TC6热加工过程中微观组织演化模型的建立

通过Gleeble-3500热模拟实验机得出TC6钛合金在变形温度为860~950℃,应变速率为0.01~50 s-1,变形程度分别为30%和50%时的应力-应变曲线。通过金相实验研究了TC6在实验条件下微观组织的演变规律,并建立了TC6在(α+β)两相区塑性变形过程中α相的动态再结晶模型。结果表明:TC6钛合金在低应变速率下变形时,动态回复过程相对增强,动态再结晶受到抑制;相同温度、不同应变速率下的微观组织形貌基本相同,但是随着应变速率的增加再结晶程度增大,组织细化。模型平均误差小于13%,可以满足预测需要。     

不同原始组织Ti80合金热变形行为及组织演变规律研究

通过热模拟压缩试验,研究了等轴组织和魏氏组织Ti80合金在温度850～1000℃、应变速率0.01～10 s~(-1)、变形量20%～60%条件下的热变形行为及组织演变。结果表明:Ti80合金为温度敏感型和应变速率敏感型材料,两相区变形时软化机制以动态再结晶为主,单相区变形时以动态回复为主。低应变速率条件下(0.01 s~(-1)),等轴组织的流变应力峰值高于魏氏组织,高应变速率条件下(1～10 s~(-1))则相反。相同变形参数下,原始组织类型对合金显微组织演变有显著影响。在β相变点以下,随着变形温度升高,等轴组织基体中初生α相减少,次生片状α相破碎形成不规则小颗粒;魏氏组织晶界α相完全破碎,β晶粒内部大部分片状α相破碎形成等轴颗粒,只保留少量不同位向集束状α相。随着变形量增大,等轴组织中α相再结晶晶粒尺寸增大明显,魏氏组织中集束片状α相逐渐被破碎,形成细小的短条状和等轴再结晶α晶粒。     

变形温度对TC11合金流动应力及组织的影响

在THERMECMASTER-Z型热模拟机上,对TC11钛合金在变形温度为780～1 080 ℃、应变速率为10 s-1和70 s-1条件下的流动应力变化规律进行了研究,并分析了变形温度对组织的影响.结果表明,在高应变速率条件下,温度为990～1 080 ℃时,变形呈稳态流动特征;温度为780～960 ℃时,变形呈流变软化特征.通过对不同温度下TC11钛合金的微观组织观察可知,在(α β)两相区变形,当变形温度低于900 ℃、应变速率为10 s-1和70 s-1时,易发生绝热剪切或局部流动等塑性失稳现象.在β单相区变形,应变速率为10 s-1和70 s-1时,组织主要为拉长的β晶粒和少量的动态再结晶晶粒,以晶界变形为主,易造成β组织机械失稳.     

置氢TC21合金粉末烧结材料高温流变行为及组织演变

采用热压缩试验研究置氢量0.22wt%TC21钛合金粉末烧结材料在温度850℃~1000℃和应变速率0.001s-1~0.10 s-1范围内的流变行为和组织演变,分析了该合金烧结材料在试验参数范围内变形的应力-应变曲线特征。动力学分析获得置氢TC21合金粉末烧结材料高温压缩变形的应力指数和变形激活能分别为3.32kJ/mol和442.74kJ/mol,表明置氢TC21合金粉末制品在高温变形过程中均发生了动态再结晶。组织观察发现,在β相区变形时,β晶粒随金属流动方向明显被拉长、变形;在α+β相区变形时,β相的组织变化基本同其在β相区变形时一样,只是β相再结晶过程加剧;在α相区变形时,原始的的片状和等轴状组织中α相组织发生再结晶,初生的α相含量逐渐减少。平面应变状态下发生动态再结晶的临界变形量大于均匀单向压缩状态下的临界变形量。     

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。     

铸态TB6钛合金β热变形中的动态再结晶行为

利用Thermecmaster-Z型热模拟试验机在β相区对铸态TB6钛合金进行了热压缩试验,并对其动态再结晶行为进行了研究。结果表明,合金在β热变形过程中主要存在两类形核位置:原始β晶界附近及β晶粒内部,相应地存在两类动态再结晶机制:不连续动态再结晶和连续动态再结晶。在较高应变速率(≥0.01s-1)时,以不连续动态再结晶机制为主,但动态再结晶发生的程度较低,不能通过此机制使组织获得明显细化;在低应变速率(≤0.001s-1)和高变形温度(≥950℃)时,以连续动态再结晶机制为主。此时,合金动态再结晶晶粒直接由亚晶转变而成,组织均匀、细小。     

热变形参数对新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金微观组织的影响

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机进行新型Al-Zn-Mg-Cu高强铝合金的热压缩实验,变形程度为10%～80%,变形温度为300℃～450℃,应变速率为0.001s-1～10s-1。利用光学显微镜(OM)和透射显微镜(TEM)观察合金在不同压缩条件下的组织形貌特征,分析了热变形参数对微观组织的影响。研究结果表明,试验温度范围内,变形程度达到50%以上时,试样呈锻态变形组织,且变形程度的增大,有利于动态再结晶的进行;随着变形温度的升高和应变速率的减小,位错密度减小,亚晶粒尺寸增大。新型Al-Zn-Mg-Cu合金热压缩变形过程中主要的软化机制为动态回复和动态再结晶,当应变速率为0.01s-1、变形温度为300℃～400℃时,主要发生动态回复;当变形温度为450℃、应变速率在0.001s-1～10s-1范围内时,其变形以动态再结晶为主。     

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。     

热变形对TA19闪光焊接组织均匀化的影响

为消除TA19闪光焊接接头的组织不均匀性,改善闪光焊接TA19的综合性能。利用Gleeble3500热模拟试验机对TA19闪光焊接头在变形温度900~980℃,变形量30%、60%,变形速率0.01~1s-1条件下进行等温恒定速率热压缩试验,以研究其组织在不同变形参数下的转变特征。实验结果表明,焊接接头试样在压缩过程中流变应力-应变曲线呈现动态软化趋势,在低变形速率条件下片状α相动态回复、动态再结晶过程充分发生,促进其宽度尺寸的增加,β相楔入导致片状α相断开。随变形量与变形温度的增加,在动态再结晶以及元素扩散作用下,片层α相等轴化比例逐渐提高。变形过程中有残留β相被破碎,部分转变为富Mo的颗粒分布在α相基体上。在随后的热处理过程,α基体上富Mo颗粒回溶到β相,β相长大完成对片层α相的分割,α相进一步通过静态再结晶完成等轴化。闪光焊接试样在980℃、变形速率0.01s-1、60%变形量下变形后,经930℃1h+590℃4h空冷的退火处理,可充分实现焊缝组织的等轴化转变,热处理后焊接接头组织以等轴组织为主,组织均匀性明显改善。     

热变形参数对TC11合金微观组织的影响

在Gleebe-1500型热模拟试验机上进行了TC11合金在变形温度1023～1233K、应变速率0.001～10.0s-1、变形程度30％～70％时的热模拟压缩试验.结果表明,在α+β两相区变形时,变形温度对初生α相晶粒尺寸有影响;高应变速率下变形时,在一定的变形温度下合金内部将发生动态再结晶,且随变形程度增大,再结晶温度逐渐降低.同时,应变速率、变形程度和变形温度对合金动态再结晶发生的影响逐渐减小;确定了合金发生动态再结晶的最佳变形参数是在应变速率1.0 s-1附近,变形程度约50％,变形温度1123～1213K.     

等温变形对异种钛合金焊缝组织性能的影响

通过改变等温变形工艺参数探讨了焊缝显微组织的变化机理与焊件的室温拉伸性能。结果表明:在较低应变速率下,以较大变形量变形时,焊接界面晶粒细化与位错切过晶界和晶内的O/α2相条及O/α2发生拉长、颈缩而断开的机制有关,变形量小时则主要以位错切断晶界及晶内O/α2条为主。应变速率低(10-4s-1)和高(10-2s-1)时,出现的粗细不同条状O/α2相是与动态再结晶的响应速率有关。在980℃,以10-2～10-4s-1应变速率和30%～50%变形Ti2AlNb/TC11双合金焊接接头,可得到高于TC11合金的室温强度。     

锻态TB6钛合金热变形行为及组织演变

在THERMECMASTER-Z型热模拟试验机上,对锻态TB6钛合金在真应变为0.92、变形温度为800℃～1150℃、应变速率为0.001s-1～1s-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验,分析合金在β单相区条件下的热变形特点,并观察金相组织。结果表明,应变速率对合金流动应力的影响较显著;而变形温度对合金流动应力的影响在较高应变速率时较大,在较低应变速率时较小。动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数,随温度的升高而增大,随应变速率的增大而减小。从晶粒细化和动态再结晶组织均匀性考虑,当真应变为0.92时,变形温度选择在950℃～1050℃之间,应变速率选择在0.01s-1为宜。     

Static Globularization of TC11 Alloy during Hot Working Process

研究TC11钛合金片层组织在两相区980～850℃,0.001,0.01和0.1s-1应变速率条件下的热变形组织以及在不同温度退火过程中静态组织的演变规律和机制。结果表明,温度较高、应变速率较慢的条件下,动态球化过程进行得较充分,退火组织的球化分数主要取决于变形过程中的动态球化过程;温度较低、应变速率较快的条件下,动态球化过程不能充分进行,则退火后的球化分数取决于变形状态和退火过程中的静态球化过程。α晶粒尺寸则主要取决于退火温度和时间。进一步对比分析动静态球化组织的EBSD测试结果,表明退火静态球化的机制是β相的静态再结晶和α相的静态回复,以及随后的球化和聚集粗化过程。     

TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形微观组织演化研究

基于DEFORM-3D有限元平台建立了TA15钛合金大型复杂整体构件预锻成形过程的有限元模型,研究了成形参数对预锻成形过程中变形体组织演化和等轴α相晶粒尺寸的影响规律。结果表明:随着变形的进行,等轴α相晶粒发生细化;在950～980℃范围内变形时,随着变形温度的升高,初生α相晶粒尺寸逐渐增大,在980℃条件下变形时,预锻件整体范围内晶粒尺寸波动较大;随着变形速率的增加,初生α相晶粒尺寸减小;在0.5和1.0mm/s条件下成形时,温度对晶粒尺寸影响比较小,而在0.1mm/s条件下变形时,随着温度的升高,晶粒长大比较严重;随摩擦因子的增大,平均晶粒尺寸有所减小,整个锻件晶粒尺寸分布的不均匀性增加。     

核电用304不锈钢静态再结晶模型的建立

利用Gleeble-1 500 D热力模拟试验机,对304不锈钢进行了热压缩模拟试验。研究了变形温度在950℃~1 200℃之间,变形速率为1×10-3 s-1、1×10-2 s-1、1×10-1 s-1,变形量为50%的变形行为及组织特征,建立了304钢的静态再结晶晶粒尺寸模型。结果表明：变形量、变形温度、应变速率因素的影响较大;应变量越大,变形温度越低,应变速率越高,晶粒越细;304钢静态再结晶晶粒尺寸模型的建立为大锻件静态再结晶数值模拟分析提供了可靠的判据。     

不同应变速率下TA15钛合金β形变过程中动态再结晶行为

研究TA15钛合金在1050℃时,不同应变速率下变形过程中动态再结晶组织演变,讨论动态再结晶动力学、形核率和晶粒尺寸的演变规律。结果表明,随高低应变速率不同,存在两种类型的动态再结晶现象:连续动态再结晶和不连续动态再结晶。动力学分析应变速率为0.01,0.1,1s-1时,对应的动态再结晶稳态应变分别为1.26,1.57,2.93,说明增大应变速率则相应地提高稳态应变,在高应变速率条件下,往往难于达到稳态阶段。高应变速率下的形核率明显高于低应变速率下的形核率,且低应变速率下,较小幅度的增大应变速率就能使晶粒尺寸较大幅度下降;而在较高应变速率下,晶粒尺寸变化随应变速率改变较小。采用高应变速率及大应变下发生的连续动态再结晶可实现组织明显细化。     

热变形条件对P92钢动态再结晶组织及机制的影响

采用Gleeble-1500D热力模拟压缩试验机,研究P92锻态料在温度900℃～1300℃、应变速率0.5s-1～25s-1、变形程度50%条件下的热变形行为,分析热变形参数对应力-应变曲线、动态再结晶组织演变规律和机制的影响,获得了动态再结晶分数和动态再结晶晶粒尺寸。结果表明,P92钢动态软化机制有动态回复、不连续动态再结晶和几何动态再结晶3种方式。动态再结晶分数随温度的升高而增大,且随着应变速率的增大,发生不连续动态再结晶的温度范围扩大。采用提高热变形温度和高应变速率的改进工艺,可获得P92钢优良的组织和性能。     

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。