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.     

半固态流变行为模型及应用

半固态成形是21世纪最具潜力的先进制造技术之一.分析了国内外半固态变形行为研究进展,重点阐述了近似单相本构关系模型、两相本构关系模型、宏观-微观耦合本构关系模型的特点及应用,特别是笔者提出的宏观-微观耦合本构关系模型反映了工艺参数和微观组织参数对半固态流变应力的影响.同时,笔者将新型宏观-微观耦合本构关系模型应用于Al-4Cu-Mg合金半固态反挤压过程的有限元数值模拟,获得了工艺参数对应力应变、温度、晶粒尺寸、液相体分数和挤压载荷等的影响规律,数值模拟结果与半固态实验结果基本一致.     

半固态AZ91D镁合金的压缩变形和显微组织

利用平行板触变压缩仪研究了电磁搅拌的半固态AZ91D合金试样的压缩变形和组织.结果表明:随着半固态压缩变形温度的升高,AZ91D镁合金试样变形的速度加快,即变形应变速度增大,但压缩应力不断下降;在某一载荷下,AZ91D镁合金试样压缩变形应力和应变呈明显的线性关系,与压缩温度的高低无关.随着半固态压缩载荷的提高,AZ91D镁合金试样变形的速度增加,应变速度增大,应力下降速度加快;在不同的压缩载荷下,AZ91D镁合金试样的压缩变形应力和应变都呈明显的线性关系.在实验中的各种半固态压缩变形条件下,初生α-Mg在压缩后AZ91D镁合金试样组织中的分布很均匀,几乎不存在组织偏析.当初生固相的形态呈球状结构,在相同的变形条件下,不同种类合金的半固态压缩变形规律非常相似.     

电磁搅拌的半固态60Si2Mn的变形特性

利用Ｇｌｅｅｂｌｅ－１５００材料热／力模拟机,研究了电磁搅拌的半固态６０Ｓｉ２Ｍｎ在不同的变形温度、变形速率下的变形抗力规律,并与常规铸造的６０Ｓｉ２Ｍｎ进行了比较。通过对其在固液两相区变形后的外观形貌观察,分析了变形过程中金属的流动规律。研究表明：半固态试样在固液两相区变形时,其变形抗力明显低于常规铸造的变形抗力,并且随着变形温度的升高,变形抗力降低;随着变形速率的降低,热软化越明显;同时发现,在固液两相区单向压缩时,不可避免地会出现表面裂纹。     

半固态高碳(C＞1%)工具钢压缩变形的组织演变

采用Gleeble-1500热/力模拟机,对电磁搅拌法制备的高碳钢半固态坯料进行压缩实验,研究半固态高碳(C>1％)工具钢在不同温度、不同变形程度和不同变形速率下压缩变形的组织演变规律.结果表明,随变形程度的增加,试样心部和边部晶粒的尺寸逐渐减小;随温度的升高,固相率降低,试样心部和边部晶粒的尺寸变大;随变形速率的提高,试样心部的晶粒尺寸减小,边部的“大结构”破碎。     

热变形参数对TC21钛合金微观组织的影响

通过在Gleeble-1500D型热模拟试验机上进行的等温恒应变速率压缩试验和金相及透射分析,研究了变形温度和应变速率对TC21钛合金热变形后微观组织的影响.结果表明:变形温度和应变速率对TC21钛合金的变形组织有着显著的影响.在两相区,随着变形温度的升高,组织中初生α相含量减少,β相含量增加;在应变速率为0.01 s-1、变形温度为860和890 ℃时,初生α相发生了再结晶.随着应变速率的增加,马氏体条变窄,当应变速率较低时(0.01 s-1),组织中观察了再结晶晶粒.     

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。     

TC21钛合金高温热变形行为研究

研究了不同热变形条件下TC21钛合金的流变应力行为和微观组织演变规律,分析了高温热变形行为模型及动态再结晶现象.结果表明,随变形温度的升高和热变形速率的降低,TC21钛合金在热变形过程中相变和变形同时发生,导致了热变形过程中的动态回复和再结晶现象.     

TC9钛合金模锻叶片热加工变形及校正

TC9钛合金模锻叶片热加工变形是钛合金热加工的一大关键。本文研究锻造和热处理综合条件对钛合金热加工变形的影响,并提出防止或减少叶片变形的措施及变形校正需要注意的问题。这些对钛合金叶片的热加工提供了宝贵的经验。     

一种具有球晶组织的半固态Zn-Al合金钎料

通过熔炼、浇注以及等温热处理的方法制备了具有球晶组织的Zn-Al合金,并采用重熔实验、等温压缩实验和振动辅助半固态钎焊实验研究了半固态Zn-Al合金的固相率与温度的关系、压缩变形行为以及作为钎料的可钎焊性。结果表明:半固态Zn-Al合金在压缩变形时,具有较强的抗变形能力;作为钎料,在钎焊过程中其固相率能控制在(64±5)%范围内,所得钎焊接头中仅在钎缝边缘处界面上有少许氧化膜残留,而其他区域界面上的氧化膜都被彻底去除。     

Compressive Deformation of Semi-Solid AZ91D Magnesium Alloy

The compression tests of semi-solid AZ91D Mg alloy have been conducted on a parallel-plate viscometer. The results are as follows. With increasing the compression temperature, the deformation rate or the strain rate of the specimens rises, but the compressive stress continuously decreases; the deformation strain is obviously linear with the compressive stress and independent on compression temperature under a given compression load. In the wake of the compression load being added, the compressive strain increases but the compressive stress decreases clearly; the deformation strain is obviously linear with the compressive stress under different compression load. The mathematical apparent viscosity model about the semi-solid compressed AZ91D Mg alloy has been established, i.e. ηapp=2004.2exp(15.61fs)γ1.317fs-1.3511.     

我国航空用变形钛合金材料

钛合金材料作为一种20世纪中叶出现并发展起来的新兴结构材料,因其具有优异的耐腐蚀性、高的比强度以及无磁性等一系列独特的优点,在航空航天等高端工业部门获得了广泛应用,目前飞机机体结构中的隔框、大梁、起落架以及航空发动机压气机匣、轮盘、叶片等承力部件大量使用钛合金材料制造。在上世纪60年代,美国、英国、前苏联等工业发达国家就已经在飞机及航空发动机制造中大量使用钛合金材料。我国钛合金材料在航空工业中的应用起步较晚,上世纪80年代开始才陆续在飞机及航空发动机制造中少量使用钛合金材料,但是进入21世纪之后,我国航空工业钛合金材料的应用水平大幅度提升。对我国目前已经进入工业化生产并在航空工业中获得工程化应用的变形钛合金材料进行了系统阐述。     

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。     

压缩变形制备亚微米晶钛合金的研究

对压缩变形制备超细晶钛合金的可行性进行了初步的实验研究。结果表明,低于７２５℃的压缩变形可以在ＴＣ１１合金中获得亚微米晶组织;变形中α相发生再结晶,而同时β相经历一个析出和长大的过程;变形促进了β相的析出和长大,也改变了β析出相的形态。     

TA15钛合金高温变形行为研究

通过热模拟压缩试验,研究了TA15钛合金的高温变形行为。结果表明:应变速率较小时,变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较小;应变速率较大时,变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较大。变形温度较低时,应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较大;变形温度较高时,应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较小。同时,还建立了TA15钛合金高温变形时的流动应力本构方程,方程的计算值与实验数据吻合较好。     

TC21 钛合金高温变形本构方程研究

目的研究变形温度、应变速率等热力参数对TC21钛合金流动应力的影响规律,并构建出TC21钛合金本构方程。方法在热模拟试验机上对TC21钛合金进行了等温恒应变速率压缩实验,分析其真应力-真应变曲线。结果获得了该合金在变形温度范围为760~920℃、应变速率范围为0.001~10 s-1的流动应力数据,采用多元线性回归法建立了该合金的本构方程。结论误差分析表明,该本构方程具有较高精度,可为TC21钛合金锻造过程中的数值模拟和锻造热力参数的合理制定提供理论依据。     

预应变对TC4ELI钛合金变形行为的影响

对TC4ELI钛合金分别进行正向拉伸-反向压缩和正向压缩-反向拉伸试验,研究预应变对其后续反向变形行为的影响。结果表明:两种加载方式下,TC4ELI钛合金反向屈服强度均随着预应变的增大先降低后趋于稳定,表现出明显的包申格效应。预拉伸试验下的饱和预应变约为2%,预压缩试验下的饱和预应变约为4%。预压缩后强度降低更加明显。晶体取向差异和α相的高度不对称密排六方结构导致材料在加载过程中出现非均匀塑性变形,产生残余应力,这是诱发TC4ELI钛合金产生包申格效应的主要机制。