β转变组织TA15钛合金塑性流动失稳行为研究

本文采用THERMECMASTOR-Z型热模拟实验机对魏氏和网篮两种β转变组织TA15钛合金在温度750℃-950℃、应变 速率0.001s-1-10s-1范围进行等温恒应变速率压缩实验。实验结果表明,两种β转变组织钛合金在低温（750℃-880℃）和高应 变速率（0.0032s-1-10s-1）范围存在较大区域的塑性流动失稳,且魏氏组织的塑性流动失稳范围更大,在温度750℃-775℃、应变 速率0.001s-1-0.0032s-1和温度880℃-950℃、应变速率0.56s-1-10s-1区域也出现了塑性流动失稳。魏氏组织的塑性流动失稳缺陷 主要有45°宏观剪切裂纹、微裂纹和局部流动带三种,网篮组织的失稳缺陷主要有45°宏观剪切裂纹和局部流动带两种。魏氏组织比网篮组织更容易发生塑性流动失稳与网篮组织组织更均匀,在变形过程中协调分散性好,不利于产生应力集中有关。     

β转变组织TA15钛合金的流动软化行为EI北大核心CSCD

利用等温压缩实验研究了β转变组织TA15钛合金在变形温度750~950℃、应变速率0.001~10 s^(−1)范围内的流动软化行为,定量分析了变形热效应和微观组织演变对流动软化行为的影响。结果表明:变形热效应是β转变组织TA15钛合金流动软化的重要机制,变形热软化程度随着变形温度的下降和应变速率的增大而增强,最高占到总流动软化程度的48.2%;动态再结晶、动态回复和流动失稳缺陷等形式的微观组织演变是流动软化的主要机制。基于动态材料模型,利用应变速率敏感性指数预测了3种微观组织演化形式主导的软化区域,并通过微观组织观测进行了验证。     

TA15钛合金的超塑性研究及组织变化

采用应变速率循环法(基于时间间隔)研究了TA15钛合金的超塑性拉伸变形行为及组织变化规律.结果表明,在变形温度分别为850、900、950℃,应变速率范围为5×10~(-6)～5×10~(-4)S~(-1)的实验条件下,TA15具有良好的超塑性.在超塑性拉伸过程中,试样变形区将发生动态再结晶,使原始条状初生α相破碎、细化和等轴化,有利于超塑性的提高.在最佳超塑性条件下(900℃),两相等轴状较多且比例非常接近,α相数量相比拉伸前试样有所减少,初生α相大小及分布较均匀,但点状α相有一定的长大,β相有少许的合并长大.     

TA15钛合金等温近β变形行为及微观组织演化

通过热模拟压缩实验研究了TA15钛合金等温近β变形行为和微观组织演化,定量分析揭示了近β变形温度、应变速率、变形量对TA15合金流动应力和微观组织的影响。结果表明:在近β变形过程中,变形温度升高,应变速率降低,将抑制动态再结晶过程,促进动态回复过程;变形温度降低,应变速率升高,将抑制动态回复过程,促进动态再结晶过程。变形温度是影响等轴α相含量,晶粒尺寸和平均轴比的主要因素,增加应变速率对等轴α相晶粒细化的作用并不明显。在近β温度区间,建立了等轴α相含量和晶粒尺寸与变形温度关系的经验模型。研究结果可为TA15钛合金等温近β成形工艺优化控制提供依据。     

片状组织TA15钛合金动态球化行为

利用热模拟试验机对片状TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究了应变速率为10-3～1 s-1、真应变为0.22～0.92、变形温度为900 ℃和950 ℃时片状组织的动态球化行为.结果表明,真应变对动态球化有较大影响,真应变从0.22增加到0.92时,α相的球化率最大增幅为40%;900 ℃和950 ℃变形时α相的球化率差别不大;当应变速率为10-3～10-1 s-1时,降低应变速率能够显著提高片状α相的球化率,但当应变速率大于10-1 s-1后,球化率随应变速率的变化并不明显.TA15钛合金的真应力-真应变曲线均呈"应变软化"型,这种软化行为主要是由片状α相的动态球化和弯折引起的.     

TA15钛合金片层状组织的球化行为

对原始组织为不同粗细片层组织的TA15钛合金板材在两相区进行75%的热轧变形,并用金相法观察变形后组织的球化行为,并分析变形机理。结果表明,晶内片层状α相随变形量增加发生球化,球化程度与片层状α相粗细有关,粗片层状组织发生扭曲和弯折,但等轴α晶粒较少;细片层状组织大部分发生球化,生成均匀细小的等轴组织,这说明原始组织片层状越细则变形后球化程度越高,组织更均匀细小。     

TA15钛合金片层状组织的球化行为

对原始组织为不同粗细片层组织的TA15钛合金板材在两相区进行75%的热轧变形,并用金相法观察变形后组织的球化行为,并分析变形机理。结果表明,晶内片层状α相随变形量增加发生球化,球化程度与片层状α相粗细有关,粗片层状组织发生扭曲和弯折,但等轴α晶粒较少;细片层状组织大部分发生球化,生成均匀细小的等轴组织,这说明原始组织片层状越细则变形后球化程度越高,组织更均匀细小。     

平面应力条件下TA15钛合金超塑性

采用受平面应力变形的锥形件和盒形件的气压胀形实验,研究TA15钛合金在不同温度的变形能力,通过显微组织观察和力学性能测试,分析变形过程中的组织变化和性能变化。结果表明,940℃时,材料达到最佳超塑性,锥形件最大高度为94.4mm,最小壁厚为0.1mm,且盒形件的力学性能较原始板材略有提高。在温度940℃和980℃变形时均有β相析出,且随着应变的增大,α相体积分数先减少后增加,组织粗化是导致材料失效的主要原因。     

TA15钛合金高温变形多晶体塑性有限元模拟

通过晶体塑性有限元与电子背散射衍射(EBSD)技术相结合的方法,实现TA15钛合金相变点以上高温压缩变形的晶体塑性有限元模拟。采用元胞自动机方法获得了晶粒的初始形貌,通过用户子程序UMAT将基于率相关晶体塑性本构方程嵌入到软件ABAQUS中。模拟结果显示,TA15合金热压缩变形组织呈明显的形变不均匀特征,模型中晶粒内部应力应变分布不均匀。不同晶粒滑移系的开动不同,即使在同一晶粒内部,也存在滑移系开动不同步的情况。采用电子背散射衍射(EBSD)技术对TA15钛合金的热压缩变形组织的变形不均匀特征进行了验证。     

TA15钛合金应力松弛行为研究

对TA15钛合金进行了高温单向拉伸试验,获得了试验用板材在不同温度和应变速率下的力学性能。在此基础上,开展了板材高温应力松弛试验,得到了该材料在600、650、700和750℃这4个典型温度下的应力松弛曲线。研究了温度对TA15钛合金应力松弛行为、松弛应力和松弛应变的影响,获得了应力松弛速率与时间的变化关系。结果表明:温度越高,保温时间越长,试样在卸除外载荷后,松弛应力和松弛应变较小。且温度范围700~750℃,保温时间5~8 min时,回弹消除彻底和高效,为降低回弹的较优工艺参数,研究结果可为热成形工艺、热校形工艺及紧固件的使用周期提供指导。     

TA15钛合金接头补焊组织特征分析

采用光学显微镜、X射线衍射仪和电子探针等测试手段分析TA15钛合金熔焊接头补焊微观组织特征，探讨钛合金焊缝多次补焊的可行性。组织观察结果表明，钛合金接头补焊过程即是在原始焊缝基础上形成新的焊缝及热影响区的过程；补焊层焊缝与原始焊缝之间结合良好，未发现界面反应物以及气孔、裂纹、夹渣等缺陷；焊缝及母材过渡区中Ti、Al、V、Fe等元素不存在成分偏析；室温下补焊焊缝组织由α-Ti组成；随着补焊次数增加，晶粒有所粗大，出现少量锯齿状α相，补焊区显微硬度有一定降低趋势，分析结果表明TA15钛合金补焊是可行的。     

应变速率对TA15钛合金超塑性的影响

采用恒应变速率拉伸方法研究了应变速率对TA15合金超塑性的影响。结果表明,在变形温度为900℃,应变速率为3.3×10-4～1.1×10-2s-1时,随应变速率的降低,伸长率逐渐增大,最大伸长率为1074%。同时,在高应变速率条件下也获得了良好的超塑性能。此外,应力-应变曲线中出现了较长的应变硬化阶段,应变速率越低,应变硬化阶段越长,并且有利于超塑性变形。微观组织观察表明应变速率对TA15合金显微组织演变有着显著的影响,应变速率越低,显微组织粗化越严重。高应变速率条件下,由于动态再结晶的作用,试样变形区出现了很多新的细小等轴α相。     

β相区加热TA15钛合金热变形显微组织演化

采用OM、XRD和EBSD研究经过β相区加热,在不同工艺参数下热变形水冷淬火后TA15钛合金的显微组织、相变和织构演化规律。结果表明:显微组织主要由被压扁、拉长的原始β晶粒转变的α′马氏体相及清晰β晶界组成,相变点以下温度变形的显微组织中出现沿原始β晶界分布的细小晶界α相晶粒;通过切变方式形成α′马氏体相固溶了Al和V元素,且晶格点阵收缩,衍射峰向高角度方向偏移;α′马氏体与原始β的晶体取向间满足Burgers位向关系,显微组织的晶粒取向分布也类似,且随着变形温度和应变速率的提高,材料的晶粒取向性增强;显微组织的晶粒尺寸均在7μm以内,α′晶粒继承母相β晶粒的取向差,在10°、60°和90°附近出现峰值。     

TA15钛合金高温持久腐蚀行为研究

为深入分析热盐应力腐蚀对TA15钛合金高温性能的影响,对大规格TA15钛合金棒材进行不同的表面腐蚀处理,测试了500℃/470 MPa条件下的持久性能,并对试样表面、断口处的组织特征进行观察,分析TA15钛合金的热盐应力腐蚀机制。结果表明：在500℃/470 MPa下,TA15钛合金对热盐应力腐蚀非常敏感,导致持久寿命显著降低;在腐蚀过程中,沿着α相界(β基体)发生复杂的化学反应,形成腐蚀氧化物并向内扩散;应力作用加速了腐蚀裂纹扩展,形成沿晶断裂特征,降低了试样的持久寿命。     

TA15钛合金中板组织与力学性能研究

采用一次换向+四火次轧制、二次换向+四火次轧制和一次换向+三火次大变形轧制3种工艺制备了厚度10.0mm的TA15钛合金中板,研究了轧制工艺对板材显微组织和力学性能的影响。结果表明：3种TA15钛合金中板显微组织均为α+β两相区加工组织,但采用二次换向+四火次轧制的样品B显微组织中初生α相尺寸最为细小、等轴化程度最高;3种TA15钛合金板材室温和高温力学性能均符合GJB 2505A—2008标准要求,但采用一次换向+三火次大变形轧制的样品C室温和500℃高温抗拉强度横纵向差异最小,500℃高温持久性能最佳。     

热处理对TA15钛合金组织的影响

研究了从820℃、900℃、980℃和1030℃水冷、空冷和炉冷对TA15钛合金微观组织和硬度的影响。结果表明,随着加热温度的升高,初生等轴α相不断减少,亚稳定β相不断分解,形成细小的次生针状α相(αs);随着冷却速度的降低,合金的组织向针状和片状(α+β)相转变。显微硬度随加热温度的升高而提高,而冷却方式对其硬度影响不大。     

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。     

片层组织TA15钛合金的热变形行为及组织球化

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对片层组织TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究其在两相区860～970℃和应变速率0.01～1 s~(-1)范围内的热变形行为和组织球化过程。结果表明:片层组织TA15合金两相区变形应力对温度和应变速率很敏感,应力峰值高于等轴组织合金变形时的峰值,而且其前后应力的硬化率和软化率随着温度的降低和应变速率的增大而逐渐增大。应变对片层组织球化的影响最显著,在本实验条件下,片层组织开始球化的临界应变为0.34～0.59,完全球化需要的应变为3.4～6.8。TA15片层组织两相区变形应力的软化主要原因是片层组织球化和弯折。     

孪生行为对TA18钛合金管材塑性的影响

利用电液伺服材料试验机,对直径为Φ16的TA18(Ti-3Al-2.5V)钛合金管材试样分别在–60,25,100,200,300和350℃下进行了静态拉伸试验,并结合TEM观察TA18钛合金管材在高低温下的显微组织。结果表明,TA18钛合金管材的强度和塑性均随温度的升高而降低;通过TEM观察,在–60℃拉伸的管材中观察到明显的孪生,而在350℃拉伸的管材中没有观察到孪生现象。结果表明:孪生对不同温度下TA18钛合金管材的塑性变形起着至关重要的作用。     

基于改进BP神经网络的TA15钛合金近β锻造组织预测模型

文章以训练结果的误差均方差与误差和降低为目标,通过循环和判断语句改进了MATLAB人工神经网络(ANN)工具箱的BP算法,实现BP网络多结构、多次循环训练,建立了TA15钛合金近β锻造变形参数(变形温度、应变速率和变形量)和变形水冷(WQ)及后续热处理(再结晶退火或高低温强韧化处理)后的组织特征参数(等轴α相的含量、平均晶粒直径和轴比,条状α相的含量和厚度)之间关系的BP人工神经网络模型。结果表明,针对近β锻造组织预报输入参数多,输入-输出参数高度非线性,该模型可以有效避免传统BP模型容易陷入局部极小值点的缺点,可较准确的得到各工艺参数组合下的组织特征参数;模型预测结果可以用于近β锻造不同工艺参数组合下组织特征参数的预报,及其演化规律的分析。