钛合金热变形机制及微观组织演变规律的研究进展

综述了当前国内外钛合金在热加工过程中的变形机制及微观组织演变规律方面的研究成果.主要讨论了α,α β和β钛合金在β区、α区或α β两相区热变形的流变曲线特征,应力指数和变形激活能参数,α相和β相的变形方式、再结晶和回复以及α β两相组织的球化等组织演变机制及规律.     

TC18钛合金的超塑性行为与变形机制

通过高温拉伸实验研究TC18钛合金在温度为720~950℃,初始应变速率为6.7×10~(-5)~3.3×10~(-1)s~(-1)时的超塑性拉伸行为和变形机制。结果表明:TC18钛合金在最佳超塑性变形条件下(890℃,3.3×10~(-4)s~(-1)),最大伸长率为470%,峰值应力为17.93MPa,晶粒大小均匀。在相变点Tβ(872℃)以下拉伸,伸长率先升高后下降,在温度为830℃,初始应变速率为3.3×10~(-4)s~(-1)时取得极大值373%,峰值应力为31.45MPa。TC18钛合金在两相区的超塑性变形机制为晶粒转动与晶界滑移,变形协调机制为晶内位错滑移与攀移;在单相区的超塑性变形机制为晶内位错运动,变形协调机制为动态回复和动态再结晶。     

曲面薄壁钛合金铸件变形工艺控制研究

目的 研究曲面薄壁钛合金铸件变形规律及发生的阶段,提出防止变形的工艺措施。方法 通过对出气管铸件成形过程进行计算机模拟仿真,对蜡模、浇注成形后的铸件、热等静压后的铸件进行扫描拟合,分析了出气管在蜡模压制、铸造成形、热等静压过程中的变形,提出了控制蜡模变形和铸件热等静压过程变形的工艺措施,并进行了试验验证。结果 出气管蜡模在压制和放置过程中,远端浇口连接处发生翘曲变形,变形量约0.5 mm;铸件在无约束的热等静压过程中,发生扭曲变形,变形量约0.5 mm,蜡模变形和热等静压过程变形叠加,导致铸件变形约1 mm。结论 计算机模拟仿真可以有效缩短铸件研制过程,获得优质铸件;增加蜡模胎膜和约束下铸件热等静压,可以有效控制铸件变形,获得合格铸件。     

连续SiC纤维增强钛基复合材料横向高温变形机理研究

针对连续SiC纤维增强钛基复合材料(SiC_f/Ti)成形的技术难题,利用沿垂直纤维方向基体具有大变形的能力,可以采用超塑成形/扩散连接技术(SPF/DB)成形出复合材料空心构件。在不同工艺参数条件下,测试了SiC_f/Ti复合材料的横向高温变形规律,并分析了变形温度、应变速率、纤维含量等工艺参数的影响规律,对不同参数条件下拉伸试件的微观组织和断口形貌进行了对比,分析了复合材料的高温变形机制。     

轧制过程中等规聚丙烯的织构进展

借助广角X射线衍射法对轧制过程中等规聚丙烯(iPP)材料的织构进展进行了极图的测量和取向分布函数(ODF)的计算,分析了冷轧过程中iPP的塑性变形机制。结果发现,轧制过程中iPP的主要塑性变形机制仍然是晶体学滑移,首先启动的滑移系是(010)[001]链滑移,其次是(100)[001]链滑移,期间没有发现明显的(110)[001]链滑移。轧制后iPP材料中形成的是含有几种(hk0)[001]织构组分的[001]//RD丝织构,大分子链沿轧制方向排列。     

钛合金热轧板高应变率塑性行为的研究

以10mm厚度的热轧钛合金板TC4为原料,通过Hopkinson压杆实验和强迫剪切实验,对高应变率下的厚板钛合金的塑性行为进行了研究和分析,得到了不同热处理制度下材料的真实应力-应变曲线,并观察了不同热处理制度下试验后材料的微观组织。     

Dependency of deformation twinning on grain orientation in an FCC and a HCP metal

Twinning plays important roles in HCP metals and those FCC metals with low stacking fault energy. The structural difference of two types of metals makes quite different contributions of twinning to plasticity. The variety of grain orientation in polycrystalline metals causes the inhomogeneous occurrence of twinning and further distinct transformation kinetics of twinning as strain increases and texture develops. This changes finally the work hardening behavior and mechanical properties. This paper reveals the dependency of twinning on grain orientation in an FCC TWIP (twinning induced plasticity) steel with high Mn content and in a magnesium alloy using electron-backscatter-diffraction (EBSD) technique, and analyzes the characteristics of twinning in the two types of metals by Schmid factor calculation. In addition, the relation of twinning and shear banding, as well as their influence on properties are discussed.     

Zr元素添加对Ti-24%（原子分数）Nb合金变形机制和超弹性的影响

采用非自耗电弧熔炼方法制备Ti-24%（原子分数）Nb-（0、2、4）%（原子分数）Zr合金铸锭。铸锭经均匀化退火、固溶、冷轧和退火后,在室温下进行拉伸测试和加载卸载测试。使用光学显微镜、X射线衍射、透射电子显微镜观察试样拉伸前后组织结构变化,并结合合金拉伸曲线分析合金变形机制。结果表明具有较低强度的Ti-24%（原子分数）Nb合金出现{112}〈111〉孪晶,Zr元素的添加提高了合金强度和β相稳定性,{112}〈111〉孪晶消失,出现{332}〈113〉孪晶。加载卸载测试中合金发生应力诱发α″马氏体转变和逆转变,具有超弹性性能。Ti-24%（原子分数）Nb-2Zr合金具有较稳定的3.6%的超弹性回复,具有成为生物医用材料的潜力。     

The Compression Deformation Mechanism of a Metallic Rubber

In this paper, the microcompression deformation mechanisms of a porous wire-like metallic body, designated metallic rubber, in uniaxial compression loading along the direction of cold stamping, have been investigated by conducting the macroscopic compressing tests and microscopic observation of the deformed material. The stress/strain relation suggest that the stress/strain relation curve could be divided into three distinct stages depending upon the variation in the stiffness with the compression deformation. The results which reveal that there exist different microscopic compression deformation mechanisms in each distinct stage: In the first stage, referred to as stage I, the elastic deformation, owing to the elastic bending of each small segments of metallic wire, occurs in the body piece by piece. In the second stage, referred to as stage II, the elastic deformation of all small segments of the metallic wire and crossed sliding friction operating in the contacted surfaces of the wire represent the main deformation mode of this stage. The third stage is the re-strengthening stage, referred to as stage III. In this case, the deformation due to nonlinear elastic bending of a series of small segments of metallic wire coils and extruded sliding friction operating in the contacted surfaces of wire coils govern the behaviour of the metallic rubber.     

镁合金的塑性变形机制和孪生变形研究

概述了镁合金的塑性变形机制,介绍了镁合金的主要孪生系及其表征技术,详细分析了变形温度、变形速率、受力方向和晶粒尺寸等对镁合金孪生变形的影响,讨论了孪生变形对镁合金塑性变形、动态再结晶、力学性能与断裂的影响。孪生通常发生在粗大晶粒中,晶粒细化可以激活镁合金中的非基面滑移,抑制孪生变形和降低镁合金的各向异性,指出细晶镁合金的研制和工业化生产是变形镁合金发展的重要方向。     

TC2钛合金的高温热变形行为

对TC2钛合金的高温变形行为进行了有限元模拟和热压缩实验研究,使用有限元自洽模型模拟提高流动应力曲线修正精度,分析材料的应力应变曲线特征,得到其高温流动本构方程和激活能,并进行了光学显微镜观察研究其微观组织演变规律,发现在高温低应变速率下α相的球化程度较高。绘制出TC2钛合金的功率耗散图和热加工图,结合应变速率敏感系数m研究了受m值控制的不同变形机制,最终确定了TC2钛合金的最佳加工窗口：(I)760~825℃、0.007~0.024 s^-1;(II)850~900℃、0.018~0.37 s^-1;(III)900~950℃、1~10 s^-1,在此区间功率耗散因子较大,在材料变形过程中发生充分动态再结晶,试样的微观组织呈细小等轴状。     

钛合金的氢处理技术及其对超塑性的影响

氢处理技术是通过氢的可逆合金化作用,对钛合金的微观组织、力学性能和加工性能进行调整的一种新兴热加工技术.钛合金中氢的加入可以增加钛合金中塑性相的体积分数,降低流动应力,提高超塑性性能,从而降低钛合金的超塑性变形对变形速率和变形温度的苛刻要求.利用氢处理与塑性变形相配合制备晶粒尺寸小于1μm的超细晶,使钛合金在更低的变形温度和更高变形速率下呈现出超塑性,是攻克钛合金扩大应用瓶颈的一条新途径.     

冷轧形变量对钛板材再结晶织构形成的影响

采用三维晶体学取向分布函数（ＣＯＤＦ）分析法研究了工业纯钛板材不同冷轧形变量对织构形成的影响。结果表明，冷轧形变量为５０－７０％时，再结晶退火后形成了（２１１８）（０１１０）和（１０１８）（１２１０）的部分纤维织构，而在３０％较低或８６％较高的形变量冷轧时，形成典型的轧制织构（２１１５）（０１１０）和再结晶织构（１０１３）（１２１０）型式。     

考虑摩擦效应的工业纯钛TA2热压缩变形本构方程及热加工图

目的 研究工业纯钛TA2在变形温度为800～950℃、应变速率为0.001～1 s-1、压下量为50%条件下的热压缩变形行为,构建材料高温本构方程及热加工图。方法 利用Gleeble–3500热模拟试验机进行热压缩试验,对实测流变曲线进行摩擦修正,通过线性回归拟合等方法建立本构方程,基于动态材料模型构建工业纯钛TA2热加工图,确定材料最佳热变形区域。结果 工业纯钛TA2热变形激活能Q为473.491 kJ/mol,应力指数n为3.876 6;最佳热变形参数为变形温度850～950℃、应变速率0.02～0.35 s-1。结论 工业纯钛TA2摩擦修正后的流变应力值均低于实测值,流动应力随变形温度的升高和应变速率的减小而降低。所建立的Arrhenius本构模型可较为准确地描述工业纯钛高温流变行为。工业纯钛TA2在中高温中等应变速率条件下加工性能良好,该区域材料发生了动态再结晶组织转变。     

挤压速度对工业纯钛室温ECAP变形孪晶的影响

在室温采用通道夹角为Φ=120°的模具,以不同挤压速度实现工业纯钛的单道次等径弯曲通道变形(ECAP),利用光学显微镜(OM)观察了变形前后的组织形貌特征,分析了不同挤压速度对显微组织的影响。结果表明:在单道次ECAP变形过程中,孪晶变形是主要的变形机制,且随着变形速率(即挤压速度)的增大,孪晶变细,孪晶的密度显著增大。     

颗粒增强钛基复合材料等温热变形与组织演化规律

目的突破难变形颗粒增强钛基复合材料热加工关键技术,以满足航空航天、武器装备等领域对轻量化耐高温钛基复合材料的战略需求。方法采用等温热变形技术研究颗粒增强钛基复合材料(TiB+La_2O_3/Ti)的热变形行为及微观组织演化规律,在变形温度为850~1100℃、应变速率为0.001~1 s~(-1)的条件下,建立该复合材料的本构方程及热加工图,结合微观组织演化规律分析,确定该复合材料等温热变形最佳加工工艺范围。结果增强体的加入,使钛基复合材料的流变应力和变形激活能提高,缩小了有效加工区间;材料热加工图中存在2个功率耗散率峰值区域,分别位于α+β两相区(900~950℃,0.003~0.1 s~(-1))和β单相区(1075~1100℃,0.3~1 s~(-1));在两相区易于发生连续动态再结晶,而单相区则对应于β晶粒的"项链"再结晶和片状α相的动态回复。结论该难变形复合材料等温热变形的最佳工艺范围为温度900~950℃、应变速率为0.003~0.1 s~(-1)。     

EBSD半原位研究双模晶粒分布铜的变形机理

本实验通过等温退火(200℃)等径角挤压(Equal Channel Angular Pressing,ECAP)制备的超细晶铜获得了双模晶粒分布(Bimodal)的铜样品。力学性能测试显示该双模晶粒分布铜样品具有很好的强度和塑性的综合性能(屈服强度225MPa,断裂延伸率20%)。进而利用电子背散射衍射(EBSD)技术研究了同一微观区域在拉伸应变分别为0%、3%、8%、14%时的微观结构信息,发现在拉伸过程中,部分超细晶晶粒和再结晶粗晶晶粒均发生了转动,粗晶晶粒内部出现了较大的局部应变以及亚晶界。此外,拉伸过程中伴随着部分退火孪晶的消失和小角晶界的增多,导致拉伸后平均晶粒尺寸下降。     

塑性变形连接的微观组织性能与缺陷表征及机制研究进展

金属在塑性变形作用下的冶金连接是高性能轻量化构件精密成形制造的关键技术。在介绍轧制连接、挤压连接、扩散连接、压力连接、摩擦焊接等连接特点及应用的基础上,阐述了国内外在金属塑性变形连接接头的微观组织演化、缺陷表征、力学性能等方面的研究进展,分析了塑性变形作用下冶金接头的形成机制,并对今后的研究方向进行了展望。