Ti-6Al-4V热变形行为及利用多项耦合进行本构关系修正

采用热模拟试验机对钛合金Ti-6Al-4V进行高温压缩试验,研究其在850~1100 ℃温度下,0.001~0.1 s?1应变速率的流动应力行为。结果表明:钛合金Ti-6Al-4V具有应变速率、温度敏感性;随着温度的升高和应变速率的减小,流动应力逐渐降低,加工硬化速率与动态软化速率达到动态平衡。通过分析工艺参数对材料参数的影响,发现合金的材料参数(N、A、Q)随变形条件的变化而变化。在传统双曲正弦函数型Arrhenius方程的基础上提出一种考虑应变速率、温度和应变耦合修正的双曲正弦本构方程,并用相关系数R和平均相对误差(AARE)来评价所建立的本构模型的准确性,定量分析结果表明,修正的本构方程能够较准确地预测钛合金Ti-6Al-4V的流动应力。     

置氢Ti-6Al-4V钛合金的热压缩变形行为研究

通过热模拟压缩实验,研究了氢对Ti-6Al-4V钛合金热变形行为的影响。结果表明,置氢可以显著降低Ti-6Al-4V钛合金高温压缩时的流动应力,提高Ti-6Al-4V钛合金的热加工变形速率一个数量级以上,并且明显降低了Ti-6Al-4V钛合金的变形温度。在变形温度760℃~800℃范围内,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小;在变形温度840℃~920℃范围内,置氢量0.2wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小。同时,置氢前后Ti-6Al-4V钛合金的变形激活能计算结果表明,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金在α+β两相区的变形激活能为208.3kJ/mol,与未置氢Ti-6Al-4V钛合金相比降低了316kJ/mol。     

Dehydrogenation of Hydrogenated Ti-6Al-4V Alloy

对未置氢及置氢Ti-6Al-4V合金进行了TG/DSC试验,研究了置氢钛合金的除氢行为。结果表明,当温度超过600℃时,置氢钛合金的失重规律与未置氢钛合金具有较大的差别。当加热温度在600~900℃之间时,置氢钛合金的失重随着氢含量的增加而增加。这是由于置氢合金中的亚稳相发生了分解。不考虑合金氧化的影响,置氢钛合金的最大失重与合金中的氢含量一致。置氢钛合金的最佳除氢温度为750℃。对于不同氢含量的置氢钛合金,其除氢工艺是相同的。     

Thermomechanicai coupling simulation and experimental study in the isothermal ECAP processing of Ti-6Al-4V alloy

The thermomechanical coupling simulation of the isothermal equal channel angular pressing(ECAP)of Ti-6Al-4V alloy was conducted.The effect of processing parameters,ECAP pass number and the residual billet on the effective strain,stress and temperature distribution was investigated.Based on the coupling simulation results,it is found that the shear factor,ram speed,deformation temperature,channel intersection angle and residual billet significantly affect the ECAP deformation behaviors.Meanwhile,the experimental study of the isothermal ECAP process of Ti-6Al-4V alloy using route C,in which the repeated rotation angle around the longitudinal billet axis before reinsertion in channel intersection angle of 120°.Furthermore,a large amount of recrystallization occurs and some prior α phase grains grow in the post-ECAP process of Ti-6Al-4V alloy.The yield strength of post-ECAP Ti-6Al-4V alloy increases compared with that of as-received Ti-6Al-4V alloy.     

选区激光熔化制备Ti-6Al-4V合金的热处理工艺及力学性能

采用选区激光熔化技术(SLM)制备Ti-6Al-4V合金圆棒试样,通过不同的热处理工艺改善材料的拉伸性能,并对SLM制备的Ti-6Al-4V合金试样开展了高周疲劳性能测试。通过微观组织和疲劳试样断口分析,揭示了显微组织结构与拉伸性能的关系,以及Ti-6Al-4V合金的疲劳裂纹起始源和裂纹扩展机理。结果表明,热处理工艺对SLM成型Ti-6Al-4V合金的力学性能有显著的影响,920 ℃×1 h水冷,随后800 ℃×2 h炉冷的固溶时效热处理制度可以获得较好的综合室温拉伸性能。其室温组织为晶界上分布的α相和晶粒内部片层状分布的α+β相。SLM成型Ti-6Al-4V合金显微组织中的晶界形成与扫描路径相关,热处理过程中α相会优先在扫描分区搭接处析出。与手册锻件的疲劳寿命曲线比较,在同样的最大应力水平下,增材试样的疲劳寿命比锻件的疲劳寿命低,这种降低的趋势随着应力水平的降低而逐步增大。在400 MPa的应力水平下(R=-1),锻件的疲劳寿命已经在2×10⁷水平,增材试样的疲劳寿命依然较低,约为锻件的1%。SLM成型Ti-6Al-4V合金的应力疲劳寿命偏低,是由于试样中存在未熔合缺陷造成。扫描分区搭接处易产生未熔合缺陷,而疲劳裂纹也会沿着这些缺陷扩展。     

Thermomechanical coupling simulation and experimental study in the isothermal ECAP processing of Ti-6Al-4V alloy

The thermomechanical coupling simulation of the isothermal equal channel angular pressing(ECAP) of Ti-6Al-4V alloy was conducted.The effect of processing parameters,ECAP pass number and the residual billet on the effective strain,stress and temperature distribution was investigated.Based on the coupling simulation results,it is found that the shear factor,ram speed,deformation temperature,channel intersection angle and residual billet significantly affect the ECAP deformation behaviors.Meanwhile,the experimental study of the isothermal ECAP process of Ti-6Al-4V alloy using route C,in which the repeated rotation angle around the longitudinal billet axis before reinsertion in the die was 180°,were conducted at a deformation temperature of 750°C,a ram speed of 0.3 mm·s-1,an outer arc of curvature of 60° and a channel intersection angle of 120°.Furthermore,a large amount of recrystallization occurs and some prior α phase grains grow in the post-ECAP process of Ti-6Al-4V alloy.The yield strength of post-ECAP Ti-6Al-4V alloy increases compared with that of as-received Ti-6Al-4V alloy.     

Ti-6Al-4V合金汽轮机动叶片的热处理工艺

针对Ti-6Al-4V合金汽轮机动叶片出现的组织异常,研究了两种热处理工艺对Ti-6Al-4V合金组织与性能的影响,并对锻造加热温度对该材料显微组织的影响进行了探讨。研究结果表明,Ti-6Al-4V合金汽轮机动叶片的组织异常是由于锻造加热温度过高或加热时间过长引起的,Ti-6Al-4V合金锻后采用固溶+时效或直接时效的热处理的方案都能满足产品毛坯性能要求,且锻后直接时效性能更优异。     

石油管用Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金高温流变行为及预测模型研究

通过使用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温单轴压缩试验,研究了Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金在温度800到1100℃,应变速率0.01到10 s-1条件下的高温流变行为。结果表明,Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金的峰值应力随着变形温度的降低以及变形速率的增大而增大,软化机制在950℃以下为动态回复,在950℃以上为动态再结晶。通过使用线性回归的方法建立了Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金的Arrhenius本构模型,计算得到该合金的热激活能为720.477 kJ/mol,应变速率敏感指数为4.809。通过引入应变对材料常数α、n、A和Q的影响,建立了考虑应变的流变应力预测模型,通过对试验值和预测值的比对,相关系数达到96.9%,说明该模型具有较好的预测精度。     

氢含量对Ti-6Al-4V合金室温高速压缩性能的影响(英文)

利用电磁成形实验研究氢含量对Ti-6Al-4V合金室温高速压缩性能的影响,通过微观组织观察揭示氢致压缩性能机理。结果表明,氢对Ti6Al4V合金的高速压缩性能存在有益的影响。在电磁成形实验放电能量相同的条件下,Ti-6Al-4V合金的变形率随氢含量的增加呈先增加后降低的趋势。当Ti-6Al-4V合金置氢0.2%(质量分数)时,合金的变形率增加了47.0%。确定了有利于Ti6Al4V合金室温电磁成形时的最佳氢含量。分析了氢致压缩性能的机理。     

Ti-6Al-4V合金的轧制与组织性能

采用光学显微镜、透射电镜和拉伸试验等手段,研究了多道次两向轧制和单向轧制对不同原始状态(热轧态、水淬态和空冷态)Ti-6Al-4V合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,热轧态Ti-6Al-4V合金的组织为片状α相+β相+少量等轴α相,水淬态Ti-6Al-4V合金形成了针状马氏体组织,空冷态Ti-6Al-4V合金形成了网状组织。Ti-6Al-4V合金适宜的两向轧制温度为700 ℃,此时合金中可见颗粒状β相弥散分布在α基体上。两向轧制Ti-6Al-4V合金的抗拉强度和屈服强度从高至低顺序为:水淬态>热轧态>空冷态,且轧向强度要高于横向;相较于单向轧制,两向轧制明显降低了Ti-6Al-4V合金板材拉伸性能的各向异性,且水淬态Ti-6Al-4V合金的轧向和横向强度差异最小,700 ℃轧制Ti-6Al-4V合金的主要细化机制为位错细化。     

TC4钛合金神经网络本构模型及在有限元模拟中应用

利用Zwick/Roell Z100材料试验机,对TC4钛合金进行等温恒应变速率下的单向拉伸试验。基于获得的试验数据,采用BP神经网络技术建立了该合金的高温本构关系模型,并对其预测性能进行分析。基于ABAQUS/Explcit平台进行材料子程序二次开发,将神经网络本构模型嵌入到有限元计算中,实现了TC4钛合金高温变形的数值模拟。结果表明,神经网络本构模型预测精度很高,可以准确地描述TC4钛合金在热态下的动态力学性能。神经网络本构模型应用于有限元模拟可行且有效。     

氢对Ti-6Al-4V合金组织及超塑变形行为的影响

应用光学显微镜研究氢对Ti-6Al-4V显微组织的影响,并在温度800℃～860℃和应变速率10-3s-1的变形条件下进行超塑拉伸实验。结果表明,随着氢含量的增加,β相的比例提高,且由等轴组织转变为双态组织,随着氢含量的进一步增加,在α相中形成了氢化物;同时,适量的氢可以显著降低Ti-6Al-4V合金峰值应力,置氢0.32wt%H,其峰值流动应力降低了约55%;此外,适量置氢可以显著降低Ti-6Al-4V合金的超塑性变形温度,较原始合金最佳超塑变形温度可降低60℃～100℃,置氢0.11wt%H,在840℃获得了1190%的延伸率,较相同条件下的原始合金延伸率提高75%。文章研究结果可为超塑成形、超塑成形/扩散连接工艺及生产提供优化参考。     

Ti811和TC4合金的热盐应力腐蚀行为研究

研究了Ti811(Ti-8Al-1Mo-1V)和TC4(Ti-6Al-4V)两种钛合金对热盐应力腐蚀(HSSC)的敏感性.结果表明:Ti811合金对HSSC非常敏感,在相同条件下其热盐应力腐蚀临界应力(σHSSC)明显低于TC4合金,且低于同温度的蠕变强度,而TC4合金的σHSSC高于同温度的蠕变强度;两种合金在HSSC暴露过程中,明显遭受到盐腐蚀,腐蚀产生的氢扩散到基体中,致使合金发生脆化,从而降低合金的室温塑性.     

Laboratory for Microstructures, Shanghai University, Shanghai 200072, China

用气相充氢法研究了Ti-6Al-4V合金在初始氢气压力为0.012、0.04和0.07 MPa,温度为800、850和900℃条件下充氢过程中的氢扩散动力学。结果表明,在不同的初始氢气压力和充氢温度下,合金中的平均氢浓度随充氢时间的变化呈现指数关系,由此可见Ti-6Al-4V合金的充氢过程受氢原子的扩散所控制。通过求解扩散方程得到,氢在Ti-6Al-4V合金中的表观扩散激活能为32.80 kJ/mol,此激活能为氢在Ti-6Al-4V合金相中的扩散激活能。     

Ti-6Al-4V-xH合金室温应力-应变曲线数学模型

利用INSTRON-5569型电子万能材料试验机对不同氢含量的Ti-6Al-4V合金进行了室温拉伸试验。在对试验结果进行详细分析的基础上,系统地研究了真实应变和氢含量等参数与真实应力的数值关系,并建立了数学模型,为Ti-6Al-4V-xH合金室温成形工艺和数值模拟提供了依据。     

Ti-6Al-4V钛合金等通道转角挤压有限元模拟

对Ti-6Al-4V钛合金的等通道转角挤压过程进行三维有限元模拟,分析不同的凸模下压速度对等通道转角挤压过程的影响,并结合实际的挤压过程考虑挤压后残留在模具出口通道内的残余试样对挤压下一根试样的影响.结果表明:挤压速度的提高对应力、载荷和温升的影响很大,对应变速率很敏感的钛合金应在有效细化晶粒的前提下降低挤压速度,试验中挤压速度取0.3mm·s-1;残余试样的存在使变形更均匀,但增加了挤压下一根试样时的初始阶段的载荷.     

挤压态MB350镁合金的高温拉伸变形行为

研究了热挤压态Mg-3Al-3Zn-1Ti-0.6RE镁合金的高温拉伸变形行为和微观组织演变,分析了该合金在温度为623K-723K,应变速率为1x10-4s-1-1x10-2s-1条件下的流变应力随温度和应变速率的变化,归纳了温度、应变速率与流变应力的关系。研究结果表明：温度和应变速率是影响流变应力的主要因素,在变形过程中,流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小。在本实验条件下,该合金的变形本构方程可用双曲正弦函数 来描述,应力指数n=3.286,激活能Q=238kJ/mol,表明该合金的高温塑性变形机制主要是位错滑移和攀移。     

氢对Ti-6Al-4V合金微观组织的影响

采用累计流量法对供应态Ti-6Al-4V合金进行了固态置氢,运用OM、XRD、TEM分析等方法研究了Ti-6Al-4V合金固态置氢后的微观组织状态及演变过程。结果表明:供应态Ti-6Al-4V合金的置氢量低于0.30%(质量分数,下同)时,置氢使得Ti-6Al-4V合金中的α相减少、β相增加;置氢量达到0.30%时,置氢Ti-6Al-4V合金中有δ氢化物(TiH2相)形成;β-Ti(H)共析转变生成α-Ti和δ氢化物时主要以切变方式进行;置氢Ti-6Al-4V合金的相变温度最多下降了180°C,与Ti-6Al-4V合金在置氢过程中的相体积比变化和共析转变有密切关系。     

TI-6Al-4V钛合金电子束焊接有限元分析

采用有限元方法模拟分析了厚6 mm的Ti-6Al-4V钛合金电子束焊接过程,计算研究了瞬态温度场的分布特点、规律及特征点的温度变化历程,在准确计算焊接温度场的基础上通过热-应力顺序耦合,模拟计算了Ti-6Al-4V钛合金电子束焊接头的应力场的分布特征.结果表明:模拟计算的焊缝形貌与实际焊接试验所得基本吻合,焊接温度场整...     

Comparison of penetration performance and penetration mechanism of w-cu shaped charge liner against three kinds of target: Pure copper,carbon steel and Ti-6Al-4V alloy

In order to investigate the interaction between shaped charge jet and target, three different targets, including pure copper target, carbon steel target and Ti-6Al-4V alloy target, were penetrated by W-Cu shaped charge jet. Penetration performance and corresponding penetration mechanisms were studied. Calculated theoretical penetration depth ratio of Ti-6Al-4V alloy target, pure Cu target and carbon steel target is 10:2.8:5.7, while the practical penetration depth ratio is 10:28:21, indicating that the interaction between jet and target has a significant effect on the penetration depth. Microstructural analysis shows that the interaction between jet and Cu target is the lightest among the three kinds of targets, leading to an increased penetration depth of Cu target. The interaction between jet and Ti-6Al-4V alloy target is the severest, resulting in an increased transverse energy dissipation of jet and decreased penetration depth of Ti-6Al-4V alloy target. Given the significant interaction between jet and target, we propose a modified equation of penetration depth by adding an empirical parameter, which provides a platform to predict more accurate penetration depth.