纯钛中低温蠕变存在稳态蠕变阶段。利用稳态蠕变速率与应力关系,计算出工业纯钛室温蠕变应力指数为6.96,也说明了外推稳态蠕变速率的可靠性。中低温蠕变激活能随着蠕变进行变化不大(≈60 k J/mol),但一直大于以位错为变形主导机制的变形激活能(30~40 k J/mol),表明孪晶对于工业纯钛中低温蠕变发展整个阶段均起重要作用。根据蠕变后试样孪晶结构随温度的变化解释了TA2蠕变行为的温度相关性,同时也证明了孪晶对于TA2蠕变行为的重要性.     

复合加工制备的超细晶工业纯钛室温蠕变行为研究

采用工业纯钛TA1经等径弯曲通道变形(Equal channel angular pressing,ECAP)+冷轧(Cold Rolling,CR)+旋锻(Swaging)的方法制得晶粒尺寸约为120nm的超细晶工业纯钛,通过单轴拉伸蠕变实验、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)等方法,研究室温下超细晶工业纯钛蠕变变形行为及机理。结果表明:在实验应力范围内,超细晶工业纯钛存在明显的室温蠕变现象;随加载应力的升高(640～760 MPa),蠕变量增加,稳态蠕变速率增大(2.8×10~(-7)～1.5×10~(-4)s~(-1));在相同蠕变应力水平(0.8σ_s)下,超细晶工业纯钛稳态蠕变速率(2.8×10~(-7)s~(-1))低于粗晶工业纯钛(8.6×10~(-6)s~(-1)),抗蠕变性能优于粗晶工业纯钛;位错滑移机理是其主要蠕变变形机理,蠕变断裂机制为韧性断裂。     

基于改进摩擦修正模型的TA2纯钛热变形行为研究

在Gleeble-3500热模拟试验机上对TA2纯钛进行变形温度为800℃~950℃、应变速率为0.001~1s^(-1),压下量为50%条件下的热压缩变形试验。采用一种考虑应变的改进摩擦修正模型对原始试验数据进行摩擦修正,在对TA2纯钛高温流变曲线进行分析的基础上,研究其高温变形行为,构建TA2纯钛热变形本构方程。结果表明,在低应变条件下TA2纯钛流变应力迅速增加,达到峰值应力后流变曲线趋于稳态变化;流变应力随变形温度的降低和应变速率的增大而增加;可采用包含Z参数在内的双曲正弦形式的本构方程来描述TA2纯钛高温热变形行为,材料热变形激活能为480.944kJ/mol;流变应力的模型预测值与试验值之间相关性较高,相关系数R为0.964,表明本文基于改进摩擦修正模型所建立的本构方程具有较高的精度。     

两相共晶NiAl-9Mo合金的蠕变行为

研究了热等静压态的NiAl-9Mo合金在850-950℃和50-100 MPa下的蠕变行为.在试验应力和温度下,该合金蠕变曲线呈现出较短的减速阶段和较长的稳态蠕变阶段;其稳态蠕变速率可用幂指数蠕变方程来描述,应力指数值为4.75±0.25,表观激活能为 410.5±4.5kJ/mol.加速蠕变阶段蠕变速率的增加是由于裂纹的形成和扩展,且其断裂数据遵循Monkman-Grant规律.蠕变断口呈现出塑性断裂和沿晶蠕变断裂的混合特征,但后者比例较大,同一温度下随着应力的增大,沿晶断裂的比例呈现下降的趋势.     

120°模具室温ECAP制备工业纯钛的压缩变形本构关系

在Gleeble-1500热模拟机上对120°模具室温Bc方式ECAP变形8道次制备的平均晶粒尺寸约为200 nm的工业纯钛进行等温变速压缩实验,研究超细晶工业纯钛在变形温度为298~673 K和应变速率为1×10-4~1×100s-1条件下的流变应力行为。结果表明:变形温度和应变速率均对流变应力具有显著影响,峰值应力随变形温度的升高和应变速率的降低而降低;流变应力在变形初期随应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳,呈现稳态流变特征。采用双曲正弦模型确定了超细晶工业纯钛的变形激活能Q=104.46 kJ/mol和应力指数n=23,建立了相应的变形本构关系。     

变形温度对TA1工业纯钛板拉压不对称性的影响

通过单向拉伸和压缩实验研究了低温、室温和高温条件下TA1工业纯钛板的屈服和硬化不对称现象。金相实验结果表明,低温条件下,真应变为0. 18时,纯钛板激发大量的孪晶,且压缩条件下孪晶数量更多; EBSD测量结果表明,随着变形温度的增加,孪晶数量明显减少。单向拉伸时,有利于{112-2}压缩孪晶萌生,随着变形温度的升高,拉伸变形机制不再以孪生为主;单向压缩时,有利于{101-2}拉伸孪晶开动,在500℃下单向压缩时,仍有少量拉伸孪晶萌生,应变硬化行为显著。变形温度对拉压不对称性的影响与纯钛板孪生行为的温度敏感性密切相关。     

工业纯钛TA2的低温蠕变行为(英文)

对工业纯钛TA2在150℃（精对苯二甲酸装置钛冷凝器的工作温度）下的蠕变行为进行了研究。单轴拉伸蠕变试验结果表明,150℃下TA2材料蠕变第1阶段服从指数规律 ε = βt°。第1阶段蠕变衰减速度（时间指数口值）分别在160-200MPa和220-240MPa的试验应力范围内呈分阶段恒定的趋势。在较低的应力条件下（低于200MPa）,蠕变第1阶段的衰减速度较大,第2阶段存在蠕变饱和现象,且随着应力的降低,达到饱和所需的时间缩短。由此可以推论,第2阶段蠕变饱和的出现与第1阶段蠕变衰减速度密切相关,且在低温和较低的应力条件下,蠕变行为主要以第1阶段为主。     

一种GH4169G合金的组织与蠕变行为

通过对等温锻造GH4169G合金进行直接时效处理、蠕变性能测试和组织形貌观察,研究了GH4169G合金的组织结构及蠕变行为。结果表明:经等温锻造和直接时效后,GH4169G合金晶粒具有不均匀特征,且在晶内存在孪晶,并有粒状δ相在晶内及沿晶界不连续析出,可改善晶界的结合强度。经不同条件蠕变性能测试后,根据稳态蠕变期间的应变速率,测定出合金在稳态期间的蠕变激活能和应力指数分别为Q=532.7 kJ/mol和n=12.1。合金在蠕变期间的变形特征是不同取向的孪晶变形和位错滑移,随蠕变进行,形变位错密度增加,且在晶界附近发生位错堆积,并产生应力集中,致使微裂纹在晶界处萌生及扩展,直至蠕变后期发生沿晶断裂。     

纯钛的热变形行为及显微组织演变

用Gleeble-3500热模拟试验机对退火态纯钛试样,在变形温度298~723 K、应变速率10~(-4)~10~1s~(-1)下进行热压缩试验,研究变形温度和应变速率对其热变形行为及组织演变的影响。结果表明:纯钛的压缩行为与变形温度和应变速率存在相关性;当应变速率一定时,流变应力随变形温度的升高而减小;当变形温度一定时,流变应力随应变速率的增大而增大。显微组织观察结果显示:在低温或高应变速率下变形时,形变组织主要为大尺寸等轴晶和孪晶,随着温度的升高或应变速率的降低,再结晶晶粒逐渐增多,孪晶数量减少,直至消失。     

超细晶工业纯锆的室温蠕变特性及断口分析

研究了超细晶工业纯锆在0.875R_(p0.2)、0.9R_(p0.2)、0.9125R_(p0.2)、0.925R_(p0.2)、0.9375R_(p0.2)、0.95R_(p0.2)蠕变应力下的室温蠕变性能,计算了超细晶工业纯锆的稳态蠕变速率,并分析了其蠕变断裂机理。结果表明:超细晶工业纯锆在蠕变应力为0.875R_(p0.2)时,出现了蠕变饱和现象,稳态蠕变速率随着蠕变应力的增加而增大,稳态蠕变阶段缩短;室温下,工业纯锆经复合细化后蠕变抗性显著提高;当蠕变应力为0.95R_(p0.2)时,稳态蠕变速率达到最大值3.140×10~(-6) s~(-1)。通过计算蠕变应力指数,得到超细晶工业纯锆的室温蠕变机理为位错运动。超细晶工业纯锆室温蠕变断裂为韧性断裂。     

工业纯钛中低温蠕变的等时应力应变曲线

根据工业纯钛TA2在服役温度范围内(室温、353 K、423 K)的拉伸实验和蠕变实验获得了工业纯钛的拉伸应力应变曲线和蠕变曲线。由中低温蠕变实验数据发现工业纯钛在服役温度范围内会产生显著的蠕变现象,蠕变特征会随温度发生变化。随后,分别建立了工业纯钛在各温度下的弹塑性拉伸本构方程和蠕变本构方程。综合拉伸和蠕变本构方程建立了工业纯钛在服役温度范围内的等时应力应变曲线。等时应力应变曲线显著低于拉伸曲线,并且存在寿命相关性,随着寿命要求的提高等时应力应变曲线不断下降。值得注意的是在不同的温度下等时应力应变曲线随寿命要求的变化规律存在显著差别。根据等时应力应变曲线、结构允许的极限应变和结构设计寿命,本研究提出了工业纯钛与时间相关的许用应力曲线。     

TA2拉压力学性能不对称性及应变速率敏感性

本文研究了不同应变速率下工业纯钛TA2室温拉伸和压缩力学行为,结果发现TA2具有明显的拉压屈服不对称性和拉压应变硬化不对称性;随着应变速率的增加,拉压不对称性有明显增加。采用电子背散射衍射（EBSD）技术分析了拉伸和压缩时TA2微观变形机制及微观组织演化规律,结果表明,TA2压缩时以孪晶变形机制为主,拉伸时以位错滑移为主;TA2微观变形行为的载荷敏感性导致了宏观力学性能的不对称性。     

工业纯钛TA2室温蠕变条件下裂纹尖端的参量表征与估算

通过试验、理论分析和有限元模拟对工业纯钛TA2室温蠕变条件下裂纹尖端应力应变场的参量表征及估算进行了研究。试验研究表明,在室温条件下,工业纯钛TA2存在明显的第1阶段蠕变现象。理论分析和有限元模拟表明,对TA2裂纹体进行保载时,裂纹尖端的应力应变场为HRR场,提出采用与时间相关的J积分来表征,并给出了估算方法。通过有限元计算,获得了TA2室温蠕变条件下CT试样的时间相关J积分值,论证了采用J积分来表征室温蠕变条件下TA2裂纹尖端应力应变场的合理性。将有限元计算与估算方法获得的J积分进行了比较,验证了估算方法的有效性和准确性。     

工业纯钛室温下的应变速率敏感性及Hollomon经验公式的改进

通过实验研究了工业纯钛TA2在室温下应变速率范围为1×10-4～1×10-2s-1的拉伸力学性能。发现TA2的拉伸力学性能存在显著的应变速率敏感性,随着应变速率的增加,材料的强度提高、塑性下降,应变速率敏感性指数较高。通过对Hollomon经验公式σ=Kεnεm的推导和TA2实验数据的分析发现应变速率敏感性指数m和应变硬化指数n分别会受到应变和应变速率的影响,并且它们之间均呈指数关系。因此对Hollomon经验公式提出了改进,得到了TA2在室温下改进的Hollomon模型。与传统的Hollomon经验公式及Johnson-Cook模型相比,改进的Hollomon模型的预测结果与实验结果更加吻合,能更准确地表现材料的拉伸力学性能。     

AgInCd合金压缩蠕变性能研究

用RDL-50型拉伸蠕变试验机进行改装后的实验装置研究了铸态AgInCd合金在温度300~400℃及应力范围12~24 MPa内的压缩蠕变行为,分析了稳态速率与温度和应力的关系,计算了应力指数(n)和蠕变激活能(Q_a),并结合蠕变后样品在透射电子显微镜下的微观形貌及位错组态,探讨了合金的压缩蠕变机制。结果表明:随温度和应力水平的升高,合金的稳态蠕变速率增加。相比较指数关系,蠕变速率与应力之间更符合幂函数关系。300、350和400℃条件下,合金的蠕变应力指数n分别为3.31、4.09和5.77;12、18和24 MPa条件下,合金的蠕变激活能Q_a分别为68.1、103.7和131.6 kJ/mol。微观形貌以层错为主,孪生为300℃的主要蠕变机制,位错攀移生成位错墙为400℃的主要蠕变机制。     

钛制压力容器的室温蠕变极限载荷研究

根据工业纯钛的室温蠕变等时应力-应变曲线,应用有限元方法研究了钛制压力容器的蠕变极限载荷。结果发现,随着室温蠕变时间的增加,压力容器蠕变极限载荷由快速下降趋于缓慢下降。以圆筒型压力容器为例,详细分析了径比K对极限载荷的影响规律,给出了室温蠕变极限载荷的预测公式。该公式能够体现蠕变时间对极限载荷的劣化作用,以及许用应变和径比K对极限载荷的影响。     

TA15合金的热变形行为及加工图

研究了TA15合金的热模拟压缩实验。结果表明：变形温度的升高和应变速率的减小使峰值应力和稳态应力显著降低，变形温度会影响进入稳态流动所需变形量。以热模拟压缩实验为基础，建立的加工图表明：TA15合金高温变形时存在2个非稳定区域，一个是变形温度1300K以上和应变速率10．0s^-1以上的区域，另一个是变形温度1200K以下和应变速率0．006s^-1～1．995s^-1之间的区域。同时，建立的TA15合金高温变形时的流动应力模型表征了变形温度、应变速率和变形程度对流动应力的影响，模型的计算精度较高。     

Parallel twinning during creep deformation in soft orientation PST crystal of TiAl alloy

Compression creep tests were conducted in the soft orientation PST TiAl crystals under the constant stress condition with applied stress of 100–316 MPa at 1150 K to investigate the effect of parallel twinning on creep deformation behavior. The effect of applied stress and strain on parallel twinning during creep deformation is quantitatively investigated. The generation of parallel twins reduced the average lamellar spacing during creep deformation. The critical resolved shear stress for nucleation of parallel twins was measured as 50 MPa. The activity of parallel twinning increased with increasing applied stress. The nucleation of parallel twinning finished at a strain less than 0.02. The lamellar refinement by parallel twinning did not change the creep rate of the PST crystal under the creep conditions studied. The effect of parallel twinning on creep behavior is discussed on the basis of microstructural investigation.     

TC6钛合金的高温拉伸蠕变行为研究

通过高温拉伸蠕变实验,获得了TC6合金的蠕变应变-时间曲线,并计算了其不同应力与不同温度下的稳态蠕变速率、应力指数及在350～450℃范围内的蠕变激活能,借助OM、TEM等手段对合金蠕变前后的显微组织进行了观察和分析,并在此基础上研究了其蠕变变形机制.结果表明:TC6合金的稳态蠕变速率随温度或恒应力的增加而增大,该合金在此温度范围内的蠕变受位错和扩散双重机制的控制,晶界滑动对蠕变也有一定的作用.