片狀組織TA15鈦合金α+β相區(qū)塑性變形特性及等軸化行為研究.pdf

1、鈦合金由于具有比強度高、耐腐蝕和耐高溫等優(yōu)點，而成為航空航天領(lǐng)域的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)材料。片狀組織鈦合金具有很強的高溫組織穩(wěn)定性，一般需通過在α+β相區(qū)進行大塑性變形以實現(xiàn)等軸化。與β相區(qū)變形相比，片狀組織鈦合金在α+β相區(qū)變形時存在變形溫度低、變形抗力大、工藝塑性差等問題，變形過程中容易產(chǎn)生各種塑性變形缺陷，此外，鈦合金的導(dǎo)熱性較差，容易導(dǎo)致變形不均勻，很難得到組織均勻、性能良好的加工件。因此，為了實現(xiàn)片狀組織鈦合金熱變形過程中組織與性能控制，

2、研究片狀組織鈦合金在α+β相區(qū)的塑性變形特性和等軸化行為就顯得尤為重要。
　　 通過對不同α片層厚度的兩種TA15鈦合金在α+β相區(qū)溫度750℃～950℃、應(yīng)變速率0.001s-1～10s-1范圍進行等溫恒應(yīng)變速率壓縮實驗，研究了熱變形參數(shù)和α片層厚度對TA15鈦合金流動應(yīng)力的影響規(guī)律，計算了不同α片層厚度TA15鈦合金的變形激活能，并建立了適用于不同片層厚度TA15鈦合金的通用型本構(gòu)模型，該本構(gòu)模型的計算精度較高，流動應(yīng)力的實

3、驗值與計算值的平均誤差小于4.83％。
　　 利用基于動態(tài)材料模型的加工圖技術(shù)對不同α片層厚度的兩種TA15鈦合金在α+β相區(qū)的熱加工性能進行預(yù)測，優(yōu)化出片狀組織TA15鈦合金的熱加工工藝參數(shù)范圍。發(fā)現(xiàn)兩種狀態(tài)TA15鈦合金較佳的熱加工區(qū)域主要集中在低應(yīng)變速率范圍(0.001s-1～0.01s-1)，塑性流動失穩(wěn)區(qū)主要集中在低溫和高應(yīng)變速率范圍(750℃～850℃、0.1s-1～10s-1)。通過微觀組織觀察對加工圖預(yù)測結(jié)果的可

4、靠性進行了驗證，發(fā)現(xiàn)采用加工圖技術(shù)對片狀組織TA15鈦合金不同變形區(qū)域的預(yù)測結(jié)果是準(zhǔn)確的。加工圖中較佳熱加工區(qū)域?qū)?yīng)的微觀組織為片狀α相較大程度的等軸化，適宜加工區(qū)的微觀組織為片狀α相部分發(fā)生等軸化，失穩(wěn)區(qū)的微觀組織為不同形式的塑性流動失穩(wěn)，如局部流動、微孔洞、微裂紋以及45°宏觀剪切裂紋等。對局部流動、微孔洞、微裂紋等塑性流動失穩(wěn)缺陷的產(chǎn)生以及形成機理進行了研究，并闡明了這些塑性流動失穩(wěn)現(xiàn)象之間的本質(zhì)聯(lián)系。
　　 采用定量金相

5、、掃描電鏡、透射電鏡等微觀組織檢測與分析手段，研究了溫度750℃～950℃、應(yīng)變速率0.001s-1～10s-1范圍變形時，熱變形參數(shù)和α片層厚度對片狀組織TA15鈦合金等軸化行為的影響，結(jié)果表明降低應(yīng)變速率、升高變形溫度、增大真應(yīng)變以及減小α片層厚度，均有利于片狀α相等軸化過程的進行。片狀組織TA15鈦合金等軸化的臨界真應(yīng)變在0.20～0.50范圍，即使在溫度900℃、應(yīng)變速率0.001s-1、真應(yīng)變1.20時片狀α相也沒有完全等軸化

6、。建立了片狀組織TA15鈦合金的等軸化動力學(xué)模型，該模型實驗值與計算值吻合的較好，能較好地表征TA15鈦合金的等軸化動力學(xué)過程。
　　 在片狀α相等軸化動力學(xué)行為的基礎(chǔ)上研究了片狀組織TA15鈦合金的等軸化機理，認(rèn)為擴散機制和形變機制共同作用導(dǎo)致片狀α相等軸化。等軸化過程中動態(tài)再結(jié)晶和形變孿晶共同存在，并相互競爭、相互補充。擴散過程貫穿著片狀α相等軸化的全過程。α相端面和側(cè)面的“叉型”結(jié)構(gòu)以及β相楔入α/α界面實質(zhì)上都是合金元素