TA17钛合金热变形行为及加工图

为探索TA17钛合金热变形行为和变形特性,采用Gleeble-3800热模拟机开展温度为700~1 100℃、应变速率为0.1~40 s~(-1)、变形程度为60%的热压缩试验。基于Arrhenius模型构建TA17钛合金的本构方程,基于动态材料模型构建TA17钛合金的热加工图(ε=0.6),并结合显微组织分析对热加工图进行验证。结果表明:热加工图预测结果与组织分析相符,当温度低于750℃或者应变速率大于10 s~(-1)的区域为TA17钛合金的加工失稳区域,失稳区以外是安全加工区域,热加工性能最佳的区域是800℃、0.1 s~(-1)。     

粉末冶金Ti-3Al-5Mo-4.5V合金的热变形行为

以元素粉末为原料,通过混料、冷等静压及真空烧结制备Ti-3Al-5Mo-4.5V合金,在应变速率为0.001,0.01,0.1和1s~(-1),变形温度为700,800,900和1 000℃的条件下对合金进行热压缩变形,通过建立热变形本构方程,并绘出热加工图,研究粉末冶金钛合金的热变形行为及热加工性能。结果表明,Ti-3Al-5Mo-4.5V合金在高应变速率下(700~800℃/0.01~1 s~(-1)和800~960℃/0.2~1 s~(-1))变形时发生失稳,失稳机制为局部流变和内部开裂。最佳变形区间为750~900℃/0.001 s~(-1),变形机制为动态再结晶。基于加工图,对Ti-3Al-5Mo-4.5V合金棒材进行高温轧制变形实验,变形量高达98.4%,变形后的合金组织均匀细小。     

TA19钛合金高温变形热加工图构建和微观组织演变

利用Gleeble-3500热模拟压缩试验机,在变形温度820～980℃和应变速率0.01～10 s~(-1)的变形条件下,对TA19钛合金进行热模拟压缩试验,并根据动态材料模型(DMM)建立了其热加工图。同时,结合TA19钛合金微观组织分析,揭示了热变形工艺参数影响热加工图的内在原因。结果表明:变形工艺参数与能量耗散率和非稳态区密切相关。应变速率为0.01～1 s~(-1)时,能量耗散率较大,且随着变形温度的升高,能量耗散率先增大后减小,在940℃附近获得最大值。同时,变形失稳区包括2个典型区域,其中I区为(820～900)℃/(0.01～1) s~(-1),II区为(960～980)℃/(1～10) s~(-1)。变形温度为940℃时,较多的等轴α相和较高的再结晶驱动温度使得再结晶程度加强,因此能量耗散率获得最大值。绝热剪切带、片层α相与等轴α相之间的变形不协调以及β晶粒的剧烈长大是TA19钛合金高温变形失稳的主要原因。     

TA15钛合金在相变点附近的热变形机制及组织演化

采用Gleeble—3500型热模拟试验机对TA15钛合金进行等温压缩试验,应变速率为1~0.01s-1、变形温度为900~1 050℃。结果表明:TA15钛合金在相变点附近的热压缩流变行为可采用含有Z参数的双曲正弦函数形式的本构方程来描述;在试验参数范围内,当变形温度和应变速率逐渐提高时,TA15钛合金内部显微组织和热变形机制发生改变,导致变形激活能先升高后降低;结合热加工图和热变形后的显微组织分析可知,在两相区上部(变形温度950℃左右)以较低的应变速率(0.1~0.01s-1)进行热变形时,由于完全动态再结晶的发生,材料具有较高的耗散效率,获得了晶粒细小且分布均匀的显微组织。     

纯镍N6平面热压缩变形行为及加工图

利用Gleeble-3800热模拟试验机对纯镍N6在变形温度800~1100℃,应变速率5~40 s-1,应变量70%条件下进行了高温塑性变形压缩试验,分析纯镍N6高温高应变速率热变形行为,得到了材料在不同变形参数条件下的组织变化规律及流变应力变化曲线,利用动态材料模型绘制出了纯镍N6在不同应变条件下的热加工图.通过对组织及热加工图的分析研究,得出变形温度为1000~1100℃,应变速率为5~7 s-1或20~40 s-1以及变形温度为800~900℃,应变速率为5~10 s-1为纯镍N6材料高温高应变速率热变形的两个合理变形参数区间,在参数区间内N6组织均匀;而流变失稳区变形参数条件下得到的组织比较紊乱,晶粒大小不一.纯镍N6热变形后的晶粒尺寸随变形温度升高及应变速率减小而增大.      

NiTi形状记忆合金热变形行为研究

本文应用Gleeble-3500热压缩试验机,对NiTi形状记忆合金开展如下工艺试验:温度范围在:700℃～1100℃,间隔100℃,应变速率为:0.005s~(-1)、0.05s~(-1)、0.5s~(-1)、10s~(-1),真应变为0.7。获得该合金的应力-应变曲线关系,计算应变速率敏感性指数(m)值、热变形激活能(Q)值,并建立本构方程。揭示该合金的热变形行为特征,为NiTi形状记忆合金热加工及成形制造的工程化应用提供理论依据。     

15%SiC_p/2009A1复合材料的热变形行为及加工图

为了研发高性能颗粒增强铝基复合材料,采用Gleeble-3800热模拟试验机,研究了粉末冶金15%SiC_p/2009A1复合材料在变形温度为370~520℃、应变速率为0.01~10.00 s-1条件下的高温变形特性。结果表明,当变形速率一定时,该复合材料的流变应力随变形温度升高而降低;当变形温度一定时,复合材料的流变应力随应变速率增大而提高。采用动态材料模型建立了15%SiC_p/2009A1复合材料的热加工图。热加工图表明,在较高应变速率区域(2.00~10.00 s~(-1)),出现流变失稳,有少量颗粒—基体界面开裂和SiC颗粒本身破碎。该复合材料的动态再结晶区域位于加工图的较低应变速率区域(1.00 s~(-1)),功率耗散率值较为适中,为0.24~0.35,此时材料具有良好的塑性,适合进行热加工变形。综合加工图以及微观组织观察结果,获得了复合材料热变形的最佳工艺参数:变形温度为450~490℃、应变速率为0.01~0.10 s~(-1)。     

TC18钛合金热加工图构建、分析及有效性验证

基于动态材料模型,建立了TC18钛合金的热加工图,分析了能量耗散率、非稳定参数和热加工图随应变速率、变形温度的变化规律。结果表明,在800~900℃范围内,应变速率对TC18钛合金的热变形能量分配影响较为显著。不同应变下的能量耗散率峰值对应的变形工艺参数均为变形温度800~820℃、应变速率5×10-4~1×10-3s-1,该参数即为TC18钛合金等温压缩变形的最佳工艺参数范围。随着应变增大,820℃/1×10-2s-1附近的非稳定变形区域逐渐缩小,当应变达到0.3时消失;而(860~900)℃/(1~10)s-1的非稳定区随应变增大而逐渐扩大,并向低温区域扩展。     

纯钛TA1热变形行为及加工图

采用Gleeble-3800热模拟机对一种纯钛TA1进行了等温等应变速率热压缩试验,变形温度范围为650~850℃,应变速率范围为1~20 s~(-1),变形量为60%。研究结果表明:纯钛的流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率升高而升高;采用Arrhenius本构模型构建了纯钛的本构方程,该方程可为纯钛热加工的数值模拟提供模型参考;根据动态材料模型构建了纯钛的热加工图,并通过纯钛的显微组织对热加工图进行了验证,结果表明纯钛热加工图的预测与组织演变规律一致。研究结果为纯钛热加工工艺的制定和优化提供了理论依据。     

Cr-Co-Mo-Ni齿轮钢的热变形行为及模锻工艺的有限元模拟

在Gleeble-3800热模拟试验机上进行大变形等温压缩试验,研究Cr-Co-Mo-Ni齿轮钢的高温热变形行为和显微组织,分析材料流变应力与变形温度和应变速率的关系,建立热变形过程的本构方程和热加工图.该材料的流变应力随着温度的升高而下降,随应变速率的增加而增加;用双曲正弦函数式可描述其在热变形过程中的流变应力,热变形活化能为487.21k J·mol-1;热加工图显示的适宜加工区间为温度1000-1100℃,应变速率0.1-1 s-1.在热模拟试验基础上进行该钢种锻造工艺的有限元模拟,并结合热加工图分析初锻温度和加工道次对于锻件温度和应变速率的影响,得出适宜的模锻工艺参数为初锻温度1000-1100℃,锻造道次15次.      

纯钛精轧过程的高温变形行为及本构方程

为了研究高温变形参数对热轧纯钛卷精轧段高温变形行为的影响,利用Gleeble-3800热模拟机对纯钛进行高温热压缩试验。根据热轧纯钛卷精轧过程的轧制工艺要求,考虑变形温度范围为700~800℃,应变速率范围为0.01~10 s-1,变形量为80%。结果表明:纯钛的流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率升高而升高;在700~775℃时发生了动态回复,在800℃下且应变速率小于1 s-1时还会发生动态再结晶。基于Arrhenius双曲正弦模型,利用线性回归方法建立了纯钛的本构方程,为纯钛的数值模拟和热加工工艺的制定提供了理论基础。     

TC10钛合金高温变形行为和组织演变的研究

通过恒应变压缩实验研究了锻态TC10钛合金的高温变形行为和组织演变规律,变形温度为800~920℃,应变速率为0.01~10 s~(-1),变形量为60%。研究结果表明:降低变形温度、提高应变速率,流变应力会在变形初期迅速增加,而显微组织没有明显变化,当流变应力达到最大值后随着动态再结晶的发生而逐渐降低。提高变形温度、降低应变速率,能够为动态再结晶提供能量,细化组织并降低流变应力。综合分析表明:在变形温度为840~900℃,应变速率为0.01~0.1 s~(-1)的参数范围内进行热变形可以获得性能优良的TC10钛合金产品。     

7A50铝合金热压缩过程中的流变行为研究

采用Gleebe3500热模拟机对7A50铝合金进行热压缩实验,研究了7A50铝合金在变形温度为250,300,350,400,450℃,应变速率为0.01 s~(-1),0.1 s~(-1),1.0 s~(-1),10 s~(-1)条件下的应力—应变行为,建立了合金的本构方程。分析结果表明:在大应变量下(ε=0.6),7A50铝合金晶粒已经充分发生动态回复,从而使得能量消耗效率η随着温度的升高和应变速率的降低而增大;7A50铝合金的最佳热加工条件为变形温度350~400℃,应变速率0.1 s~(-1)。     

新型Ti-6554钛合金热变形行为及热加工图

利用Gleeble-1500热模拟实验机研究了新型Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金在740～950℃,应变速率0. 01～10. 00 s~(-1)条件下的热变形行为。通过真应力-真应变曲线分析了合金在高温变形时的应力随温度及应变速率的变化规律,之后对数据进行回归分析得到了合金的本构方程,最后绘制合金的热加工图并结合微观组织观察研究该合金的热变形机制。结果如下:合金的流变应力对温度和应变速率都十分敏感。在相同的应变速率下,随温度升高,流变应力降低;而在相同温度下,应变速率升高,流变应力也升高。计算得到合金的动态激活能Q为246. 551 kJ·mol~(-1)。高温变形的本构方程为ε=4. 51×10~(10)[sinh(0. 0058σ)]~(4. 85272)exp(-246551/RT)。根据热加工图可知,两相区变形时,合金在温度740～770℃、应变速率0. 01～0. 03 s~(-1)的区域内具有最高的功率耗散系数,达到44%,变形机制为动态回复;β单相区变形时,在温度780～890℃、应变速率0. 01～0. 03 s~(-1)的区域内具有较高的功率耗散系数,为40%,变形机制包括动态回复和动态再结晶。合金的塑性失稳区主要在温度740～900℃、应变速率0. 05～1. 00 s~(-1)的区域内,失稳区内会发生局部塑性流动。     

0.3%V改型07Cr25Ni21NbN奥氏体耐热钢热变形行为

采用Gleeble3800热模拟试验机,研究了0.3%V改型07Cr25Ni21NbN试验钢在930~1 230℃、0.005~5s~(-1)条件下的热变形行为。利用金相显微镜观察了试验钢微观组织随热加工条件的变化。分析了试验钢的流变应力曲线,得到其热形变激活能为571kJ/mol。真应变分别为0.4和0.8条件下,建立了试验钢的热加工图,发现真应变为0.8的热加工图上有3个耗散功峰值区域的边界。变形温度为1 230℃,变形速率从0.005到5s~(-1)时,试验钢的微观组织由粗大的锯齿晶粒过渡到较细小的等轴晶粒。当变形速率为0.5s~(-1)时,变形温度从930℃提高到1 230℃时,微观组织由等轴组织、部分动态再结晶组织过渡到流变失稳组织。     

平面应变压缩工业纯钛的动态再结晶研究

利用Gleeble—3800型热模拟实验机,在变形温度650~800℃、应变速率1s~(-1)和5s~(-1)条件下对工业纯钛进行多道次平面应变压缩实验,模拟实际热轧生产。通过真应力、应变、软化率和加工硬化率等数据,研究工业纯钛多道次变形过程的软化现象和动态再结晶临界应变。结果表明,工业纯钛间歇时间内的软化率随着变形温度升高和应变速率降低而增加;再结晶临界应变量随着变形温度升高而减小,且动态再结晶临界应变ε_c与峰值应变ε_p存在线性关系:ε_c=0.467 6ε_p。     

30% SiC_p/2024Al复合材料的热变形行为

在Gleeble-1 500D热模拟机上采用等温压缩实验研究30%SiC_p/Al复合材料的高温压缩变形行为,获得该材料在温度为623~773 K,应变速率为0.01-10 s~(-1)的条件下的真应力-应变曲线,并在考虑摩擦和变形热效应的基础上对真应力-应变曲线进行修正。对修正后的峰值应力进行线性回归,建立该材料的本构方程。根据材料动态模型,计算并建立30%SiC_p/Al复合材料的热加工图,据此确定热变形流变失稳区。在应变速率为0.01 s~(-1)时,随热变形温度升高,该复合材料发生动态再结晶的体积分数增加。     

粉末冶金TiAl合金热变形行为及加工图的研究

采用热模拟压缩试验研究了粉末冶金TiAl合金在温度1000～1150℃、应变速率0.001～1s-1范围内的高温变形特性,发现合金的流动应力-应变曲线具有应力峰和流变软化特性。为了研究TiAl合金在有限应变下的变形行为,基于动态材料模型(DMM)建立起了TiAl合金加工图。试验结果表明,在高应变速率(0.1s-1)变形时,材料落入流动失稳区域,出现表面开裂。这对材料的变形是有害的,要避免在流动失稳区进行热加工处理。而在温度为1000～1050℃,应变速率为0.001～0.01s-1时,功率耗散率η值在35%～50%之间。这个区域对应的变形机制为动态再结晶,适合进行热加工。在高温(≥1100℃),低应变速率(0.001s-1)变形时,功率耗散率η达到最大值60%,此时材料发生超塑性变形。     

TNW700高温钛合金板材超塑变形行为研究

TNW700钛合金是我国自主研发的近α型、可在700℃短时使用的高温钛合金。针对TNW700合金板材在温度为890~950℃、恒应变速率为0.0100~0.0005 s~(-1)下的单向超塑拉伸变形行为进行了研究,利用Zener-Hollomn参数和Arrhenius方程建立了TNW700钛合金的峰值应力本构方程。结果表明:TNW700钛合金的超塑性变形行为与普通钛合金不同,其加工硬化阶段较长,且温度越高、应变速率越低,动态硬化的效果更加明显,远高于再结晶软化程度,晶粒尺寸的增加是导致加工硬化的主要原因。在950℃,0.0005 s~(-1)条件下获得的最大延伸率为933%。所建立的峰值应力方程为σ_p=17.414[1.047(lnε+540210/RT)-46.587],其变形激活能Q=540.21 k J·mol~(-1)。在较低温度条件下变形,在断口附近由于应变速率高和变形温度低的双重作用在晶界三角区产生应力集中使晶界滑移变得困难而导致有孔洞产生。随着变形温度的升高,β相含量和尺寸逐渐增加,高温、高应变速率条件下有次生α相析出,采用电子探针分析(EPMA)发现β晶粒微区成分的变化是次生α相产生的主要原因。     

热加工工艺对Beta-C钛合金组织和力学性能的影响

利用Gleeble-3800热模拟试验机在应变速率为20 s~(-1)、变形温度为780~920℃的条件下对Beta-C钛合金试样进行热模拟实验,分析该合金的热变形行为,并在此基础上研究一次镦拔和多次镦拔对Beta-C钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明:当压缩温度为780℃时,热压缩试样出现剪切开裂;当压缩温度为830~920℃时,热压缩试样表面完好,可进行热加工。在相变点以上100℃的β相区进行多次镦拔后,Beta-C钛合金棒材的显微组织可得到明显改善,晶粒更加细化、均匀,综合力学性能得到提高。