一种新型高强高韧TC27钛合金的高温变形行为

 采用Gleeble 3500 热模拟机对一种新型高强高韧TC27 钛合金进行等温恒应变速率压缩实验,开展TC27 钛合金的高温变形行为研究,为制定TC27 钛合金的热加工工艺提供依据。研究结果表明,TC27 钛合金应力应变曲线在变形温度较低时大致呈应变软化型;而在变形温度较高且应变速率较低时,应力应变关系曲线基本为稳态流动型。在应变速率为70 s^-1时,呈现较大幅的震荡现象。TC27 钛合金的流动应力对变形温度的敏感性在低温变形时要显著大于在高温变形时的;对应变速率的敏感程度随变形温度的升高而降低。利用实验数据对TC27 钛合金分别在700~850℃和850~1150℃温度段建立了本构方程,并具有较高的精度。通过高温变形微观组织观察,发现在变形温度高于β转变温度变形时,随变形温度提高,或应变速率降低,动态再结晶数量增加。     

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。     

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.     

循环热处理及形变对TC17钛合金片层组织球化和取向的影响

将循环热处理与形变相结合,利用电子背散射衍射等手段探究该工艺对TC17钛合金片层组织球化和取向的影响.结果表明:TC17钛合金在两相区进行单纯的循环热处理其片层组织球化程度有限,而经过循环热处理+压缩变形后,其魏氏组织消失,片层α相得到明显球化,但是其取向均匀性仍没发生较大变化.此外,变形中两相的再结晶速度及其强韧性导致了两相取向的差异性.α相的再结晶速度快于β相,在变形过程中,α相的各向异性首先降低;另一方面,由于α相比β相硬度高,热变形过程中,α相的变形程度小于β相,应变主要集中在与α相邻近的较软的β相,从而导致α相的取向均匀性高于β相.     

置氢改性钛合金扩散连接机理研究

利用置氢技术改善TC4钛合金的扩散连接性,优化扩散连接工艺参数。在Gleeble1500D热模拟机上,采用固态置氢技术进行了不同氢含量的置氢TC4钛合金的真空扩散连接试验;采用扫描电镜对界面孔洞弥合率和界面组织形貌进行了分析。结果表明:由于氢的扩散系数大,可显著提高置氢TC4钛合金的扩散系数,降低α+β→β相转变温度,稳定合金中β相,促进晶界扩散,提高晶界活性,使材料热加工变形得到改善;当置氢钛合金中氢的质量分数为0.25%、扩散连接温度为840℃、压力为15 MPa、保温时间为60 min时,界面结合良好,此时焊接区无扩散孔洞,钛合金基体组织仍为等轴α+β双相组织,且晶粒无明显长大。     

TC6钛合金两种组织高温动态力学行为研究

采用高温、高应变率耦合分离式Hopkinson Bar系统,在温度为298~1 033 K范围、应变率为2500 s-1条件下,对TC6钛合金等轴组织及网篮组织圆柱试样进行了动态力学试验,研究了2种组织高温动态力学行为.结果表明:在高温、高应变率加载条件下,TC6钛合金2种组织呈现相似的力学行为,随温度升高,流变应力下降,而应变增加;等轴组织在573~673 K、网篮组织在673~773 K变形时,流变应力基本不受温度的影响;当变形温度低于673 K时,等轴组织的温度敏感性高于网篮组织,而温度高于673 K后,等轴组织的温度敏感性比网篮组织低.     

热成形条件下TC4钛合金的相变特征

以钛合金TC4为例评述了热成形条件下金属固态相变特征、影响因素和相变规律的研究现状,讨论了工艺条件、相变过程、微观组织与力学性能之间的因果关系. 指出传统相变研究没有考虑塑性变形对相变的影响,因而不能用于分析热成形过程中相变对热塑性加工零件微观组织和力学性能的影响. 给出了作者近期得到的TC4钛合金变形与相变的实验结果;结果证明,热塑性变形对相变有明显影响,主要表现为应变速率增加会对相变有阻止作用,应变增加对相变有促进作用.     

Ti-7333合金β锻动态再结晶行为

 利用Gleeble3800热模拟试验机研究了在温度870～970℃和应变速率0.001～10s^-1范围内,近β钛合金Ti-7333 β锻热变形的组织演化规律及动态再结晶行为.实验结果表明,Ti-7333钛合金在温度较高、应变速率较低的情况下变形时,表现出典型的动态再结晶行为,动态再结晶晶粒尺寸和再结晶体积分数均随变形温度升高和变形速率降低而增大,而应变速率对再结晶晶粒尺寸的影响较显著.在变形速率较高(>0.1s^-1)且变形温度较低(<870℃)时,晶粒严重变形拉长,但动态再结晶将很难发生.因子Z决定着动态再结晶晶粒尺寸,二者之间为幂指数关系.通过回归分析方法得出动态再结晶晶粒尺寸的数学表达式为：lnD_r=8.50949-0.31411lnZ.采用该表达式可以对一定变形条件的动态再结晶晶粒尺寸进行精确预测,从而为Ti-7333钛合金热变形条件下的组织控制提供可靠依据.不适当的热变形工艺会造成组织粗大或者不均匀,进而使材料性能恶化.因此,应该从材料组织均匀性和晶粒细化角度选择最佳的热变形参数.     

TC4钛合金搅拌摩擦焊微观组织特征及影响

采用搅拌摩擦焊技术在保护气氛下对单块TC4钛合金板材施焊,并获得良好成形。重点研究了搅拌区α+β双相微观组织演变机制及不同工艺参数对组织硬度的影响。结果表明,在经优化后的工艺参数条件下,搅拌区组织经历了α/β相变,最终形成基于β相区的α+β双态组织,搅拌头行走过后冷却析出的层片状α相沿β相区界面及内部分布,α相及β相晶粒细化明显,α/β层片间距的缩小可增强α+β复相强化效应,提高搅拌区硬度。搅拌头转速的提高增加了β相区的长大倾向,行进速度的提高降低了α相比例,并可生成针状马氏体。     

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。     

激光快速成形与锻造TC4钛合金力学行为对比研究

采用MTS万能材料试验机和分离式Hopkinson Bar技术,分别对激光快速成形与传统锻造TC4钛合金进行了准静态及动态压缩试验,研究了 2种制备方法生产TC4钛合金的力学行为.结果显示,在准静态和动态压缩变形下,锻造TC4-1#(forging TC4-1#)等轴组织均表现出最好的塑性及强度,且呈现出较强的应变强化...     

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.     

TC6钛合金剪切带临界应变及其扩展速度的实验测定

采用分离式霍普金森压杆技术和一种新型限位试验方法对TC6钛合金进行了动态压缩试验,使用光学显微镜、扫描电子显微镜分析了TC6钛合金变形到不同应变量时所产生绝热剪切带的微观形貌,通过与宏观力学响应相对应,研究了TC6钛合金圆柱试样中绝热剪切带刚萌生时对应的临界应变及绝热剪切带的扩展速率.结果表明:在高应变率下,材料绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程;在应变率为2.5×10~3s~(-1)时,TC6钛合金动态压缩时绝热剪切带萌生时对应的临界应变为0.126 9,其扩展速率大约为87 m/s.     

置氢Ti-6Al-4V合金组织演变与超塑性能

应用高温拉伸实验研究了氢对Ti-6Al-4V合金超塑变形行为的影响,借助于OM、SEM、TEM和XRD等分析手段,分析了氢对钛合金组织演变的影响. 结果表明:氢可促进合金中β相数量的增加,氢质量分数达到0.2%时合金出现马氏体组织,并随着氢含量的增加而逐渐粗化;适量的氢可以改善钛合金超塑变形行为,如降低流动应力和超塑变形温度、提高应变速率敏感指数m值;Ti-6Al-4V合金加入质量分数0.1%的氢,其峰值流动应力降低53%,变形温度降低约60℃,且由于氢的加入,使得超塑变形后的位错密度减少,说明氢促进了位错的运动.     

应变速率对GH625合金热变形过程组织演变的影响

采用Gleeble-1500热模拟试验机,对GH625合金进行了以不同变形温度、不同应变速率变形到真应变值为0.7的热压缩试验,以研究其热变形过程的动态再结晶组织演变.利用光学显微镜（OP）和透射电镜（TEM）分析了应变速率对GH625合金热变形过程中的组织演变及动态再结晶形核机制的影响.结果表明:应变速率·ε=10.0s^-1时,实际变形温度高于预设温度,产生变形热效应.GH625合金热变形过程的组织演变是一个受应变速率和变形温度控制的过程,在应变速率·ε≤1.0s^-1时,GH625合金动态再结晶晶粒的尺寸及体积分数随着应变速率的升高而降低,动态再结晶形核机制是由晶界弓弯的不连续动态再结晶机制和亚晶旋转的连续动态再结晶机制组成;在应变速率·ε=10.0s^-1时,由于变形热效应使动态再结晶晶粒的尺寸及体积分数迅速升高,动态再结晶机制则是以弓弯机形核的不连续动态再结晶机制为主.     

316LN热变形行为及动态再结晶晶粒的演变规律

采用热压缩试验研究了316LN不锈钢在温度1250℃-900℃,应变速率0．005s^-1～0．5s^-1,变形程度50％条件下的变形行为和组织演变;分析了变形参数对应力-应变曲线的影响规律,计算获得了该钢热变形应力指数和激活能;并通过动态再结晶晶粒演变规律的研究,建立了该钢热变形动态再结晶图,以及动态再结晶晶粒演变规律模型。研究结果可为316LN不锈钢锻造过程晶粒细匀化的控制提供科学的依据。     

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.     

TC11钛合金4种典型组织静态力学性能对比研究

采用4种热处理工艺制备了等轴、双态、网篮、固溶时效4种不同组织的TC11钛合金棒材,并采用MTS万能材料试验机测试其室温准静态拉伸性能,研究了不同的热处理制度对其微观结构和力学性能的影响.结果表明:不同的热处理工艺,将得到不同的微观组织,在不同的显微组织结构中,等轴(球状)初生α相和β转变组织的含量以及β转变组织中次生α相的形貌明显不同;4种不同组织形貌的TC11钛合金的静态力学性能有显著的差异,在4个组织中,固溶时效组织和双态组织强度较高,但塑性却较差,等轴组织和网篮组织塑性较好,但强度则较低.     

纯铁药型罩材料的动态应力-应变行为

利用Hopkinson杆技术对经930℃下退火2h的纯铁药型罩材料进行了冲击压缩实验,测定了该材料在不同应变率下的动态应力-应变关系.借助光学显微镜对变形后纯铁的组织进行了观察,研究了在不同应变率下变形过程中纯铁的组织演变和动态应力-应变行为.研究表明:在650～3850s-1的应变率范围内,纯铁药型罩材料有显著的孪生变形,发生了明显的应变强化和应变率强化效应,且最大应变也随应变率的提高而增加;在高应变率冲击下,孪生和滑移是纯铁的主要塑性变形机制,也是纯铁高应变率增强增塑的主要机制.     

高应变速率下钛-钢复合板界面组织特征及变形机制

在高应变速率下,钛-钢复合板不同材料以不同的变形机制协调变形,结合界面起到至关重要的作用.本文分析研究了高应变速率下钛-钢复合板的界面组织特征和变形机制.结果表明:在钢侧,随着应变速率的提高,小角度(3°~10°)晶界含量增多,织构组分{1-12}〈2-41〉逐渐演变为织构{6-65}〈38-6〉和{111}〈1-10〉.在钛侧,随着应变速率的提高,出现了明显的形变孪晶组织,三种形变孪晶如{11-21}〈1-100〉拉伸孪晶、{11-22}〈11-23〉压缩孪晶和{10-12}〈10-11〉拉伸孪晶产生的难易程度不一样,变形机制由常规的"孪生变形为主"转变为"位错滑移与孪生变形共存"的复合变形模式.在结合界面处,随着应变速率的提高,需要适应由两侧产生的不同变形抗力,才能够实现连续变形而不致使材料发生破坏,其主要的协调机制依靠结合界面及附近晶粒的滑移实现变形.