Ti-575钛合金热变形行为及微观组织演变

本文以Ti-575钛合金为研究对象，分别对魏氏组织和双态组织Ti-575钛合金进行热模拟压缩实验，分析不同热变形条件下的真应力-应变曲线，构建了其在α+β相区的热变形本构方程，并分别探究了变形温度和应变速率对微观组织的影响。结果表明，流变应力值随着变形温度的升高而降低，随着应变速率的升高而升高；当应变速率为0.1 s-1及以上时，随着变形温度的升高流变曲线出现了不连续屈服现象。根据两种组织Ti-575钛合金流变曲线的峰值应力，分别计算出其在α+β相区的变形激活能，构建Arrhenius型热变形本构方程。在不同的热变形条件下，随着变形温度的升高，魏氏组织Ti-575钛合金动态再结晶的程度越来越大，而双态组织Ti-575钛合金等轴αp相体积分数和尺寸逐渐降低；随着应变速率的降低，魏氏组织Ti-575钛合金动态再结晶的程度逐渐增大，而双态组织Ti-575钛合金等轴αp相体积分数先减少后增加；双态组织Ti-575钛合金在830℃或1 s-1应变速率下热压缩时，显微组织中残留少量的粗片层α相没有发生相变，βt基体中会有硅化物析出。     

应变速率对TC11钛合金α＋β相区变形行为的影响

利用热模拟实验机,在α+β两相区变形温度780～990℃和应变速率0.001～70 s-1对TC11钛合金进行等温、恒应变速率压缩实验,获得流动应力变化规律,并分析了应变速率对微观组织的影响.结果表明:变形温度较低、应变速率较高时,变形呈流变软化特征;变形温度较高、应变速率较低时,变形呈稳态流动特征.通过对不同应变速率下TC11钛合金的微观组织观察可知,当变形温度为780～870℃、应变速率为10～70 s-1时,易发生绝热剪切或局部流动等失稳现象.当变形温度为870～960℃、应变速率为0.001 S-1时,变形机制为超塑性.当变形温度为990℃、应变速率为0.001 s-1时,变形机制为大品粒超塑性.     

应变速率循环法构建TC21钛合金超塑性本构方程

采用应变速率循环法在超塑拉伸机上对TC21钛合金进行5组高温超塑性拉伸实验,变形温度范围860℃~940℃,应变速率循环范围10-5s-1~10-3s-1。通过对拉伸实验数据分析,计算出TC21钛合金动态再结晶激活能Q,利用Arrhenius模型构建TC21钛合金高温条件下的超塑性本构方程,并通过1stOpt软件进行非线性回归拟合进行修正,得到了更为精准的超塑性本构方程。实验结果表明,当变形温度不变时,流动应力随着应变速率的增大而增大,且高应变速率时,流动应力对应变速率的敏感性要大于低应变速率时,可判定TC21钛合金属于正应变速率敏感材料。TC21钛合金在860℃附近时的超塑性较好,综合延伸率可达366.6%。     

TC21钛合金超塑性拉伸变形流变行为

通过恒应变速率超塑性拉伸试验,研究了TC21钛合金在变形温度为1 153~1 193K,应变速率为3.3×10-4~3.3×10-2 s-1条件下的拉伸流变应力行为。计算了TC21钛合金超塑性拉伸变形激活能和相应的应力指数,建立了TC21钛合金应力-应变本构模型,并通过1stopt软件对其进行修正。研究表明,在同一应变速率下,TC21钛合金流变应力随变形温度的升高而减小;在同一变形温度下,流变应力随着应变速率的增大而增大。当应变速率较高,变形温度较低时,动态再结晶为主要软化机制;当应变速率较低,变形温度较高时,加工硬化与软化达到动态平衡,软化机制以动态回复为主;当变形温度为1 153K,应变速率为3.3×10-4 s-1时,TC21钛合金具有较好的超塑性(408.60%);超塑性拉伸变形激活能和应力指数分别为329.20kJ/mol、2.367 7。     

铸态TC21钛合金高温变形行为研究

以铸态TC21钛合金为研究对象,在Gleeble3500热模拟试验机上对TC21钛合金在开坯温度1000～1150℃、应变速率0.01～10 s-1的高温变形行为进行了研究.结果表明,铸态TC21钛合金流动应力随应变速率的提高和温度的降低而升高,具有温度和应变速率敏感性;β区变形激活能为196.277 kJ/mol,变形机制以动态回复为主;低应变速率下(ε≤0.1 s-1),流变曲线呈稳态流动特征,拉长的β晶粒晶界呈锯齿状,晶界处发生连续再结晶;高应变速率下(ε≥1 s-1),拉长的β晶粒晶界平直,为典型动态同复;高应变速率且温度相对较低(ε=10 s-1,T≤1150℃)时,流变曲线呈流动软化特征,原因是局部温升效应及局部塑性流动.     

TC21钛合金β锻动态再结晶行为及晶粒尺寸预测

采用Gleeble-3500热模拟实验机对TC21钛合金进行等温恒应变速率的热模拟压缩实验,研究其在变形温度960℃~1020℃,应变速率0.001s-1、0.01s-1、0.1s-1、1s-1条件下的动态再结晶行为。结果表明,TC21钛合金在变形过程中存在动态回复、动态再结晶现象。当温度一定时,在应变速率≤0.1s-1情况下,随着应变速率的降低,动态再结晶晶粒尺寸变大;在应变速率为1s-1时,变形过程几乎只发生动态回复;当应变速率一定时,随着温度的升高,动态再结晶晶粒尺寸变大。根据流动应力与变形温度和应变速率之间的关系,得到了TC21钛合金动态再结晶激活能Q=258.6kJ/mol;通过对热模拟实验数据的分析计算,建立了动态再结晶演化模型。依据所建模型,并基于DEFORM-3D软件预测了975℃热变形后的晶粒尺寸和动态再结晶体积分数,晶粒尺寸相对误差在±10%以内,较好的验证了模型的准确性。     

不同热变形条件下体育器械用TC11合金的组织性能研究

以体育器械用TC11钛合金为研究对象,研究了不同的变形温度和变形速率对合金组织与性能的影响。结果表明,随着变形温度的升高,当应变速率分别为0.010和0.001 s-1时,α相的面积分数增加;除应变速率为0.001 s-1时,在其余应变速率下,β相的动态再结晶晶粒尺寸随变形温度的升高而增大。     

粗片状魏氏组织TC11钛合金两相区本构关系研究

在Thermecmaster-Z型热模拟试验机上,对粗片状魏氏组织TC11钛合金在850～1000℃,0.001～10s-1范围内进行等温恒应变速率压缩试验.分析了流动应力随热力参数的变化规律,并对Arrhenius型方程的适用性进行了分析,在综合考虑应变速率、变形温度和应变量对流动应力影响的基础上,构建出适合粗片状魏氏组织TC11钛合金的本构关系.误差分析表明,该本构关系有较好的精度.     

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变形抗力的本构方程,并绘制出TC4钛合金的加工图.结果 表明,真应力-应变图可以很好地反映TC4钛合金在不同变形条件下的应力状态,且应力值和实验值有较好相关性.基于Prasad判据得到铸态TC4钛合金的热加工图的最佳变形区间为:变形温度为1023～1173 K,应变速率为0.001～0.002 s-1的区域及变形温度为1073～1160K,应变速率为0.316～1 s-1的区域.     

TC21钛合金动态拉伸行为的率-热效应及其本构关系研究

本文对TC21两相钛合金材料在不同温度下从准静态到高应变率范围（0.001-1200s-1）的动态拉伸力学行为进行了试验研究。通过静态试验机与分离式Hopkinson拉杆装置,获取了TC21钛合金在单轴拉伸载荷下的应力-应变响应曲线。同时通过动态拉伸复元试验方法得到了材料在高应变率下的等温应力-应变响应曲线。由试验结果可见TC21钛合金的动态拉伸力学行为具备应变率-温度敏感特性,其初始屈服应力随应变率增加而增大,随温度升高而减小,通过引入两个敏感度系数对TC21材料的率-热效应进行了探究。同时根据等温试验数据对Johnson-Cook唯象本构模型进行修正来描述TC21钛合金率-热相关性的本构行为。对比模型预测结果与试验数据,二者吻合良好验证了修正模型的准确性。