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^-41×10^-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。     

TA10钛合金热加工图的建立及分析

采用Gleeble-1500D热/力模拟实验机,在变形温度为800~1050℃,应变速率为0.01~5 s~(-1)的条件下,对TA10钛合金做热压缩实验,并根据动态材料模型(DMM)建立不同应变下TA10钛合金的热加工图,分析应变对耗散效率因子、失稳参数和热加工图的影响。结果表明:随着应变的增加,峰值耗散效率因子和流变失稳区均呈现出规律性的变化,都出现了先减小后增大的现象,流变失稳区由小应变时的一个失稳区逐渐变为大应变时的两个失稳区;适用于TA10钛合金的热加工工艺参数范围是变形温度为950~1050℃、应变速率为0.01~0.8 s~(-1)。     

β-CEZ钛合金热变形本构关系的研究

在Gleeble-3800热模拟机上对锻态β-CEZ钛合金在变形温度800~1000℃、应变速率0.01~10 s-1、变形程度70%的参数下进行了热模拟试验。根据真应力—真应变曲线研究了变形温度和应变速率对应力的影响,利用Arrhenius双曲正弦方程和Z参数建立了β-CEZ钛合金热变形本构方程。结果表明:β-CEZ钛合金的流变应力与变形速率成正比,与变形温度成反比;在试验条件下β-CEZ钛合金表现出动态回复和动态再结晶两种软化机制。误差分析表明,建立的热变形本构方程与试验值基本一致,能为β-CEZ钛合金有限元模拟及变形工艺选取提供理论依据。     

β-CEZ钛合金热变形行为及热加工工艺

采用Gleeble-3800热模拟试验机在变形温度800~1000℃、应变速率0.01~10 s~(-1)的条件下对β-CEZ钛合金进行热模拟试验,分析了合金的真应力-真应变曲线和热加工图,并在此基础上研究了棒坯一次镦拔和多次镦拔工艺对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:β-CEZ钛合金流变应力随变形温度的升高而降低,但应力降低的幅度是越来越小,流变应力随变形速率的增大而匀速增大。热加工图稳定区主要分布在变形温度850~900℃,应变速率0.01~0.1 s~(-1)和变形温度925~975℃,应变速率0.1~0.7 s~(-1)的范围内。β-CEZ钛合金在相变点温度以下进行一次镦拔后,显微组织中晶粒较粗大且大小不一,β晶界不明显,晶粒内有板条状α析出。β-CEZ钛合金经过多次镦拔后,等轴组织明显得到细化和均匀化,β晶界非常清晰,等轴晶内有细小的针状和短板条状α析出,且纵横向显微组织差异小。多次镦拔后,断面收缩率明显提高,从而改善了合金的综合力学性能。     

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。     

基于应变影响热加工图的TC4-DT钛合金热成形工艺参数优化（英文）

利用Gleeble-3500热模拟试验机,在变形温度为1181~1341 K及应变速率为0.01~10 s~(-1)参数范围内对TC4-DT钛合金进行等温恒应变速率压缩试验。基于加工图理论分析了不同应变条件下应变速率敏感因子、功率耗散因子及失稳区的区别与联系,分析加工图发现:TC4-DT钛合金在1181~1341 K,应变速率为0.01~0.79 s~(-1)之间主要发生动态再结晶/动态回复(DRV/DRX),此区间对应的能量耗散效率大致为45%,当变形发生在温度1181~1211 K,较高应变速率(1 s~(-1))下,对TC4-DT钛合金加工时易发生流变不稳定现象。     

TC11钛合金热变形机制及其热加工图

研究了TC11钛合金在温度800～1050℃,应变速率0.005～5s-1条件下的高温压缩变形行为,基于动态材料模型建立了热加工图,并结合变形微观组织观察确定了该合金在实验条件下的高温变形机制.结果表明:TC11钛合金在两相区低应变速率下(0.005～0.05 s-1)变形时主要发生片状组织的球化,并且球化的效果随变形温度的降低和应变速率的增加而增加.在两相区高应变速率下(0.05～5 s-1)变形时发生热加工的非稳定流动,产生剪切裂纹和剪切带等缺陷.在β相区低应变速率下(0.005～0.05 s-1)变形时发生动态再结晶,高应变速率下(0.05～5 s-1)发生动态回复,并且应变速率大于0.1 s-1时有可能发生不稳定流动现象.在变形温度为900℃左右、应变速率为0.005 s-1时,功率耗散率达到峰值,约为57%.     

基于热加工图的TC18钛合金热变形行为研究

为了研究TC18钛合金相变点附近塑性成形过程中组织变化及金属流动规律,采用金相法测定实验用锻态β转变温度为1 161 K。在TC18钛合金β转变温度±20 k,应变速率0.01~1.00 s-1,最大应变0.7的情况下,对材料进行恒温-恒应变速率热模拟压缩实验。求解不同应变条件下变形速率敏感指数m,能量耗散率因子η及失稳判据ξ等参数。获得了实验情况下真实应力-应变曲线,绘制了TC18钛合金不同应变条件下热加工图,得到了TC18钛合金实验条件下材料的最佳变形区域。     

TA15钛合金高温热压缩变形行为及热加工图

获得准确的钛合金塑性变形特征和热加工条件,是钛合金挤压、轧制等塑性加工工艺参数选择的重要依据。本实验研究了TA15钛合金在应变速率0.01~20 s~(-1)、变形温度850~1050℃条件下的压缩变形行为、组织特征,采用Arrhenius双曲正弦函数模型推导出了TA15本构方程,基于动态材料模型建立了合金在真应变0.1~0.7时的热加工图。结果表明,在本实验的应变速率和变形温度的条件下进行压缩变形,随着变形温度的升高,合金中的α相逐渐向β相转变;随着应变速率的提高,α相向β相转变的程度逐渐减小。根据热加工图确定了合金的两个热加工安全区域:(1)变形温度950~1050℃、应变速率0.01~0.37 s~(-1);(2)变形温度875~950℃、应变速率1.65~13.5 s~(-1)。     

锻态TB6钛合金的热变形行为和热加工图

采用Gleeble热模拟试验机,对锻态TB6钛合金在变形温度660~1050℃,应变速率0.001~0.1s-1的条件下进行等温恒应变速率压缩试验,研究了TB6钛合金的高温压缩变形行为。基于Prasad判据绘制了该合金的热加工图,结合变形微观显微组织分析,确定了该合金在(α+β)两相区至β相区的最佳工艺参数。结果表明:当应变速率0.01~0.1s-1,变形温度980℃时,其变形机制为动态回复,失稳现象不明显。最终确定了应变速率为0.001~0.1 s-1,变形温度为815℃左右,为该合金的最佳热加工工艺参数。     

NiPt15合金热变形行为及热加工图研究

通过Gleeble-3500 热模拟实验机在950~1150℃,应变速率为0.01~3s-1 条件下的近等温热模拟压缩实验,建立了NiPt 15合金的流变应力-应变曲线及其热加工图。分析了NiPt15合金不同变形阶段的功率耗散情况;阐明了NiPt15合金的损伤失稳机制;基于Prasad 动态材料模型获得了不同应变速率、温度条件下的能量耗散率和失稳系数;研究了应变量、温度和应变速率对于能量耗散率和失稳系数的影响。结果表明：（1）变形温度是影响曲线变化趋势及动态再结晶的主要因素,且变形温度越高,应变速率越低,动态再结晶越充分;（2）加工失稳机制主要包括局部塑性变形、剪切变形带以及开裂,随真应变的增大先发生局部塑性变形,而后由剪切变形带取代,并最终向开裂演变;（3）NiPt15合金较为优异的加工实验条件主要集中在非失稳区,即变形参数1000~1100℃,0.03~0.1s-1以及1100~1130℃,0.01~0.03s-1范围内,并通过显微组织分析对热加工图进行了验证。     

Ti1023合金锻造参数优化的基础研究

通过Ti1023合金等温压缩试验,得到不同高温变形条件下真应力-应变曲线和热加工图。通过加工硬化和动态软化效应分析了变形参数对Ti1023合金应力-应变曲线形态和峰值应力的影响。结果表明:在中低温区域和大应变速率条件下,变形参数对流动应力影响较大,高温区域和小应变速率对流动应力影响较小。通过对Ti1023合金热加工图的分析,发现合金的热变形能量分配主要受应变速率的影响。热加工图中主要存在两个变形失稳区和一个临界失稳区,失稳机制主要包括局部塑性流动和绝热剪切等。Ti1023钛合金的较优锻造区间为:变形温度760~780℃、应变速率5×10~(-4)~10~(-1)s~(-1)。     

2219铝合金热变形行为的研究

以2219铝合金为研究对象,通过计算建立了该铝合金不同应变时的热加工图,得出适用于热加工工艺的参数。基于热加工理论基础,在Gleebe-1500热模拟机上对2219铝合金进行热加工压缩试验,根据动态材料学模型建立2219铝合金的热加工图。在所得热加工图基础上研究了2219铝合金在温度380~480℃、应变速率0.01~50 s-1条件下的热加工变形特性。结果表明,不同应变量条件下热加工图存在差异;在应变为0.4的条件下,热加工图存在三个失稳区,最佳变形区域的功率耗散系数η为0.31。     

基于本构方程和热加工图的喷射成形LSHR合金的热变形行为（英文）

采用Gleeble-3500热模拟试验机在温度为1020~1150℃、应变速率为0.0003~1.0 s~(-1)条件下,对喷射成形低固溶高熔点(LSHR)合金进行热压缩实验,研究其流变行为。建立其本构方程,绘制能量耗散图以及热加工图,观察基于不同能量耗散因子的微观演变和位错分布特征。结果表明,流变应力随温度的降低、应变速率增加而增大。经计算,喷射成形LSHR合金的变形激活能为1243.83 kJ/mol。当应变为0.5时,在加工图能量耗散因子η=0.36区域中微观组织呈典型的动态再结晶和低位错密度特征。基于微观组织演变和热加工图,喷射成形LSHR合金的最佳热加工参数范围为热加工温度1110~1150℃、应变速率0.01~0.3 s~(-1)。     

β-CEZ钛合金的热变形行为及加工图

使用Gleeble-3800热模拟试验机在温度为800~1000℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)、变形程度为70%的条件下对锻态β-CEZ钛合金进行热模拟试验。利用试验数据及Prasad判据绘制了真应力-真应变曲线和加工图,研究了该合金在α+β两相区和β单相区的高温变形行为、变形失稳现象和变形机制。结果表明:本实验条件下β-CEZ钛合金表现出动态回复和动态再结晶2种软化机制,在α+β两相区流动应力达到峰值后随应变的增大而缓慢下降,在β单相区流动应力达到峰值后发生不连续屈服现象快速下降一段后趋于稳定;功率耗散率η出现极大值的区域在α+β两相区为850~890℃/0.01~0.05 s~(-1),是片层α相球化的区域;在β单相区为940~980℃/0.2~0.6 s~(-1),是动态再结晶区域;流动失稳区为800~850℃/0.1~10 s~(-1),850~900℃/0.1~5 s~(-1),900~1000℃/1~10 s~(-1),失稳现象在α+β两相区表现为绝热剪切带,在β单相区表现为不均匀变形。     

316LN高温热变形行为与热加工图研究

通过Gleeble热模拟实验机在1000~1200℃,应变速率为0.01~10 s~(-1)条件下的近等温热模拟压缩实验,建立了316LN双曲正弦的流动应力预测模型及其热加工图。该流动应力预测模型考虑了实验过程中塑性变形和摩擦引起的温升,对流动应力进行了修正,考虑应变对流动应力预测模型参数的影响,获得了统一流动应力预测模型,模型预测值与实验值的相关系数为0.992,平均相对误差为4.43%;热加工图基于Prasad动态材料模型分别获得了不同应变速率、温度条件下的能量耗散率和失稳系数;分析了应变量、温度和应变速率对于能量耗散率和失稳系数的影响。结果表明:实验条件下最大能量耗散率值为0.38,且高应变速率下失稳,并通过显微组织分析对热加工图进行了验证。     

铸态TC18钛合金热变形行为研究

采用Gleeble-3800热模拟机对铸态TC18钛合金进行高温热压缩变形实验,分析该合金在变形温度1000~1150℃、应变速率0.01~10s-1和变形量为70%条件下流变应力的变化规律。确定TC18钛合金热变形激活能,建立热加工图,并通过组织观察对热加工图进行解释。综合不同应变量下的热加工图,获得了试验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数,为铸态TC18钛合金热加工工艺优化提供理论依据。     

TC18钛合金热压缩本构方程及热加工图

在温度为750～950℃、应变速率为0.01～10 s-1、变形程度为60%的条件下对TC18钛合金的高温流变应力变化规律进行热模拟实验研究。采用Arrhenius双曲正弦函数推导出TC18本构方程。以热模拟压缩实验为基础建立了真应变0.3、0.5时TC18钛合金热加工图。结果表明:TC18钛合金流变应力随着变形温度升高而降低,随着应变速率的升高而升高;在本实验条件下TC18钛合金表现出动态回复和动态再结晶两种软化机制;Arrhenius双曲正弦函数能够很好地描述TC18钛合金本构方程。热加工图结果表明:在真应变为0.3时存在3个非稳定区域,在应变为0.5时存在2个非稳定区域。结合热加工图,较佳的热加工区间在温度为830～920℃,应变速率为0.01～0.32 s-1区域内。     

基于热加工图的铸态TC18钛合金热变形特征研究（英文）

采用Gleeble-3800热模拟机对铸态TC18钛合金进行高温热压缩变形实验,分析该合金在变形温度1000~1150℃、应变速率0.01~10s~(-1)和变形量为70%条件下流变应力的变化规律。确定TC18钛合金热变形激活能,建立热加工图,并通过组织观察对热加工图进行解释。综合不同应变量下的热加工图,获得了试验参数范围内热变形过程的最佳工艺参数,为铸态TC18钛合金热加工工艺优化提供理论依据。     

TC11钛合金热变形行为及微观组织演变

研究了TC11钛合金在高温下的变形行为以及显微组织变化。结果表明，在变形过程中，合金的流动应力随着变形温度的升高以及应变速率的降低而降低；同时合金的流动应力软化程度随着应变速率的升高而增加。通过真应变为0.6的热加工图分析可知，能量耗散率最高出现在940℃,0.001 s^-1的条件下，达到0.71;塑性失稳区出现在920～930℃、0.9～10 s^-1的变形工艺参数范围。TC11钛合金在热变形过程中，应变速率的增加、变形量的增加以及变形温度的升高都有利于促进α相的动态再结晶。