Ti-15-3钛合金应变速率循环超塑性研究

应变速率循环法是一种新式的超塑性实验方法，即试样在拉伸变形过程中，应变速率的大小按预定规律连续β循环变化，直至试样拉断，从而获得材料超塑性力学性能参数。采用这种方法研究Ti-15V．3Cr-3Sn-3Al（简称Ti-15-3）合金的超塑性。实验用原材料选自区轧制的板材，未经细化处理，晶粒平均尺寸为100μm。结果表明，该合金具有良好的超塑性，在应变速率范围3．2×10^-4～3．2×10^-5／s内，最佳变形温度为900℃，伸长率为621％。超塑性变形的机制是晶界滑动为主，晶内变形和位错蠕变起协调作用。     

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。     

应变速率对TC21钛合金超塑性拉伸微观组织的影响

研究了应变速率对TC21钛合金超塑性拉伸过程中应变速率敏感性指数m值及显微组织的影响.结果表明,m值在温度为900℃,初始应变速率为10^-4～10^-2s^-1时均大于0.3,在初始应变速率为3.3×10^-4s^-1时,m值达到了最大,平均值为0.376.在较快初始应变速率条件下拉伸时,在温度和较大变形程度的作用下,试样变形区发生了动态再结晶,形成了很多细小、等轴的晶粒,在最佳初始应变速率及更慢速条件下拉伸时,由于高温长时间大变形的作用,试样变形区发生了明显的聚集再结晶长大,相当一部分晶粒合并长大成片状.     

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.     

分步拉伸变形对TA15合金超塑性的影响

采用分步变形法对TA15合金在10 kN高温电子拉伸试验机上进行了超塑性拉伸试验,研究了变形温度和预变形量对该合金超塑性性能及微观组织演变。结果表明:变形温度为850~950℃和预变形量为100%~200%时,TA15合金呈现出良好的超塑性;变形温度为900℃和预变形量为150%时,该合金的超塑性能最好,最大延伸率为1456%;变形温度为950℃时,该合金的超塑性能降低,延伸率仅为188%。TA15合金的微观组织状态显示:该合金在拉伸变形过程中微观组织保持等轴状,但是随着变形温度的升高,晶粒开始长大,变形温度越高,晶粒长大越显著。     

TA15合金高低温恒应变速率拉伸变形行为对比研究

为进一步研究钛合金超塑性变形行为,对TA15合金在变形温度700~900 ℃、应变速率1×10?2~1×10?4 s?1条件下进行恒应变速率拉伸实验,对比不同温度、不同应变速率下合金的变形行为。结果表明:TA15合金在初生等轴α相平均尺寸15 μm的条件下,拉伸试样的伸长率为73.3%~250.0%;在850 ℃、1×10?4 s?1变形条件下,试样伸长率最高;在700~750 ℃下,合金表现出的峰值应力较大;在750 ℃、1×10?4 s?1变形条件下,试样伸长率为183.3%。合金试样仅在高温及低应变速率条件下出现稳态流变阶段,该阶段持续时间越长,合金的伸长率越高。变形后的TA15合金组织均发生不同程度的长大,经高温、低应变速率的变形,试样组织粗化现象最为明显。     

TA7钛合金板材高温拉伸变形

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对板厚为4 mm的TA7 ELI材料在变形温度为800、850、900、950和1000℃,应变速率为0.01 s^-1和0.001 s^-1下进行高温拉伸实验,获得材料发生超塑性变形的温度区间和应变速率范围。采用炉中高温拉伸实验对Gleeble实验结果进行验证。得出在950～1000℃范围内,应变速率低于0.001s^-1时,TA7 ELI钛合金高温拉伸会出现超塑性变形。伸长率最高可达260%。在应变速率0.001 s^-1、800℃时,TA7钛合金的断口组织中有动态再结晶现象。1000℃时,断口出现较为粗大的层片状α组织和明显的晶粒长大现象。m和n值都随着温度的升高而增大,在950℃时到达最大值。硬化现象能够有效的抑制颈缩,变形温度为950℃时,材料的硬化和软化达到较好的平衡,易获得较大的伸长率。     

LY12CZ铝合金超塑性应变速率变化规律探讨

在挂锤式拉伸试验机上对LY12CZ铝合金超塑性应变速率变化规律进行了跟踪观察，发现试验在恒载荷下以最初应变速率变形的时间只有40－60min，随后，应变速率会自动增大，试样断裂时的应变速率比较初始应变速率约高1倍。     

TA32钛合金板材的超塑性能研究

研究了真空环境中TA32钛合金板材在温度950℃、应变速率5. 32×10~(-4)～2. 08×10~(-2)s~(-1)条件下的超塑性变形行为。结果表明,在不同应变速率条件下,合金的流变应力曲线特征和显微组织演变显著不同。在应变速率较低(5. 32×10~(-4)～3. 33×10~(-3)s~(-1))条件下,拉伸真应力-真应变曲线呈传统超塑变形的稳态流动特征,变形后的合金中初生α相晶粒尺寸较大;在高应变速率(8. 31×10~(-3)s~(-1)～2. 08×10~(-2)s~(-1))条件下,拉伸真应力-真应变曲线中流变应力增大到峰值后快速单调递减直至试样断裂,合金变形过程中初生α相发生动态再结晶,晶粒尺寸较低应变速率条件下显著细化。950℃时,TA32钛合金板材均具有超塑性变形能力,超塑性延伸率在145%～519%之间;当应变速率为5. 32×10~(-4)s~(-1)时,具有最佳的超塑性,拉伸延伸率可达519%。断裂区形貌分析发现,TA32钛合金板材的超塑性断裂模式为空洞聚集-连接-长大型断裂。     

初始应变速率对00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢超塑性的影响

对00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢经过固溶处理和冷轧变形后,在950℃下保温5min,以不同的初始应变速率进行恒温超塑性拉伸试验,研究初始应变速率对00Cr22Ni5Mo3N双相不锈钢超塑性的影响规律。计算m值并观察不同初始应变速率下拉断后的组织,研究m值和断后组织随初始应变速率的变化规律,揭示初始应变速率影响材料超塑性的原因。试验结果表明:初始应变速率较低时,材料的组织比较粗大,初始应变速率增大时,材料的组织变得细小均匀。随着初始应变速率的增大,材料的伸长率和m值呈现相同的变化趋势,都是先增大后减小,并在1.5×10-3 s-1时所取得最大值分别为1070%和0.65。     

冷却速率对TA15钛合金组织和性能的影响

利用可控冷却速率热处理装置对TA15钛合金进行了不同冷却速率下的β热处理工艺试验,研究了该合金冷却速率对微观组织和硬度的影响。结果表明:合金加热至1 020℃以上以不同冷却速率冷却后出现了两种类型的转变产物——马氏体和(α+β)片层组织;两种类型转变产物中的原始β晶粒形貌均清晰可见;(α+β)片层组织中α片终止于原始β晶界和其他α集束团,原始β晶粒内可形成多个α集束团,同一α集束内α片层相互平行;随冷却速率增加,α片层厚度先快速后缓慢减小,而集束尺寸则呈线性减小;增加冷却速率可提高(α+β)片状组织的硬度。     

TA15钛合金疲劳寿命反推研究

应用断口定量反推疲劳寿命的理论基础,通过对裂纹长度与疲劳条带间距的测量,利用Paris公式,分别运用自然对数法和常用对数法对TA15钛合金进行了寿命反推,并对结果进行了比较,结果表明,在相同的条件下,应用常用对数法计算的疲劳扩展寿命与应用自然对数法计算的扩展寿命十分接近.     

TA15钛合金锻件裂纹分析

TA15钛合金锻件在加工过程中,发现加工表面存在裂纹。通过对裂纹形态、裂纹断口的宏微观特征、裂纹金相、材质组织及硬度等检测与分析,得出了裂纹性质及产生原因,并通过裂纹断口温色对比分析以及断口微区成分分析,获得了裂纹产生的温度范围。结果表明,TA15钛合金裂纹为锻造折叠裂纹,折叠裂纹在锻造过程中发生了扩展。裂纹主要是由于表面没有清理干净的氧化皮卷入所致。裂纹左侧棕红色断口形成温度高于800℃,右侧灰色断口形成温度不高于500℃。     

TA15钛合金热变形应力应变曲线及本构模型

在变形温度分别为750,800,850,900,950,1000和1050℃,应变速率分别为0.001,0.01,0.1和1s~(-1)的条件下,对TA15钛合金进行了热压缩试验,分析了变形温度和应变速率对流动应力的影响。根据试验结果,计算了变形过程的温升,表明变形热所导致的温升大小与应变速率和应变均成正比,在T=750℃,ε=1s~(-1)的低温高应变速率条件下所产生的温升最大,可以达到122.63℃。基于Sellars-Tegart本构模型,建立了TA15钛合金热变形时的本构模型。     

TA15钦合金管材开裂失效分析

对开裂的TA15钛合金管材进行宏观检查,观察裂纹打开断口的宏微观形貌;对金相组织进行了研究,确定了该钦合金管材的失效模式,并对其开裂原因进行了分析.结果表明:TA15钦合金管材表面裂纹的产生,是由内表面局部短时超温形成的花斑和表面存在的残余拉应力的共同作用导致的.由于花斑的形成主要与热加工工艺过程中内表面的摩擦生热有关,所以在零件设计时应考虑钛合金零件设计的通用原则.     

TA15钛合金高温变形过程的介观模拟计算

以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,探究了TA15钛合金在高温变形过程中介观层次上形变不均匀性和力学响应。基于率相关晶体塑性理论,建立了描述体心立方结构金属力学行为的本构模型,同时考虑了主滑移系和次滑移系的运动;确定了合理的材料本构参数,高温压缩实验与模拟得到的真应力-应变曲线基本一致。通过对TA15钛合金高温变形模拟结果进行分析,包括应力和应变分布、滑移系开动情况和晶界面积变化,得出:(1)由于晶粒几何及取向的随机性造成应力和应变分布非均匀性;(2)晶粒间相互作用的复杂性会导致各个滑移系开动的差异性;(3)形变程度越大,晶粒密度越大,晶界面积变化率越大。模拟结果为相变等显微组织演变及多尺度同步耦合提供了参考。     

TA15合金及其在飞机结构中的应用前景

总结分析了TA15合金的成分、组织、力学性能、工艺性能和相关使用性能。TA15合金作为一种新型的近口型钛合金，具有较好的综合力学性能以及优良的锻造、热处理和焊接工艺性能。TA15合金可用来制造飞机隔框、壁板等工作温度较高、受力较复杂的重要结构零件。