新型亚稳β钛合金Ti2448的温变形行为及本构模型

采用压缩实验研究应变速率和变形温度对新型亚稳β钛合金Ti2448温变形行为的影响。热模拟压缩实验在Gleeble-3800热模拟机上进行,变形温度为473-673 K,应变速率为0.001-10 s-1,变形程度为45%。结果表明:在高、低应变速率下合金呈现不同的变形特性。低应变速率(0.001-0.1 s-1)下,流动曲线呈现明显的应变硬化特性;在10 s-1的高应变速率下,流动应力在达到饱和后,因温升效应而下降;在673 K变形温度下流动应力因材料内部相变而具有显著的应变速率负敏感性。基于分段外推饱和模型和改进的Voce模型分别构建Ti2448合金在温变形高、低应变速率下的流动应力模型;该模型得到的预测曲线(应力—应变曲线)和实验曲线吻合较好,能够有效预测Ti2448合金在温变形过程中的流动应力,其中,改进的Voce模型能同时较好地描述饱和型和非饱和型应变硬化特性。     

基于经典塑性理论的新型亚稳β钛合金热变形粘塑性统一本构模型

对含动态回复(DRV)、动态再结晶(DRX)的钛合金热变形本构模型进行了研究。其中基于经典塑性理论和内变量粘塑性统一本构理论构建模型的思想,在两者相关点的基础上,结合材料的变形特性,通过对相关表达式的具体推导,构建了相应的本构模型,模型物理意义清晰。最后将模型应用于预测新型亚稳β钛合金Ti2448的热变形流变行为。根据所建模型得到的预测曲线和实验曲线吻合较好,能够有效预测该合金在热变形过程中的流动应力。本研究所建本构模型是有效的,构建方法是合理的,能为构建亚稳β钛合金热变形本构模型提供一种有效的方法。     

基于内变量的Ti555211合金热变形本构模型

利用Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率在0.001~1 s-1以及变形温度在750~950℃范围内对Ti555211合金进行等温恒应变速率压缩实验。本工作基于位错变化密度的内变量方法建立了Ti555211合金热变形本构模型,通过真应力-真应变曲线分析了变形温度和变形速率对流变应力和微观组织的影响规律。结果表明:所建立的本构模型与实验值的平均相对误差为15.25%,相关系数为0.94277,从而为制定新型Ti555211近β钛合金锻造工艺提供科学的理论依据。     

6061铝合金热变形行为及动态再结晶研究

通过Gleeble-3500热压缩模拟试验机对6061铝合金进行热压缩实验,借助金相显微镜和透射电子显微镜研究合金在变形温度为340℃?490℃,应变速率为0.001s-1?1s-1条件下热变形和动态再结晶行为。结果表明：合金的动态再结晶行为对变形温度和应变速率十分敏感,温度的升高和应变速率的减小都会促进动态再结晶的发生。基于峰值应力建立了合金热变形本构方程,计算得出热变形激活能为235.155kJ·mol-1。采用加工硬化率-流变应力曲线确定了合金热变形过程中的临界应力（应变）和峰值应力（应变）与Z参数的关系模型。随着温度的升高和应变速率的减小,DRX临界应力(应变)和峰值应力(应变)而减小。依据Avrami方程建立了合金动态再结晶体积分数模型,动态再结晶体积分数随应变的增加,呈现先缓慢增加后迅速增加再缓慢增加的特征,所建模型能够较为准确的预测该合金的动态再结晶行为。     

IMI834钛合金在热拉伸变形过程的流变行为建模（英文）

建立合适的本构模型预测IMI834钛合金在α+β区的热拉伸流变行为。热拉伸实验在温度为800~1025°C、应变速率为0.001~0.1 s-1条件下进行。此本构模型通过Arrhenius型方程来表征应变为0.08~0.22时合金的热拉伸行为。结果表明,在不同应变条件下IMI834钛合金的热拉伸变形激活能范围为519~557 k J/mol。利用标准统计参数估算预测合金流变应力曲线的精度。所预测的合金的流变应力曲线与实验结果十分吻合。     

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金β加工动态再结晶行为研究

利用Thermecmastor-Z热模拟试验机,在变形温度102～1080℃和应变速率0.001～70 s-1范围内对原始等轴组织的Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金进行等温恒应变速率压缩实验,分析高温流动行为,构建基于动态材料模型的功率耗散图,并结合微观组织观察对其β加工的动态再结晶行为进行研究.结果表明,Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金在β单相区变形时,不同温度和应变速率下的流动应力曲线均呈稳态流动特征,但仅根据流动应力曲线并不能确定是否发生动态再结晶.根据功率耗散图分析和微观组织观察可知,Ti.6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金β加工易发生动态再结晶的热力参数范围为:变形温度.1020～1080℃,应变速率0.01～0.1 s-1,此区域功率耗散功率,,值都大于0.4,为实际β加工时优化的热力参数范围;应变速率过高或过低,均不易发生动态再结晶.     

Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb 合金的热变形行为及组织演变研究

采用Gleeble-3800动态模拟实验机,研究了亚稳β钛合金Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb在变形温度700～900℃、应变速率0.001～1 s-1、变形量10％～50％的热变形行为,分析了该合金在热变形过程中的组织性能演变规律.结果表明:随变形量的增加,合金的流动应力曲线变化不大,主变形区组织畸变程度增...     

考虑不连续屈服的钛合金高温变形本构模型

以发生不连续屈服的钛合金高温变形流动曲线特性为基础,讨论各阶段的变形机制。利用位错增殖动态理论和统一粘塑性理论,构建反映变形温度和应变速率影响且能描述不连续屈服、下屈服点后存在轻微应变硬化、动态再结晶等变形特性的高温粘塑性本构模型。将所建模型应用于新型亚稳β钛合金Ti2448发生明显不连续屈服的高温变形,并用改进的遗传算法确定模型中的相关材料参数。预测值与实验值误差在5%以内,表明这种基于内变量构建的本构模型不仅物理意义清晰,能够有效描述发生不连续屈服的钛合金高温变形,而且具有较强的外推能力,能为其它钛合金的本构模型构建提供参考。     

Ti2448合金高温变形行为及组织演变机制的转变

研究了多功能亚稳β型Ti2448（Ti 24Nb-4zr-8Sn,质量分数,%）合金在β单相区的高温变形行为.结果表明.在低应变速率(≤0.1 s^-1和高应变速率(≥1 s^-1)条件下,真应力和应变速率的双对数关系可以通过2个线性关系分别表征,平均应变速率敏感值（mavg）分别为0.265和0.032,这不同于常规β钛合金随着应变速率的增大而逐渐降低的应变硬化规律,即Sigmoidal曲线特征.微观组织演化和动力学分析显示,这种特殊的双线性关系与高应变速率导致的局域化非均匀塑性变形行为和动态再结晶（DRX）相关联.尽管动态回复（DRV）是该合金高温塑性变形的主要组织演变机制,高应变速率使得组织演变从DRV向DRX转变,并在交错的变形带内形成小于3μm的细晶组织.因此,高应变速率条件下的DRX是实现Ti2448合金高温变形过程中细化组织的主要机制.     

Ti26钛合金热压缩变形行为

在Gleeble1500热模拟试验机上对Ti26(Ti-V-Al-Cr-Sn-Nb-Zr系)钛合金进行了恒应变速率压缩变形试验,在温度范围为900～1150℃,应变速率范围为ε=10-3～10s-1,测试了其真应力-应变曲线。β区热压缩、变形的主要软化机制是动态回复,ε≥1s-1时,变形的过程中有动态再结晶现象发生;ε≤10-1s-1时,变形的主要软化机制是动态回复。结合Arrhenius方程并引用Zener-Hollomon参数建立了表征各参数关系的本构方程,求出了Ti26合金的变形激活能。     

Ti600合金的高温本构方程

采用热模拟压缩试验研究了Ti600合金在变形温度为800～1100℃、应变速率为0.001～10s-1范围内应力-应变曲线的变化规律。研究结果表明:Ti600高温钛合金热变形的流变应力随温度的升高和应变速率的降低而减小;随着应变的增大,合金的真应力-真应变曲线在经历了明显的加工硬化阶段后达到最大值,然后渐渐出现流变“软化”现象。以经典的双曲正弦形式的模型为基础建立了Ti600合金热变形的本构方程,同时也通过对数据回归处理确定了合金不同温度下的应力指数n、应变激活能Q等数值。     

TC4 ELI钛合金的热变形行为及本构关系研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机对TC4 ELI钛合金在两相区温度为750~950℃、应变速率为0.001~70s-1条件下进行等温恒应变速率压缩试验,分析了该合金的热变形行为,并采用Arrhenius方程和BP人工神经网络模型建立了该合金的本构关系模型。结果表明,应变速率与变形温度对TC4 ELI钛合金流变应力影响显著,流变应力随变形温度升高和应变速率降低而降低;在两相区热变形时,原始组织α相发生了不同程度的球化/动态再结晶,并且低应变速率会促进球化/动态再结晶的发生;采用Arrhenius方程和BP人工神经网络模型建立的本构方程平均误差分别为17.51%和1.36%,BP人工神经网络模型具有更高的精度,更适合用于TC4 ELI钛合金的流动应力预测。     

Ti6242合金的热变形行为及加工图

利用Gleeble-3800对Ti6242合金进行热模拟压缩试验。研究了压缩量为60%、应变速率分别为0.01、0.1、1、10 s-1,变形温度分别是900、950、1000、1050、1100℃条件下试样的热变形行为。根据试验参数得出Ti6242合金本构方程,绘制Ti6242合金真应力-应变曲线,基于动态材料模型建立热加工图。结果表明,流变应力随着变形温度的升高而下降,随着应变速率的增加而升高,变形激活能Q=453.74 k J/mol,最佳热加工工艺为变形温度1000~1050℃应变速率0.1 s-1左右。     

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.     

TB18钛合金热变形行为及动态再结晶机制

本文利用Gleeble 3800热模拟试验机和电子背散射衍射（EBSD）技术研究了TB18钛合金在700℃~ 900℃、应变速率0.01~10 s-1时的热变形行为和动态再结晶机制。研究表明该合金的流动应力大小对应变速率和变形温度敏感。变形初期流动应力皆在达到峰值应力后快速软化,随后有不同程度的上升。通过数据回归得到了该合金在两相区和单相区的高温变形Arrhenius型本构方程,其变形激活能分别为340 kJ/mol和185 kJ/mol。其单相区的变形软化机制主要为β相的动态回复,两相区主要为β相的动态再结晶。结合了EBSD技术,金相观察和流变曲线特点的分析表明,在高变形温度,低应变速率时（900℃,0.01s-1）主要以几何动态再结晶（GDRX）为主。在温度较低,或变形速率较高下,变形初期发生不连续动态再结晶（DDRX）,应变增大后发生连续动态再结晶（CDRX）。     

非真空熔铸Cu-Cr-Zr合金的热变形行为及动态再结晶临界条件

采用Gleeble-1500热模拟实验机对Cu-0.90Cr-0.18Zr合金在变形温度为500~800℃、应变速率为0.01~1 s-1变形条件下进行热压缩变形实验,研究该合金的流变应力、本构方程及动态再结晶临界条件。结果表明:Cu-Cr-Zr合金的流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增加而增加,计算出该合金的热变形激活能为584.87 kJ/mol并构建本构方程;利用合金的lnθ-ε曲线出现拐点及-(lnθ)ε-ε曲线出现最小值来研究动态再结晶临界应变。     

Hastelloy G-3合金热变形特性研究

利用变形温度为1050~1200 ℃、应变速率为0.1~10 s-1的恒温热压缩试验系统分析了Hastelloy G-3合金的高温变形特性及变形后的组织特征。对高应变速率下的流动应力进行变形热效应修正,建立了G-3合金热变形过程中峰值应力与变形温度、应变速率关系的本构模型。结果表明：所建立的本构模型在预测G-3合金热变形峰值应力时具有良好的精确度,能够满足工程应用的要求。G-3合金热加工过程的软化机制为动态再结晶,根据热变形后的组织特征确定G-3合金合理的热变形温度为1180~1200 ℃,应变速率为5~10 s-1。     

Ti-2.7Cu合金热变形行为及本构关系研究

采用Gleeble-3500型热模拟试验机对Ti-2.7Cu合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在变形温度740～890℃,应变速率0.001～10 s-1范围内的热变形行为,并计算了热变形激活能,构建激活能图。结果表明,合金的流动应力受变形温度和应变速率影响较大,在高温和低应变速率条件下,流变曲线大多呈现稳态流动特征;该合金的热变形激活能高于纯α钛合金和纯β钛合金的自扩散激活能,在此条件下合金的热变形是由高温扩散以外的过程控制;采用多元线性回归建立Ti-2.7Cu合金本构模型,经过误差计算得出,该模型的预测值偏差在10%和15%以内的数据点分别占87.12%和92.42%,相关系数和平均相对误差分别为0.9860和6.81%,具有良好的精度。     

TC18钛合金热压缩过程峰值应力及动态软化本构模型

为准确预测TC18钛合金热模锻成形过程中金属流动规律,在温度为868~908℃、应变速率为0.001~1 s-1以及最大应变为0.7条件下,采用Gleeble-1500热模拟实验机对TC18钛合金进行等温等应变速率热压缩实验,得到材料在相变点附近的应力应变曲线;通过线性拟合方法得到TC18钛合金Arrhenius峰值应力本构模型,用于TC18钛合金热塑性变形过程中金属流动规律的宏观分析及最大载荷的预测;通过多元非线性拟合方法得到TC18钛合金加入软化因子的Fields-Backofenb本构模型,用于材料热塑性变形过程中金属流动规律的微观分析。结果表明,在实验温度及应变速率范围内,TC18钛合金Arrhenius峰值应力模型以及Fields-Backofen模型预测值均接近实验值。     

铸态TB6钛合金β相区热变形行为的研究

采用Thermecmastor-Z型热模拟试验机对铸态TB6钛合金在真应变为0.92、变形温度为950～1100℃、应变速率为0.001～10 s-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验,研究了该合金在β单相区的热变形行为及变形机制.结果表明,该合金的流动应力曲线主要呈流动震荡和流动软化两种特征.在0.001～0.01 s-1时,流动曲线呈小幅度流动震荡;而在10 s-1时,流动曲线呈大幅度流动震荡;在0.1～1 s-1时,流动曲线呈流动软化特征.通过微观组织观察可知:当应变速率为0.001 s-1时的变形机制为动态再结晶;在0.01～1 s-1时的变形机制主要为动态回复;在10 s-1时的变形机制为局部流动.从细化组织和降低变形抗力方面考虑,应变速率以不超过0.1 s-1为宜.