不同原始组织Ti80合金热变形行为及组织演变规律研究

通过热模拟压缩试验,研究了等轴组织和魏氏组织Ti80合金在温度850～1000℃、应变速率0.01～10 s~(-1)、变形量20%～60%条件下的热变形行为及组织演变。结果表明:Ti80合金为温度敏感型和应变速率敏感型材料,两相区变形时软化机制以动态再结晶为主,单相区变形时以动态回复为主。低应变速率条件下(0.01 s~(-1)),等轴组织的流变应力峰值高于魏氏组织,高应变速率条件下(1～10 s~(-1))则相反。相同变形参数下,原始组织类型对合金显微组织演变有显著影响。在β相变点以下,随着变形温度升高,等轴组织基体中初生α相减少,次生片状α相破碎形成不规则小颗粒;魏氏组织晶界α相完全破碎,β晶粒内部大部分片状α相破碎形成等轴颗粒,只保留少量不同位向集束状α相。随着变形量增大,等轴组织中α相再结晶晶粒尺寸增大明显,魏氏组织中集束片状α相逐渐被破碎,形成细小的短条状和等轴再结晶α晶粒。     

热处理消除铸态TiAl基合金组织中的β(B2)相

利用光学显微镜和扫描电镜,研究热处理对铸态Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B-0.1Y合金及其在1 200℃锻造后的组织中β(B2)相偏析的影响。结果表明:在α+γ两相区保温适当时间,可减少铸态合金组织中的β(B2)相偏析,经1 250℃/6 h+AC(air cooling)热处理后,晶界处和片层内的β(B2)相偏析明显减少,但不能消除β(B2)相;经过热变形后,β(B2)相发生变形甚至被破碎,有利于β(B2)相在随后的热处理中消除;热处理后,合金中β(B2)相的含量与变形中的动态再结晶密切相关,高应变速率下β(B2)相动态再结晶不完全,在随后的热处理过程中,由于变形储能的作用更易消除β(B2)相。     

Ti-10V-2Fe-3Al合金热工艺的研究

利用Gleeble-1500热模拟试验机以压缩变形方式研究了Ti-10V-2Fe-3A1合金热变形行为，并研究了经不同变形参数变形后两种热处理制度下微观组织的变化。研究结果表明，合金在B相变点以上或以下的变形时，变形速率和变形温度对合金的流变应力影响不同。在相变点以下变形时，相同应变下变形温度的选择并没有明显影响合金最终的微观组织，合金在变形过程中没有发生动态再结晶。具相同应变时，较高的应变速率比较低的应变速率更容易破碎合金中的初生α相。经过变形和热处理后，同一温度变形的合金在低应变速率下变形时比较高应变速率有较大的晶粒(相变点及以上)和较长的α相(相变点以下)。     

TC11钛合金等轴组织热变形行为与组织演变

采用等温恒应变速率压缩试验研究了TC11钛合金等轴组织两相区980～800℃,应变速率O.001～O.1 s-1,变形程度50%条件下的变形行为,分析了变形参数对应力-应变曲线、微观组织演变机制和规律的影响,建立了该合金两相区变形的热加工图,并采用EBSD技术测试了热变形组织的晶界特征.结果表明:(1)980℃变形,β相是主要变形相,O.001～O.1 s-1之间的功率耗散效率值在动态回复和再结晶范围内;α相经历了变形促进下的溶解(高应变速率)和聚集粗化(低应变速率)的过程,即α晶粒尺寸和相含量随着应变速率的加快明显减小.(2)950～900℃变形,O.001～O.01 s-1之间的功率耗散效率值在超塑性变形范围内;变形主要是软基体的β相和界面的变形行为;变形过程中,α晶粒尺寸和相含量基本不变.(3)850～800℃变形,α相是主要变形相,发生了连续动态再结晶过程;β相起晶界协调变形的作用.     

新型Ti5321合金片层组织的热变形行为

为研究具有原始粗片层组织的Ti5321合金热压缩变形过程中流变应力、显微组织等随变形条件的变化,在Gleeble-2800型热模拟试验机上进行高温热压缩试验,试验温度为790～850℃,应变速率为0. 01～1 s~(-1),变形量为30%～70%。结果表明:Ti5321合金的软化机制与片层组织球化和动态再结晶有关,变形量和变形温度是影响合金片层组织球化及β再结晶的主要因素。同一变形温度和应变速率下,随着变形量的增大.会出现片层α相球化及β相再结晶现象。当应变速率和变形量相同时,低温变形主要发生的是片层α相球化行为,高温变形发生的是β相的再结晶。     

初始组织特征对Ti-55511近β钛合金热塑性变形行为的影响

在Gleeble—3500热模拟试验机上对初始组织分别为纯β、等轴α、粗针状α和细针状α的Ti-55511合金进行热压缩,研究合金在700~800℃变形温度、10-3~10-1 s-1应变速率下的塑性流变行为,以及初始组织特征对合金热塑性变形行为的影响。结果表明,不同初始组织合金的流变应力均随应变速率增大和变形温度降低而增大;合金变形难度大小顺序为纯β合金粗针状α合金细针状α合金等轴α合金;合金热加工图失稳区主要在低变形温度和高应变速率区,且随着应变量的增加等轴α合金的失稳区面积逐渐减小,而其他三种组织合金的失稳区面积则呈先增大后减小的趋势。合金变形行为的差异与变形过程中β→α相变、针状α相的塑性失稳、α相破碎/球化程度、剪切变形和局部塑性流动等微观组织演变相关。     

一种含铁Ni_3Al基合金的热变形行为

采用Gleeble-1500D热模拟试验机对一种含铁Ni3Al基合金进行了高温压缩试验,试验温度为1 050~1 150℃,应变速率为0.1~1.0s-1,工程应变量为50%。获得了不同变形条件下的真应力-真应变曲线,并分析了合金微观组织的变化。结果表明:合金的流变应力随着变形程度的增加先达到峰值应力,之后逐渐降低,趋于稳态流变。提高变形温度及减小应变速率能有效促进动态再结晶过程。在变形温度1 100℃以上,工程应变为50%时,能够获得完全再结晶的锻态组织。基体中的γ′相粒子对合金动态再结晶有抑制作用,β相的存在促进了相界处动态再结晶形核但抑制了完全动态再结晶晶粒的长大。高温下β相的软化效应和γ′相的回溶转变都有效提高了Ni3Al基合金热加工性能。     

TC17钛合金热流变行为及组织演变机制研究

利用热模拟机对TC17钛合金进行等温压缩试验,变形温度范围为770～950℃,应变速率范围为1×10~(-2)～1×10~1 s~(-1),研究具有片状初始α相组织的TC17合金在α+β两相区和β单相区热变形行为。结果表明,TC17合金有两种不同的流变软化现象,在α+β两相区,高应变速率以及低应变速率下变形时均出现持续软化行为;在β单相区,流变应力达到峰值后迅速降低到一个稳定值,在高应变速率下表现出明显的不连续屈服现象,随后出现振荡,而在低应变速率下真应变对流变应力的影响很小,表现出稳定的流变行为;用Arrhenius正弦方程构建流变应力与变形温度、应变速率的关系,发现α+β两相区的形变激活能随应变的增加从670.1 kJ·mol~(-1)下降到370.1 kJ·mol~(-1),在β单相区,随着应变的增加,形变激活能从301.4 kJ·mol~(-1)下降到239.3 kJ·mol~(-1);TC17合金在α+β两相区的变形机制都是动态再结晶(球化),在β单相区变形时,高应变速率下的主要变形机制是动态回复,而低应变速率下为β相动态再结晶。     

TC18合金热压缩变形行为研究

本文利用热压缩法研究了TC18合金的热变形行为,并计算了合金在α+β两相区和β单相区变形激活能,得到了相应的流变应力本构方程。研究结果表明,TC18钛合金在α+β双相区变形时,在较低温度和较高应变速率条件下流变曲线呈现典型的单一峰值的再结晶,并且随变形温度的提高,出现多峰值的再结晶的特征;TC18钛合金在β单相区变形时,流变曲线出现了较长的平缓阶段,而后在较大应变时出现了标志再结晶的峰值应力;经计算得到TC18钛合金β单相区的变形激活能为260.84kJ/mol,α+β双相区的应变激活能336.356kJ/mol。经过拟合得到了TC18钛合金在α+β双相区和β单相区变形的流变应力本构方程。     

变形温度对TC11合金低应变速率下的变形行为及组织的影响

采用THERMECMASTOR-Z热模拟试验机研究了TC11钛合金在变形温度780～1080℃,应变速率0.001～1 s-1范围的热变形行为,并采用金相显微镜研究了变形温度对TC11钛合金组织的影响,主要研究结果如下:变形温度对TC11钛合金的流动应力有显著影响,在较高温度或较低应变速率时,变形呈稳态流动特征;在较低温度或较高应变速率时,变形呈流变软化特征.在β单相区,当应变速率为1 s-1时,组织主要为拉长的β晶粒和少量的动态再结晶晶粒;当应变速率为O.01～0.1 s-1时,变形机制主要为动态再结晶;当应变速率在0.001 s-1附近时,变形机制为动态回复.在(α+β)两相区,变形温度870～960℃,应变速率0.001 s-1附近时,变形机制为超塑性.     

TC21合金的高温变形行为及其组织演变

通过Gleeble压缩试验,系统地研究了TC21合金在α+β两相区、β单相区的热变形行为及其组织演变.对流动应力的分析表明,峰值应力与变形温度和应变速率间符合双曲正弦形式的Arrhenius本构关系.变形死区的组织观察表明,随着变形温度的升高,合金中细小α相首先转变为β相;进入单相区后,取向相近的β晶粒间相互合并而迅速长大.应变速率对微观组织的形貌和尺寸有一定影响,在低应变速率时等轴α相的形貌并没有明显变化,变形以β相为主;随着应变速率的升高,α相沿轴向方向被压扁,β相呈现纷乱不均的分布;进入单相区后,粗大的β晶粒被压扁,并在晶界处生成新的等轴β晶粒.     

热变形参数对钛合金两相区流变行为的影响

以热轧态Ti80合金作为基材,在Gleeble-3500热模拟测试机上进行高温压缩测试,变形温度为800～1000℃,应变速率为0.01～10 s-1,总变形比例为75％.结果 表明:Ti80钛合金在800～950℃时处于α+β两相区,其流变行为受变形温度和应变速率的显著影响.Ti80钛合金的加工硬化主要来自于初始α相中位错密度的提高,变形温度的提高会导致α相的减少,流变峰值应力不断降低,过高的应变速率会导致α相内位错运动受阻.Ti80钛合金中的初始α相更容易发生动态回复和动态再结晶,随着变形温度的提高,初始α相不断减少,动态软化程度逐渐减小直至接近0.为保证钛管热轧的稳定性,应适当提高变形温度,保证Ti80钛合金热变形组织具有较高的β相体积分数,同时避免应变速率过高造成轧制载荷过大.     

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.      

应变对两相区固溶处理Ti-55531合金室温压缩变形机制的影响

使用Gleeble3800热模拟试验机和6.3MN锻造模拟试验机对两相区固溶处理Ti-55531合金进行室温压缩变形实验,运用SEM、XRD和TEM分析变形组织,研究应变对两相区固溶处理Ti-55531合金室温压缩变形机制的影响。结果表明,两相区固溶处理Ti-55531合金组织由初生α_p相和残余β_r相组成,α_p相的硬度低于β_r相;当室温压缩工程应变量为8%～10%时,合金位错主要集中于α_p相中;随着应变的增加,α_p相中的位错密度增大,当工程应变量增大到20%时,大量位错在α_p相与β_r相的相界面处聚集,α_p相内形成严重的位错塞积和位错缠结,β_r相中滑移系开动的数量也逐渐增多;当工程应变量增大到30%时,β_r相中也出现了位错塞积和位错缠结;应变量继续增大,当工程应变量增大到60%时,等轴的初生α_p相沿变形方向被拉长,同时α_p相和β_r相中均出现大量位错胞。     

新型γ-TiAl合金板材显微组织与拉伸性能研究

主要研究了新型γ-TiAl合金板材轧制前后的显微组织变化与轧后的拉伸性能。结果表明,轧制前的锻态组织主要为γ相和α2相以及一定数量的B2/β相;轧制后的合金组织中粗大片层减少,再结晶等轴γ晶粒增加,且片层晶团沿轧制方向被拉长,其破碎程度与轧制量有关;B2/β相数量明显减少,这与高温轧制有关。经过(γ+α2)相区三次循环热处理后,合金片层增加,间距缩小,组织得到明显细化。板材的高温拉伸塑性较高,高温拉伸断口主要为沿层、穿层及穿晶断裂的混合断口。     

β相稳定元素对TiAl合金高温变形行为的影响

利用Gleeble-1500D热模拟试验机研究了Ti-44Al、Ti-44Al-6Nb和Ti-44Al-6Nb-1Cr-2V合金在1 100～1 250℃和0. 01 s-1条件下的热变形行为。研究结果表明,添加β相稳定元素可降低TiAl合金的流变应力,在相同变形条件下Ti-44Al-6Nb-1Cr-2V合金具有更低的峰值应力。高温变形时,TiAl合金主要发生片层弯曲和拉长协调变形,以及片层团晶界处动态再结晶和B2相协调变形。动态再结晶程度随着变形温度的升高以及β相稳定元素含量的提高而增加,B2相协调变形和促进动态再结晶是TiAl合金的主要软化方式。添加β相稳定元素和控制B2相含量能有效改善TiAl合金热加工性能。     

高氧TC4钛合金β相区变形行为研究

采用Gleeble-3800热模拟压缩试验机研究了高氧TC4钛合金在温度为990～1 030℃、应变速率为0. 01～1. 0 s~(-1)、变形量为60%时的变形行为及微观组织特征,并构建了该合金的本构方程。结果表明,高氧TC4钛合金在β单相区变形时随着应变速率的增加和变形温度的降低,其流动应力显著增加,该合金在β相区的变形激活能为141 kJ/mol。在990～1 030℃加热温度下,原始β晶粒尺寸在250～255μm范围内,晶粒尺寸对温度不敏感。随着应变速率的增大,原始β晶粒沿着垂直于压缩轴方向被拉长,在被拉长的原始β晶界上可观察到β再结晶晶粒。     

IN718Plus高温合金的动态再结晶行为及模型研究

采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行了单轴等温压缩实验,研究了IN718Plus镍基高温合金在变形温度1020～1140℃,应变速率0.001～1.000 s~(-1),变形量50%条件下的动态再结晶(DRX)行为,并建立了相关模型。研究结果表明:IN718Plus高温合金的动态再结晶行为对变形温度和应变速率敏感,动态再结晶晶粒尺寸及动态再结晶晶粒体积比随着变形温度的升高而增大,随着应变速率的加快而减小。在变形过程中,原始晶粒垂直于变形方向被拉长,细小的DRX晶核以晶界弓出的形式在原始晶粒边界处形核,并通过消耗原始变形晶粒的方式逐渐长大。当变形温度较低,应变速率较快时,动态再结晶程度不高,容易在合金变形组织产生典型的项链组织,且因此导致混晶现象严重。此外,以η相的溶解温度为界构建IN718Plus合金的动态再结晶临界应变模型、动力学模型以及晶粒尺寸模型, 3种模型精确度较高,能够较为准确的预测和表征该镍基高温合金的动态再结晶行为。     

FGH4102粉末高温合金等温热模拟压缩试验及动态再结晶组织研究

本文研究了新型第四代粉末高温合金FGH4102在等温热模拟压缩过程中的组织演变,对γ′相在动态再结晶过程中的作用进行了探讨。结果表明,热等静压态合金在1060~1120℃温度范围变形时,热加工性能较好。1140℃变形后试样容易发生开裂,合金热加工性能较差。合金在γ+γ′两相区变形时均发生了不同程度的动态再结晶,再结晶晶粒尺寸远小于热等静压态的晶粒尺寸。变形过程中,尺寸较大的γ′相起到促进动态再结晶的作用。变形参数对动态再结晶的影响非常显著。低温高应变速率变形时,γ′相促进动态再结晶形核占主导地位,再结晶晶粒比较细小;高温低应变速率变形时,晶粒长大逐渐占据主导地位,再结晶晶粒尺寸较大。     

TC4-DT钛合金热变形机制及加工图

用Gleeble-1500型热模拟机研究TC4-DT钛合金在850~1 100℃、应变速率0.001~10 s-1、变形量70%条件下的高温压缩热变形行为,分析了该合金的流变应力行为以及显微组织演变规律,建立了该合金的本构关系模型以及热加工图。研究结果表明,TC4-DT钛合金在两相区和β相区的热变形激活能分别为544.03 k J·mol-1和264.32 k J·mol-1,分别大于纯α相和纯β相的自扩散激活能,表明TC4-DT钛合金热变形由高温扩散以外的过程控制。在两相区热变形时,原始组织发生了不同程度的球化,且变形温度越低球化效果越好。在β相区热变形时,低应变速率下(0.001~0.1 s-1)主要发生动态再结晶,而高应变速率(1~10 s-1)下主要发生动态回复,动态再结晶行为受到抑制。TC4-DT钛合金的失稳区主要分布在低温高应变速率区域,变形温度主要在850~940℃,应变速率主要在0.1~10 s-1,功率耗散率η值小于28%。