TC4热连轧棒材微观组织演变分析

采用热压缩试验获得了TC4钛合金高温变形时的流变应力曲线,并建立相关Yada模型;模拟分析了TC4钛合金棒材热连续轧制过程中再结晶分数、位错密度以及微观组织的一系列变化。结果表明:由于棒材表面晶粒变形完全,在连轧第二道次再结晶分数已达到饱和;随着变形的深入,在连轧第三道次,晶界位错由均匀分布转变为多边形状,初始条形晶粒转变为等轴晶粒,棒材内部晶粒发生动态再结晶;在后续轧制道次中,位错密度相对减小,而等轴晶粒逐渐长大。对连轧后的TC4棒材试样进行微观组织观察,与有限元模拟结果基本吻合。     

TC4钛合金热连轧棒材孔型改进

为了使φ15·5 mmTC4钛合金热连轧棒材组织更加均匀、晶粒更加细小、性能更加优异,优化设计了φ15·5 mm TC4钛合金热连轧预精轧棒材孔型,并对比分析了原孔型和优化孔型轧制的φ15·5 mm TC4钛合金棒材预精轧各道次的变形量、显微组织和力学性能。实验结果表明,优化设计的φ15·5 mm TC4钛合金热连轧预精轧棒材孔型中除预精轧2的道次变形量比原孔型低,其余各道次的变形量几乎都高于原孔型,而且都在20%以上;采用优化孔型轧制的φ15·5 mm TC4钛合金热连轧棒材显微组织中初生α相含量较原孔型轧制的初生α相含量增多,其分布更加均匀、细小;优化孔型轧制的棒材各项力学性能都优于原孔型轧制的棒材。     

不同原始组织TC6钛合金高温变形微结构演化及其力学性能

采用gleeble-1500热模拟试验机和Hopkinson压杆,对具有4种典型组织的TC6钛合金分别进行了高温准静态压缩和室温动态压缩试验,结合TEM观察,研究了不同原始组织的TC6钛合金高温变形微结构演化及其力学性能。结果表明:具有4种典型组织的TC6钛合金高温变形时随温度升高微结构的演化可分为等轴型组织演化和网篮型组织演化,前者演化过程为:等轴α相的拉长变形—动态再结晶—动态再结晶晶粒长大—α/β相变;后者演化过程为:板条状α相弯曲变形—板条状α相断裂—动态再结晶—动态再结晶晶粒长大—α/β相变,板条状α相变成短棒状。位错活动及动态再结晶是控制4种组织的TC6合金在高温变形过程中组织演化和力学性能的重要因素;网篮组织晶界众多,位错运动障碍较多,在高温下具有较其余3种组织更高的流变应力;等轴组织α相晶粒较大,位错运动障碍较少,其流变应力在4种组织中最低;双态组织、固溶时效组织的流变应力介于等轴组织与网篮组织之间。4种组织的TC6钛合金的室温动态力学性能均对应变率较敏感。4种组织的TC6钛合金在室温及应变率为2500～4000s-1动态压缩条件下,塑性由大到小依次为:等轴组织、双态组织、固溶时效组织和网篮组织,流变应力由大到小依次为:固溶时效组织、双态组织、网篮组织和等轴组织。     

TC21钛合金动态再结晶行为的元胞自动机模拟

为研究热加工工艺不同变形参数对TC21钛合金塑性成形过程中微观组织的影响，本文利用Gleeble-3500型热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验，研究了TC21钛合金在不同变形条件下的热变形行为；并以TC21钛合金在热压缩过程中微观组织演变为基础，通过对TC21钛合金的位错密度模型、再结晶形核和晶粒长大模型的推导，建立了元胞自动机模型，并基于元胞自动机模型对TC21钛合金β单相区变形过程中的动态再结晶行为进行了模拟和验证。结果表明：该合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的升高而增大；结合元胞自动机模拟结果分析得，在β单相区内该合金动态再结晶体积分数与变形温度成正比，而与应变速率成反比。     

多道次轧制TC4钛合金微观组织与力学性能研究

通过多道次轧制(两向轧制+单向轧制)制备了高强度TC4钛合金板材,比较分析了多道次轧制和单向轧制的TC4钛合金的室温力学性能和微观组织。结果表明,多道次轧制显著细化了晶粒尺寸,纳米级等轴α相呈弥散分布,平行轧制方向有少量链状及丝状α相;基体β相破碎,微米级β晶粒平行于轧制方向分布,呈现出一定的方向性,亚微米级β晶粒弥散分布。多道次轧制显著提高了TC4钛合金的室温力学性能,降低了其在轧向和横向上的各向异性。     

连轧过程对TC2钛合金显微组织的影响

文章通过分析连轧过程中不同截面的轧制速度对TC2（Ti-4Al-1.5Mn）钛合金棒材显微组织与力学性能的影响,并与横轧过程进行了比较,结果表明:连轧末段轧速直接影响钛合金棒材的显微组织与力学性能,超过一定轧速时会形成过热组织并恶化力学性能;该轧速取决于合金牌号、轧制温度与变形量,钛合金棒材连轧末段轧速不应超过这个轧速;同样轧制条件下连轧的显微组织比横轧更细小、均匀。     

脉冲电流轧制对AZ31镁合金微观组织与力学性能的影响

对比研究脉冲电流轧制工艺与温轧工艺对AZ31镁合金板材的力学性能、织构、微观组织与沉淀相等方面的影响。结果表明：脉冲电流具有促进冷轧AZ31镁合金低温再结晶能力的作用。脉冲电流轧制后的镁合金板材组织由细小的等轴再结晶粒与析出相构成,没有发现孪晶组织,并且完全再结晶,原始晶粒均被细小的再结晶晶粒取代,再结晶晶粒内的位错密度低。而温轧镁合金组织则由稍拉长变形孪晶、粗大的再结晶晶粒和析出相构成,再结晶的晶粒内位错密度高。两种轧制方式下的镁合金析出相均为Mg17Al12。脉冲电流轧制后镁合金的织构具有典型基面织构的特征,而脉冲电流轧制镁合金的织构则出现横向偏转;脉冲电流轧制后镁合金的屈服强度与伸长率均比温轧镁合金的大,但抗拉强度正好相反。     

AZ80镁合金3道次轧制过程中的晶粒和拉伸性能分析

利用OM、EBSD等测试技术分析了3道次轧制的AZ80镁合金组织形态,研究了合金动态析出过程中拉伸性能与组织结构转变。结果表明:合金1道次变形后,组织发生再结晶,生成众多不同尺寸的再结晶晶粒,尺寸明显细化;2道次变形后,晶粒获得更大程度的细化;3道次变形后,组织已被动态析出相覆盖,此时合金晶粒发生了更显著的细化,平均晶粒尺寸为2.0μm,形成更多的高密度位错缠结。试样硬度与轧制道次之间存在明显的线性关系。在轧制3道次时硬度达到最大值,为105HV。试样断口分析表明,随着轧制道次的增加,晶粒得到细化。     

TC18钛合金相变点区域动态再结晶模型的建立

为了研究TC18钛合金在β转变点附近区域热变形过程中的动态再结晶行为以及微观组织变化规律,利用热模拟设备Gleeble 1500对TC18钛合金β转变点附近的应力-应变曲线进行了测定,并采用金相显微镜对TC18钛合金高温压缩变形后的显微组织进行观察。采用六次多项式拟合方式对TC18钛合金应力-应变曲线进行光顺,然后结合加工硬化率曲线与材料应力-应变曲线确定材料不同情况下的临界应变ε_c、峰值应变ε_p以及稳态应变ε_s,并建立基于Zener-Hollomon参数的数学模型。应用Kopp模型建立TC18钛合金在β转变点附近区域的动态再结晶体积分数模型,并根据金相分析结果建立TC18钛合金的动态再结晶晶粒尺寸模型。     

Hastelloy C276高温合金热加工微观组织演化元胞自动机模拟

采用Gleeble热模拟试验机对Ni-Cr-Mo系高温合金Hastelloy C276进行单道次和双道次热压缩试验,获得了不同热变形条件下的流变应力曲线和微观组织,在此基础上回归了该合金热变形物理冶金模型及参数,进而构建了微观组织拓扑演化的元胞自动机模型。结果表明:Hastelloy C276高温合金在高温热压缩过程中易发生动态再结晶,当动态再结晶不完全时,在热压缩保温或道次间歇内,再结晶晶粒将进一步快速生长而发生亚动态再结晶。Hastelloy C276高温合金再结晶行为对变形温度、变形速率、应变量等工艺参数敏感;构建的元胞自动机模型,集成计算了热压缩和道次间歇过程中的位错密度、再结晶形核及晶界迁移等,可有效表征多工艺参数下Hastelloy C276高温合金热压缩过程中的微观组织拓扑结构演化和应力-应变响应。     

钛合金线性摩擦焊接头动态再结晶规律研究

针对TC4/TC17异种钛合金进行了线性摩擦焊试验,利用光学显微镜与扫描电镜对焊接接头各区域的微观组织进行了分析,并采用透射电镜分析了钛合金线性摩擦焊接头焊合区的动态再结晶规律。结果表明:在焊接升温的过程中,TC4/TC17钛合金线性摩擦焊焊缝区已经达到β转变温度。在热和力的作用下,焊缝中心处金属发生动态再结晶,生成了细小的等轴晶粒。由于焊合区在共生晶粒形成之后又经历了强塑性变形,焊合区的晶粒内部产生了高密度的位错。位错运动形成亚晶界,焊合区形成亚晶粒,并以亚晶粒为形核核心,发生动态再结晶过程。     

轧制火次对EB熔炼TC4钛合金显微组织、织构和力学性能的影响

本文研究了轧制火次对电子束冷床(EB)熔炼TC4钛合金显微组织、织构和力学性能的影响。结果表明：随着轧制火次的增加,原始铸态试样中粗大晶粒被破碎,晶粒逐渐等轴化,形成大量细小的等轴α相,小角度晶界(LAGBs)逐渐增加;相比于一火次轧制变形,三火次轧制变形后LAGBs提高35.1%,位错密度逐渐增加。轧制过程中钛合金β→α转变发生了变体选择。一火次轧制后形成T型织构,柱面滑移优先开动,随着轧制火次的增加,织构类型发生转变。三火次轧制后,试样的抗拉强度和塑性显著提高,与铸态试样相比,RD与TD方向室温与400℃抗拉强度分别增加271 MPa、189 MPa和300 MPa、402MPa,断后伸长率分别增加7.4%、15.3%和7.6%、4%。RD与TD方向室温断裂机制分别从准解理断裂和脆性断裂逐渐转变为微孔聚集型断裂。     

TC6钛合金高温准静态与室温动态变形条件下微结构演化对比

采用gleeble-1500热模拟试验机及分离式霍普金森压杆技术,对TC6钛合金试样进行高温准静态(0.01s-1)压缩试验及室温高应变率(103s-1)剪切试验,通过光学显微镜及透射电镜对比研究2种变形条件下材料微结构演化特点。结果表明:在2种变形条件下材料微结构演化显著不同。在高温准静态条件下变形时,TC6钛合金微结构演化经历了4个阶段:等轴状α相变形为板条状→板条状α相断裂,同时出现动态再结晶晶粒→动态再结晶晶粒长大→发生α/β相变;在高应变率加载条件下变形时,TC6钛合金微结构演化经历了3个阶段:等轴状α相变形为板条状→位错的快速运动,板条状α相变形为更为细长狭窄的长条状→长条状α相断裂,同时出现少量动态再结晶晶粒;在2种变形条件下,TC6钛合金均发生了动态再结晶,但高温准静态下,动态再结晶晶粒较多且发生长大,尺寸为3～5μm,而高应变率加载条件下形成的动态再结晶晶粒较少且没有长大,尺寸为0.1～0.2μm。     

微合金钢热变形组织与性能演变的CA模拟

建立了预测微合金钢热变形奥氏体动态再结晶组织与性能演变的元胞自动机模型.采用基于位错密度的动态再结晶理论,主要考虑动态再结晶的形核、晶粒长大,实现对动态再结晶过程晶粒形态、体积分数及晶粒尺寸的定量化表征及其演变过程的可视化描述,获得了位错密度及流变应力等参数.模拟得到的动态再结晶组织形貌及基于位错密度变化计算出的流变应力与实验结果吻合较好.     

显微组织类型对TC4钛合金丝材性能的影响

α+β两相区轧制的TC4钛合金丝材经不同工艺热处理后,获得等轴组织、双态组织和片层组织,研究了微观组织特征及其对合金拉伸性能和疲劳性能的影响。结果表明：等轴组织α晶粒最为细小且具有较高的位错密度,表现出最高强度;双态组织α相较等轴组织显著长大,位错密度明显降低,具有最好的工艺塑性;片层组织原始β晶粒粗大,塑性最低。3种组织中片层组织疲劳性能最好,当裂纹长度<250μm时,不同显微组织对应的裂纹扩展速率差异较大,片层组织的扩展速率最低,等轴组织最高;当裂纹长度>250μm时,3种组织的裂纹扩展速率无显著差异。综合考虑TC4钛合金丝材的力学性能和工艺塑性,应选择双态组织作为产品的最终组织状态。     

38MnVS6非调质钢大尺寸棒材往复热轧过程微观组织演化数值模拟

以热压缩实验所得38MnVS6非调质钢微观组织演化数学模型为基础,利用非线性有限元软件MSC.Marc,建立了38MnVS6非调质钢Φ90mm棒材往复热轧过程三维热-力-组织多场耦合有限元模型。微观组织演化数学模型通过MSC.Marc子程序与轧制热-力耦合有限元模型相耦合。计算并分析了38MnVS6非调质钢棒材10道次往复热轧过程中轧件的温度、再结晶分数以及奥氏体晶粒尺寸的分布和演化。结果表明,由于截面尺寸较大,轧件的温度场具有不均匀性,进而导致微观组织场的不均匀性。轧制过程轧件表面温度及轧制后奥氏体晶粒尺寸的实验值和模拟值吻合较好,验证了模型的准确性。     

热塑性变形过程中钛合金微观组织演变的可视化仿真

热塑性加工过程中材料的微观组织一般经历晶粒长大、静及动态再结晶等微观组织的演变,而微观组织状态直接影响着被加工零件的使用性能.因此,了解材料在热变形过程中组织的演变规律具有很重要的工程应用价值.在大量试验的基础上,利用有限元软件Marc模拟TC4钛合金的热锻过程.通过有限元软件,对热成形工艺参数如等效应力、等效应变、等效应变速率和变形温度的分布进行求解,再利用人工神经网络建立微观组织演变和热成形工艺参数的本构关系.然后,基于Voronoi图用软件Visual C++6.0来实现微观组织演变的可视化模拟.初步实现了TC4钛合金热变形过程微观组织的长大、再结晶等组织演变的二维可视化模拟.研究结果表明通过计算机模拟仿真,可以有效地、直观地预测热成形过程的材料微观组织变化规律,从而为热成形加工参数的优化提供参考.但要更精确地模拟和仿真热塑性变形中材料的微观组织的演变,还需更多地掌握在热塑性变形过程中的演变机制.     

7055铝合金多道次热变形及固溶处理中的组织演变

定量研究了7055铝合金进行多道次热变形及固溶处理中的微观组织演变,采用Gleeble-1500D热模拟试验机对7055铝合金进行多道次热压缩,并对热压缩试样进行固溶处理。以EBSD为主要分析手段,对平均晶粒尺寸、再结晶体积分数、大角度晶界比例等微观组织特征进行定量表征。结果表明:升高变形温度和减少变形道次均有利于增大亚结构比例并且抑制再结晶。当变形温度由375℃升高到425℃时,7055铝合金固溶态显微组织的晶粒平均尺寸由65μm增大到420μm,再结晶体积分数由51%减小到10%;当变形道次由单道次增加到3道次时,固溶态显微组织的晶粒平均尺寸由56μm增大到84μm,再结晶体积分数由14%增大到23%。     

大锻件非连续热变形组织演变宏微观模拟

综述了几种典型大锻件材料热加工过程组织演变建模方法。以核电用钢SA508-3从加热到锻造成形全流程微观组织演变规律为研究内容,建立了反映微观组织演变物理特性的唯象数学模型;以低碳钢SS400为研究对象,提出新形核参数辨识方法及位错关联型形核模型,开发了适用于预测该材料动态再结晶行为的元胞自动机模型;以30Cr2Ni4MoV低压转子钢为研究对象,将理论建模、数值模拟和实验研究相结合,根据应变-位错密度-再结晶-流变应力之间的宏微观相互影响规律,建立了包含奥氏体化晶粒长大-变形-回复-动态再结晶-亚动态再结晶和静态再结晶各过程在内的微观组织演变元胞自动机模拟方法,用于多道次热压缩微观组织演变;以核电用钢316LN不锈钢为研究对象,通过将多级元胞空间的概念引入到传统的元胞自动机模拟框架内,制定了再结晶中的元胞状态转变规则及不同级元胞空间之间的数据传递规则,建立了用于模拟动态再结晶的多级元胞自动机模型,其中包括新开发的全场多级晶粒拓扑变形模块以及多级再结晶形核模块,并对该模型进行了验证。介绍了对核电大型蒸汽发生器及水室封头成形进行新技术开发的工业应用案例,此外,结合多道次元胞自动机模型,集成热锻非连续变形多尺度数字化仿真系统,进行多工步、多道次拔长过程微观组织演变的多尺度模拟。     

基于PQF的30MnCr22无缝钢管TMCP的实验研究

以P110钢级石油套管30Mn Cr22为研究对象,采用Gleeble-1500D热模拟实验机进行多道次热压缩实验,模拟其PQF轧管生产中的穿孔、连轧及减径过程,分析每个变形阶段的再结晶行为及组织演变规律,为基于PQF的无缝钢管轧制热机械控制工艺(TMCP)的实现提供实验依据。研究结果表明,在穿孔、连轧和减径3个变形阶段均可以通过不同的再结晶控制轧制策略来细化晶粒,从而实现TMCP。特别是减径过程中通过应变累积实现动态再结晶,并通过随后的快速冷却,能够得到晶粒细小、强韧性好的最终组织性能。所以控制轧制与控制冷却的良好配合是实现TMCP的关键。