TC4钛合金板带高温成形性能研究

以TC4钛合金板带为研究对象,重点对其高温下的强度和热导率以及表面氧化皮等进行试验研究和分析.TC4钛合金的屈服强度和抗拉强度以及屈强比均随温度的升高而降低.所测合金的比热容范围为0.61~1.14 J/（kg·K）,热辐射系数为0.58.TC4合金表面氧化缺陷层主要由外侧含氧量较高的氧化皮和内侧的富氧层组成.随加热温度的升高和保温时间的延长,富氧层会向合金基体延伸使其氧化层厚度增加.在较高的应变速率和较低的变形温度下,TC4合金的变形抗力增加明显.应力-应变曲线随应变速率的降低由加工硬化型向动态再结晶型转变,变形温度越高其发生动态再结晶的临界变形量越小.     

20CrMnTiH齿轮钢高温塑性变形特性

以20CrMnTiH齿轮钢为研究对象,在变形温度850~1 150 °C和应变速率0.01~10 s-1的变形条件下,采用高温压缩热模拟实验研究其塑性变形特性.发现：变形温度850 °C时的流动应力为1 150 °C时的2~3倍,应变速率10 s-1时的应力值为应变速率0.01 s-1时的2~3倍,在高温和低应变速率的条件下发生了连续动态再结晶;从微观组织来看,随变形温度升高,再结晶晶粒沿着初始晶粒的晶界长大并形成新晶粒,变形温度1 050 °C时,多次动态再结晶使得晶粒长大明显.根据采用双曲正弦函数修正的Arrhenius方程,利用线性回归法求出相应的热变形激活能为371.053 kJ/mol.利用加工图确定了相应的热变形过程最佳工艺参数范围,即变形温度为1 020~1 150 °C,应变速率为0.5~2.5 s-1.

     

变形温度对细晶高强IF钢应力-应变曲线及显微组织的影响

以细晶高强IF钢为研究对象,在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室MMS-300热力模拟实验机上,测定了在变形速率为10 s-1,真应变为0.5,变形温度分别为750、800、850、900、9501、000℃时的应力应变曲线。通过实验发现,钢的应力应变曲线为动态回复型,不随温度而变化;流变应力随着变形温度的增加而下降;通过显微组织观察发现,随变形温度的降低,晶粒变细。     

变形温度对细晶高强IF钢应力-应变曲线及显微组织的影响

以细晶高强IF钢为研究对象,在东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室MMS-300热力模拟实验机上,测定了在变形速率为10 s-1,真应变为0.5,变形温度分别为750、800、850、900、950、1 000 ℃时的应力应变曲线.通过实验发现,钢的应力应变曲线为动态回复型,不随温度而变化;流变应力随着变形温度的增加而下降;通过显微组织观察发现,随变形温度的降低,晶粒变细.     

铸态高强铝合金热变形流变应力行为的研究

文中采用热力模拟试验方法对新型铸态高强铝合金试样进行了热压缩实验,研究了新型高强铝合金在变形温度为300~420℃、应变速率为0.01~1 s-1条件下压缩变形程度达到50%的流变应力变化规律。研究表明,该合金热变形应力—应变曲线呈现动态回复型曲线;流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增大而增大;热变形激活能为269.985 k J/mol,应力指数为7.009 7。     

高锰TWIP钢热变形行为及应变补偿型本构方程的建立

对高锰TWIP钢进行不同温度(850~1100℃)和应变速率(0.01,0.1,1,5,10s^-1)的绝热压缩试验,研究试验钢高温热变形行为. 分析了变形温度和应变速率对流动特性的影响,建立了应变补偿型本构方程,并采用三种标准统计参数对应变补偿型本构方程的精确度进行了评估. 结果表明:流动应力对变形温度和应变速率的敏感程度很高,且随着变形温度的提高或应变速率的降低,流动应力呈下降趋势;应变速率对动态再结晶过程有着很复杂的影响;流动应力预测值与试验值具有较高的吻合度,表明建立的应变补偿型本构方程能够精确预测流动应力.     

ZK60镁合金高温流变本构模型

在变形温度为523～673 K、应变速率为0.001～1 s-1的条件下,采用Gleeble-1500热模拟试验机对ZK60镁合金的热压缩变形行为进行研究。通过引入应变对ZK60镁合金流变应力本构方程进行改进。研究结果表明:ZK60镁合金流变应力随着变形温度升高和应变速率降低而减小。其高温压缩流变应力曲线可描述为加工硬化、过渡、软化和稳态流变4个阶段,但在温度较高和应变速率较低时,过渡阶段不明显;采用改进后的本构方程预测的流变应力曲线与实验所得曲线较吻合。     

含Sc的Al-Cu-Li合金热压缩变形的流变应力行为和显微组织

采用Gleeble-1500热模拟试验机,在变形温度为380℃~500℃和应变速率为0.001~10 s-1的条件下对含钪铝锂合金的热变形行为进行了研究。结果表明:含钪铝锂合金流变应力随变形温度升高和应变速率的降低而减小。以实验为基础,利用作图法和线性回归方法求解得出各参数数值和流变峰值应力方程,利用该方程预测流变应力值与实验结果吻合较好;该合金在高温压缩变形中,在变形温度大于470℃和应变速率小于0.1 s-1时,合金发生了动态再结晶,且温度越高、应变速率越低,该合金越易发生动态再结晶。在380℃~470℃,0.1~10 s-1条件下,对该合金进行热变形加工较为适宜。     

含稀土的23Cr型双相不锈钢的高温变形行为

利用Gleeble-3500热力模拟试验机在950~1200℃,应变速率为0.1~10s-1条件下进行了含稀土的23Cr型双相不锈钢的热压缩变形,获得了流变曲线,建立了热变形方程,分析了变形组织。结果表明:在流变曲线上既存在峰值应力也有稳态应力;在高温低应变速率条件下,峰值应变减小。上述变形条件下,试验钢的热变形激活能Q=436kJ/mol,表观应力指数n=3.91,热变形方程为:ε=2.41×1016[sinh(0.012σs)]3.91exp (-436000/RT)。奥氏体的动态再结晶在试验钢的动态软化机制中起主导作用且随着温度的升高和应变速率的降低越来越充分;而大应变下,铁素体的软化主要表现为较充分的动态回复。稀土元素影响了热变形时两相中Mo元素的再分配是稀土改善双相不锈钢高温塑性的重要原因之一。稀土使Mo在铁素体中浓度较低温度下降低,高温下升高;而奥氏体相中,使得Mo浓度在较低温度下升高而高温下降低。     

基于Zener-Hollomon参数的MoLa合金本构研究

采用Geeble1500型热模拟试验机对MoLa合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究在温度800~1 150℃、应变速率0.001~10 s~(-1)范围内的流变曲线特点及本构方程。结果表明,MoLa合金的流变应力随温度的升高和应变速率的降低而减小,变形机制主要以动态回复软化为主,在应变速率为0.001 s~(-1)时,1 000~1 150℃变形温度下软化现象最为显著,其流变应力随应变的增加而降低;采用双曲正弦函数建立Mo La合金本构方程,其变形激活能为342.68 k J/mol,经过误差分析得出所建立的本构方程的相关系数和相对误差分别为0.9441和7.13%,能够较好地预测该合金的热变形行为。     

TC4钛合金加工图及其在板材轧制工艺分析中的应用

TC4钛合金在航空航天工业中有着广泛的应用,热塑性加工中的微观组织演变对其使用性能具有重要的影响。该文通过热-力实验分析,得到TC4合金的加工图,并将加工图信息集成在有限元分析中,对板材轧制工艺进行分析。对TC4钛合金进行等温单向压缩实验获得了材料的流动应力,变形温度为800～1 050℃,应变速率为0.01～20s-1。采用动态材料模型(dynamic material model,DMM)绘制出TC4钛合金的加工图,并通过对压缩的微观组织检查分析验证了加工图的有效性。由加工图可知,在1 000～1 050℃应变速率0.01s-1的区域稳定性最好,为超塑性成形区域,在800～900℃应变速率0.1～20s-1的条件不利于塑性加工,应当避免在此区域加工。通过二次开发,将加工图的信息作为有限元程序DEFORM-2D的后处理变量在成形件中显示,从而直观地显示板材轧制变形不同位置的成形性能。在TC4轧制过程中,板坯基本处于功率耗散效率较高的安全区,有利于材料塑性成形。     

TC6钛合金力学行为及其失效研究

采用高温、高应变率耦合分离式Hopkinson Bar系统和100 KN微机控制电子万能试验机系统,对等轴晶粒组织的TC6钛合金圆柱形及帽形试样进行了力学试验,研究了其力学行为及其失效机理.结果表明:等轴晶粒组织TC6钛合金在准静态下变形时呈现应变强化效应,而在高应变速率下变形时,热软化与应变强化共存,流变应力呈现振荡,且表现出较强的应变率效应;TC6钛合金的动态变形表现为局域化变形,且在局域化变形区域出现裂纹,裂纹在此区域扩展贯穿整个试样,最终导致失效,而准静态下材料的变形表现为均匀化变形,当应变达到0.4时,材料沿最大剪切应力方向断裂失效.     

TC6钛合金4种典型组织的动态力学行为研究

 采用分离式霍普金森压杆技术,研究了4种典型组织TC6钛合金试样在高应变率加载条件(10³ s^-1)下的动态力学行为,并分析了原始组织对动态力学行为的影响.结果表明:在高应变率加载条件下,4种典型组织TC6钛合金的流变应力显示了相同的变化规律:变形初期,应变较小时,流变应力随应变增加快速增加;随后流变应力出现振荡,应力达到峰值后,流变应力随应变的增大而逐渐减小,呈现稳态流变;最后流变应力快速下降;在10³ s^-1数量级的高应变率加载条件下,随着应变率的增加,4种组织的流变应力均呈上升趋势;4种组织TC6钛合金都是应变率敏感材料,但4种组织的应变率效应不同;63#网蓝组织显示了较高的应变率敏感性,64#固溶时效组织则表现出较低的应变率敏感性,61#等轴组织和62#双态组织应变率敏感性相当.     

800H合金热变形行为研究

通过高温单道次压缩实验,研究800H合金在变形温度850～1 050℃和应变速率0.01～10 s-1条件下的热变形行为和微观组织变化.根据单道次压缩实验数据,绘制了不同变形条件下的800H合金真应力-真应变曲线,通过非线性回归建立了流变应力数学模型;通过线性回归建立了不同温度区间内热变形本构方程.分析了热变形条件对合金微观组织的影响,结果表明:动态再结晶更有可能发生在低应变速率和高变形温度的变形条件下;当变形温度低于950℃时,沿晶界析出的Cr23C6粒子对动态再结晶的发生有一定的抑制作用.     

TC4热氧化钛合金内空半球壳体的动态响应

利用有限元程序对TC4(Ti-6Al-4V)热氧化钛合金内空半球壳体进行子弹冲击模拟,基于准静态压缩实验和动态Hopkinson压杆实验数据,研究了径厚比、冲击速度、应变率效应对TC4热氧化钛合金内空半球壳体动态响应的影响,得到了不同工况下的TC4热氧化钛合金内空半球壳体的接触力峰值以及顶点位移.TC4热氧化钛合金的材料模型由实验数据拟合得到的考虑应变率效应和温度效应的Johnson-Cook本构方程描述,其中,实验数据由Hopkinson压杆技术测得.结果表明:接触力峰值和顶点位移均与径厚比成反比;接触力峰值和顶点位移均与冲击速度成正比;考虑应变率效应更能反映TC4热氧化钛合金内空半球壳体的抗冲击能力和抗变形能力.     

不同组织TA15钛合金热压缩力学行为研究

采用gleeble-1500 热模拟试验机,对TA15钛合金4种典型组织试样进行了高温准静态压缩试验,研究了不同原始组织的TA15钛合金高温压缩力学行为,不同组织对其高温准静态力学性能及温度敏感性的影响.结果表明:在同一温度下,4种组织的流变应力随温度的升高而降低,且最初流变应力随应变的增加快速增加,当流变应力达到一个峰值后,逐渐下降,最后处于稳定流变状态;不同的组织对TA15钛合金高温准静态力学性能有很大影响;600 ℃变形时,网篮组织的温度敏感性最低,固溶时效组织其次,双态组织第三,等轴晶粒组织温度敏感性最高;700~900 ℃下变形,各组织温度敏感性的排序不变,但网篮组织的温度敏感性和其它3种组织温度敏感性的差距缩小;当在超过相变温度的1000 ℃下变形时,各试样的组织完全相同,其温度敏感性不再有任何差异,其力学性能也几乎相同.     

新型钻基耐热合金高温流变变形行为

在Gleeble-1500热模拟机上,采用等温压缩试验,研究了一种含Ti和Al的新型钴基耐热合金在850～1 150℃温度范围的压缩变形行为.实验结果表明:该合金具有良好的抗高温流变性能,在850℃及应变速率0.0021～2.1 s-1范围时其峰值流变应力可以达到360～475MPa.合金的流变行为可用Zener-Hollomon参数来描述.     

室温下TC11钛合金准静态拉伸力学性能实验研究

针对典型航空材料TC11钛合金的拉伸性能,采用准静态拉伸实验对不同应变率条件下的TC11钛合金的应力-应变关系进行了研究,利用扫描电镜分析了其拉伸断口形貌。实验结果表明:TC11钛合金具有一定的应变率敏感性,抗拉强度和屈服强度均会受到应变率的影响;准静态拉伸时TC11钛合金试样出现了颈缩现象,试样截面形状为杯锥状,试样断口存在光滑的剪切唇区和灰色的纤维区,其断裂属于韧性断裂,但是其韧性较差;TC11钛合金拉伸断口形貌主要为大小不一的韧窝,随着应变率的增大,试样拉伸断口韧窝的大小和深度均变小,同时出现了少量的撕裂棱和准解理面,试样的断裂机制为以韧性断裂为主和伴有准解理断裂。因此,在准静态拉伸条件下,TC11钛合金的力学行为与应变率有关。