TC4钛合金高温变形行为及其流动应力模型

研究变形工艺参数对TC4钛合金高温变形行为的影响.热模拟压缩实验时选取的变形温度为1 093～1 303K:应变速率为0.001～10.0/s;变形程度为60%.结果表明:TC4钛合金在变形开始阶段,流动应力随应变的增加迅速增加,当应变超过一定值后,流动应力开始下降并逐渐趋于稳定,出现稳态流动特征;变形温度升高和应变速率减小使TCA钛合金高温变形时的稳态应力和峰值应力显著降低;应变速率和变形温度会影响TC4钛合金进入稳态变形时变形程度的大小.利用多元回归分析建立TC4钛合金在高温变形时的流动应力模型,模型的计算值与实验数据的平均相对误差为6.25%,该模型较好地描述TC4钛合金在高温变形过程中的流动行为.     

粉末TC4钛合金热压缩动态软化行为分析

通过热模拟压缩实验获得的应力应变曲线表明粉末TC4钛合金在温度为850~950℃,应变速率为0.1~10s_^-1范围内变形时具有加工硬化和连续的动态软化特性,建立了材料本构方程,很好的描述了粉末TC4钛合金的流变行为。进一步对动态软化行为进行了分析,并计算了各种因素对软化的影响程度。结果表明：变形温度越低,应变速率越小,流动软化程度越大;在应变速率为1s_^-1和10s_^-1时,主要是变形热导致流动软化;当应变速率为0.1s_^-1,温度为850℃和900℃时,有变形热、动态相变和α相形态演化三种软化因素,且温度越低,α相形态演化导致的软化占比越大,温度增加,动态相变软化所占比例增加;当应变速率为0.1s_^-1,变形温度为950℃时,有变形热和动态相变两种软化因素,变形量增加,动态相变软化所占比例增大。     

粉末冶金TC4钛合金热压缩动态软化行为分析

对粉末冶金TC4钛合金在温度为850～950℃,应变速率为0.1～10 s-1范围内进行热模拟压缩实验获得了应力-应变曲线,建立了材料本构方程,描述了粉末冶金TC4钛合金的流变行为.进一步对动态软化行为进行了分析,并计算了各种因素对软化的影响程度.结果 表明:变形温度越低,应变速率越小,流动软化程度越大;在应变速率为1...     

TC4钛合金电塑性压缩流变应力分析

采用Gleeble-1500D热-力学模拟机,将不同晶粒尺寸的TC4试样分别以0、10、30、50和70℃/s的升温速度加热至700℃进行单向压缩并得到流变应力曲线图,结合SEM、TEM等研究了电流作用下TC4钛合金高温压缩过程中流变应力的变化及影响因素。结果表明,无电流时流变应力超过1000 MPa,在电流作用下可降至600 MPa以下。小电流下TC4试样发生动态再结晶,应力随应变快速增大到应力峰值,后又快速下降至稳定状态;大电流下发生动态回复,局部有动态再结晶,无应力峰值,应力最大值低于400 MPa,且电流越大,β相转变为α相的相变越完全。分析认为,TC4钛合金的流变应力受电流大小、动态再结晶和相变的共同影响,电流促进动态再结晶和相变并降低流变应力。     

电流对TC4钛合金高温压缩变形显微组织的影响

为研究电场作用下升温速度对TC4钛合金高温压缩变形显微组织的影响,利用Gleeble-1500D热-力学模拟机对原始晶粒尺寸为8和20μm的TC4钛合金小圆柱体试样,分别以不同的升温速度加热至700℃进行了压缩实验。结果表明:电流作用下的高温压缩变形后,8μm的TC4钛合金晶粒更细小,等轴性较变形前好;等轴α相增多,片层β相减少;等轴α相和片层β相的分布更均匀。20μm的TC4钛合金在大电流和小电流作用下α相和β相中都出现了蜂窝状结构,且小电流作用下的蜂窝状结构比大电流作用下的蜂窝状结构明显。同等晶粒度下,电流越大,微观组织越均匀、晶粒越细小,等轴性越好。     

TC4钛合金EB炉扁锭高温压缩变形行为和热加工图

采用Gleeble-3500热/力学模拟试验机对电子束冷床炉(EB炉)熔炼的TC4钛合金扁锭进行高温压缩实验,研究了TC4钛合金扁锭在变形量为40％,温度为1023～1173 K,应变速率为0.001～1 s-1的条件下热压缩变形行为.通过使用双曲正弦形式修正的Arrhenius关系来描述TC4钛合金高温压缩变形时最大...     

TC27钛合金高温热压缩变形行为

在Thermecmastor-Z试验机上进行热压缩实验,在应变速率0.01~10 s~(-1)、变形温度900~1150℃条件下对TC27钛合金的变形行为进行研究并建立其本构方程。结果表明,该材料为温度和应变速率敏感材料。在变形初始阶段,流变应力随真应变的增加迅速增大,达到应力峰值后随真应变的增加缓慢降低,最后趋于相对稳定的状态。流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的增加而增加。热压缩实验过程流变应力随应变速率和变形温度的变化规律可以用材料的本构方程来表征,变形激活能为Q=300 k J/mol。     

TC4钛合金热变形行为研究及本构模型

利用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验,研究了TC4钛合金在温度800~950℃、应变速率0.001~10s-1条件下的流动软化行为。研究发现随变形温度降低和应变速率增大TC4钛合金的流动软化程度增大,且800~850℃、应变速率1~10s-1变形时的流动软化主要是塑形流动失稳引起的,温度900~950℃、应变速率0.001~0.1s-1条件变形时,流动软化主要是片状α相的等轴化引起的。引入应变对材料常数α、n、A和Q的影响,建立了考虑应变的TC4钛合金Arrhenius本构方程,建立的本构模型精度较好,在800℃、850℃和10s-1条件以及在900℃、950℃和0.1s-1条件下,模型平均绝对误差分别为4.2%和4.3%。TC4钛合金的平均变形激活能为403kJ/mol,平均应变速率敏感指数为0.26。     

置氢TC4钛合金室温变形行为研究

通过压缩试验研究了置氢TC4合金的室温变形行为,采用OM、TEM、XRD等分析手段研究了氢处理对TC4钛合金室温组织和变形机制的影响.结果表明,氢作为β相稳定化元素,改善了TC4钛合金淬火的亚稳相结构,促进了斜方α″马氏体和体心β相的生成.氢含量0.45%(质量分数,下同)时,合金中以α″相为主,变形方式为孪晶变形,变形能力提高幅度较小;氢含量超过0.59%时,合金中保留了大量β相,变形方式以滑移为主,变形极限大大提高.     

TC6钛合金高温变形力学行为研究

在Thermecmaster-Z型热加工模拟试验机上对TC6钛合金在温度 80 0～ 10 4 0℃、应变速率 10 - 3～ 5 0s- 1、最大变形程度 5 0 %条件下的高温变形行为进行了研究。研究结果表明合适的工艺参数范围为变形温度 92 0～ 95 0℃、应变速率 1 0～ 1× 10 - 3s- 1。在分析其变形温度、变形程度和应变速率对流动应力影响规律的基础上提出了一种本构关系回归模型     

不同冷速对TC4钛合金组织和性能的影响

对TC4钛合金进行了不同冷速的热处理,得到了不同层次（晶粒、丛域、片层）的显微组织,建立了以片层组织尺寸为基础的Hall-Petch关系。结果表明：随着冷却速率的增加,片层细化,对应的屈服强度和抗拉强度逐渐升高,塑性逐渐降低。片层尺寸和力学性能之间较好地吻合Hall-Petch关系,是影响力学性能的主要特征参量。     

TC4钛合金中空叶片扩散连接-超塑成形技术

采用扩散连接-超塑成形技术成形中空叶片在发动机减重方面具有重要的意义,本文进行了中空叶片的扩散连接-超塑成形实验,成形出质量较好的中空叶片,确定了最优的实验参数。分析了叶片芯板的壁厚分布以及上下面板与芯板的连接情况,并线扫描分析了扩散连接的接头。结果表明,随着扩散连接保温时间的延长,扩散连接接头的效果较好;通过多次试验得出,在成形温度T=920℃、内部气压P=2 MPa、成形时间t=2 h的条件下,进行超塑成形,成形所得的中空叶片表面质量良好,扩散连接接头较好,芯板的厚度变化较均匀。     

TC18钛合金等高温压缩过程的组织性能

为了研究TC18钛合金在等高温压缩过程中组织与性能的变化,以Gleeble-1500热模拟试验机进行等高温压缩试验,计算得到所有试样的单向压缩膨胀系数均大于0.9,验证了热压缩试验的有效性。通过控制变量法研究不同变形温度和应变速率对其力学性能以及微观组织的影响,结果表明:TC18钛合金等高温热压缩时,流变应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增大而增大;而随着温度和应变速率的增加,组织中的初生等轴α相和次生针状α相逐渐发生相变而消失,β相逐渐长大形成粗大的β晶粒组织,并伴随有动态回复和动态再结晶两种软化机制。     

基于SLM成形的TC4钛合金点阵结构设计及压缩行为研究

采用选区激光熔化(SLM)技术成形TC4钛合金均匀与梯度点阵结构,研究了不同杆径(0.8~1.2mm)、单胞类型(bcc、fcc、fbcc)、添加竖向支杆(bccz、fccz、fbccz)对均匀与梯度形式点阵结构压缩性能及能量吸收的影响规律。结果表明：1.2mm杆径点阵结构性能最优;fccz与fbccz点阵结构分别在同质量与同体积下具有最佳的性能;竖向支杆的存在能够大幅的增强点阵结构在特定加载条件下的性能;均匀点阵结构在失效前的压缩性能与能量吸收优于相同相对密度及应变的梯度点阵结构,由于梯度点阵结构逐层断裂的特性,在50%及更大应变的状态下具有更优的性能,更适于应用在吸能装置。     

置氢TC17钛合金组织演变规律及高温变形行为

为了改善了TC17钛合金热加工性能,对TC17钛合金进行了置氢处理,通过金相观察和X射线衍射分析,研究了置氢后TC17钛合金的微观组织及相转变规律,在变形温度800～860℃、应变速率0.001～0.1 s^-1的条件下,对置氢TC17钛合金进行了高温压缩试验,研究了置氢TC17钛合金的热变形行为,并对其热变形激活能进行了计算分析。结果显示,TC17钛合金原始组织为典型的网篮组织,由α+β相组成,随着氢含量的增加,针状α相数量减少,β相增多,当氢含量超过0.40%(质量分数)时,钛合金中依次出现了γ氢化物和δ氢化物。置氢TC17钛合金不仅是温度敏感型材料、速率敏感型材料,也是氢含量敏感型材料,在氢含量0.2%时,峰值应力达到最小值,与原始合金相比,变形温度可降低40℃,应变速率可提高1个数量级。同时,氢含量0.2%的TC17钛合金变形激活能也达到最小值162 kJ/mol,其热变形软化机制为动态回复。     

TC4-DT钛合金SH-CCT曲线的测定

通过金相法进行了TC4-DT钛合金相变点温度T_β测定,并利用热膨胀法进行了验证。对不同冷却速度下TC4-DT钛合金的热膨胀量曲线进行测绘,结合显微组织分析和硬度测试,绘制了TC4-DT钛合金的SH-CCT曲线。结果表明,TC4-DT钛合金的相变温度为(945±5) ℃。当冷速小于10 ℃/s时,由β相转变的α相呈不同取向的集束状,同时,晶内出现网篮状α相;当冷速大于10 ℃/s后,组织为马氏体α′相+块状α_m相;当冷速超过100 ℃/s后,组织为马氏体α′相。TC4-DT钛合金发生马氏体转变的开始温度为836 ℃,终了温度为760 ℃。     

TC4钛合金粉末在SLM工艺中的循环老化行为研究

选区激光熔化(Selective Laser Melting, SLM)工艺采用特殊的专用金属粉末作为其成形原料。然而,金属粉末诸多指标易在成形及回收过程中发生改变,进而影响SLM成形件质量。本文研究了TC4钛合金粉末颗粒形貌、粒度分布、流动性以及成形试样的孔隙率、显微硬度等在循环利用过程中的变化规律,并对一系列性能改变的机理进行分析。结果表明：随循环次数增加,粉末颗粒形貌整体仍保持球形,表面光滑度提高;循环14次后观察不到卫星颗粒;粒度分布经历了集中-分散-集中的变化;多次循环利用后粉末的流动性显著提高;通过对粉末宏、微观的分析可知,上述性能变化趋势均与粉末中细小粉粒和卫星颗粒逐渐减少有关。成形试样孔隙率随循环利用次数增加先增大后减小;显微硬度不受TC4粉末循环利用次数影响。