热轧温度对Ti-6AL-4V合金组织及动态力学性能的影响研究

在840℃,870℃, 900℃和930℃条件下分别对等轴Ti-6AL-4V合金进行总变形量为78%的热轧,随后对热轧Ti-6AL-4V合金的显微组织形貌、织构及动态力学性能进行研究。结果表明,(1)当热轧温度达到900℃以上时,TI-6AL-4V合金中才发生再结晶及相变,显微组织类型由等轴组织变为双态组织,α_s+β组织及再结晶等轴α晶粒的含量随热轧温度升高而增加。(2)热轧Ti-6AL-4V合金中的织构随热轧温度变化而改变,但α晶粒的<0001>方向始终平行于轧板的法向。(3)热轧Ti-6AL-4V合金的动态力学性能具有明显的各向异性,且各向异性规律随热轧温度的变化而改变。(4)随着热轧温度的升高,沿法向加载时,合金的动态流变应力不断减小,绝热剪切临界失效应变不断增大;沿轧向加载时,合金的动态流变应力基本保持不变,但临界失效应变明显降低;沿横向加载时,合金的动态力学性能在840℃到900℃的热轧温度范围内基本保持不变,但当热轧温度为930℃时,合金的动态流变应力明显升高,临界失效应变明显降低。     

Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金热变形行为及动态再结晶模型建立

热轧过程中的动态再结晶影响锆合金板材的组织、织构演化以及最终力学性能。在本研究中,利用Gleeble 3800热模拟实验研究了Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金在应变速率为0.01～10 s-1范围下,变形温度在550～700℃的动态再结晶行为。通过对实测应力-应变结果的加工硬化速率分析,确定了动态再结晶开始发生的临界应变和峰值应变。动态再结晶是通过塑性变形过程中流变应力的软化来判断的,并量化为计算的动态回复曲线和实测的应力-应变曲线之间的差异。采用计算的临界应变、峰值应变和动态再结晶体积分数对动态再结晶过程进行建模,最终利用EBSD统计所得的再结晶体积分数验证了Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金的动态再结晶模型。     

Ti6Al4V钛合金的变形组织及织构

在温度850~930°C、应变速率0.01~1 s-1的条件下,对初始组织为等轴组织的Ti6Al4V钛合金进行变形程度为70%的热压缩变形实验,研究合金的变形组织及织构。结果表明,当温度低于900°C、应变速率高于0.1 s-1时,合金的组织主要是拉长的α晶粒;而在高于900°C以及低应变速率下,则会发生动态再结晶。电子背散射衍射（EBSD）结果显示,合金在再结晶过程中亚晶界吸收位错,最终形成大角晶界。在930°C时动态再结晶已基本完成,水冷至室温时形成针状α相。与原始组织相比,合金在930°C变形时织构得到增强,低于930°C变形时织构变弱。     

置氢Ti-6Al-4V合金显微组织演变与高温变形行为

利用Gleeble高温压缩模拟实验研究置氢对Ti-6Al-4V合金微观组织和高温变形行为的影响,并探讨组织与高温塑性的关系.结果表明:适量的氢可显著降低钛合金的高温变形流变应力,Ti-6Al-4V合金氢含量为0.3%时,流变应力降低36%～60%,最小峰值应力对应的氢含量随温度的增加向低氢方向移动,并且在保持相同应力水平下,高温变形温度降低50℃;氢还可以促进钛合金热变形过程中的动态回复和动态再结晶,有利于降低变形抗力,其应力-应变曲线无明显硬化阶段;此外,由于氢引起的高温变形组织变化与在更高温度压缩时所引起的组织变化相当.     

Ti-6Al-4V合金的温轧织构演变

本研究采用取向分布函数(ODF)详细分析了具有等轴组织的Ti-6Al-4V热轧退火板在450、600和750℃下经过约45%的温轧压下量后沿层厚的宏观织构演变。结果表明采用多道次温轧的方法成功获得可改善Ti-6Al-4V合金力学性能各向异性的纤维织构ND//hkil和基面织构(0001)[2110]或(0001)[1210]。而且,轧板通体上均形成了ND//hkil纤维织构,中心层的横向织构(1210)[1010]随轧制温度而变化,表层的基面织构通过位错滑移累积剪切应变而产生,且基面织构的形成路径依赖于初始取向。     

6061铝合金热变形动态再结晶行为研究

利用Gleeble-3500试验机对6061铝合金进行单道次等温恒应变速率压缩试验,研究合金在应变速率为0.001～1s~(-1),温度为350～500℃热变形条件下的动态再结晶行为。统计试验所得流变应力曲线峰值应力数据,确定合金热变形激活能Q为307.528kJ·mol~(-1),建立合金在不同热变形条件下的流变应力方程,动态再结晶峰值和临界应变模型;依据流变应力曲线特征,计算合金在不同变形条件下的动态再结晶体积分数,据此建立动态再结晶动力学模型。分析流变应力曲线可知铸态6061铝合金在350～500℃下变形,应变速率较低时(0.01s~(-1)),合金组织更容易发生动态再结晶,应力软化现象更明显。     

Ti-46Al-2Cr-4Nb-Y合金的高温变形及加工图

采用Gleeble-1500 热压缩模拟试验机进行压缩实验,在变形温度为1 100～1 250 ℃、应变速率为10-2～ 1 s-1的范围内,研究Ti-46Al-2Cr-4Nb-Y合金的高温变形行为,并基于动态材料模型,建立Ti-46Al-2Cr-4Nb-Y合金的加工图.结果表明:Ti-46Al-2Cr-4Nb-Y合金的高温变形流变应力对温度及应变速率敏感;流变应力随应变速率的增大而增大,随温度的升高而减小;动态再结晶是导致流变软化及稳态流变的主要原因;Ti-46Al-2Cr-4Nb-Y合金的安全热加工区域为温度1 200～1 230 ℃,应变速率10-2～10-1 s-1.     

TiAl基合金动态再结晶临界模型建立

依据粉末冶金Ti-47Al-2Nb-2Cr合金热模拟压缩实验结果,研究了变形温度为950～1150 ℃、应变速率为0.001～0.1 s(-1)条件下材料的流变力学行为。采用Poliak和Jonas所提出的临界条件动力学理论,确定了该合金的动态再结晶临界应变(ε_c)和临界应力(σ_c),揭示了变形温度与应变速率对ε_c和σ_c的影响规律。结果表明,温度补偿应变速率因子Z与ε_c、σ_c、ε_p(峰值应变)和σ_p(峰值应力)间的关系可以采用指数函数形式表征。建立了该合金动态再结晶临界发生模型:ε_c=1.2×10~(-3)Z~(0.147),动态再结晶临界应变与流变应力曲线峰值应变的比值约为 0.73。根据对模型的分析表明,临界应变与 Z 参数之间呈现正相关性,即随着 Z 参数的减小(变形温度升高或应变速率降低),材料发生动态再结晶的临界应变减小,说明变形温度的升高与应变速率的下降能够促进动态再结晶行为的发生。通过对热变形后微观组织的观察,验证了所建立动态再结晶临界模型的可靠性。     

TC4钛合金的热变形行为及其影响因素

利用Gleeble1500热模拟机测试了Ti6Al4V合金在不同温度和不同应变速率下的真应力真应变曲线,观察热变形前后的组织,分析变形温度、应变速率、原始组织和热处理工艺对合金的热变形行为的作用及影响规律。结果表明,在应变速率为8.3×10-3s条件下,合金在600℃热变形时软化机制以动态回复为主,800℃至900℃热变形时软化机制以动态再结晶为主;700℃热变形时动态回复和动态再结晶可同时发生。淬火和时效可提高合金的热变形抗力。合金在600℃变形时,热变形抗力对在8.3×10-2s-8.3×100s范围变化的应变速率敏感性较差;当应变速率降至8.3×10-3s-1时,热变形抗力有较大幅度的降低。在相同的变形条件情况下,魏氏组织的流变应力高于等轴组织。     

TC16钛合金的高温塑性变形行为研究

针对TC16钛合金,进行等温恒应变速率高温压缩变形试验,研究该合金在700~950℃,应变速率为1~10s~(-1)条件下的应力-应变及组织演变,通过应力-应变曲线建立了合金的流变应力方程,并利用其应变硬化率θ与应变ε的θ-ε曲线确定其发生动态再结晶的临界应变ε_c。结果表明,当应变速率一定时,流变应力在700~850℃温度区间变形时比850~950℃变形时的递减幅度大;当合金变形量达到50%时,在较高应变速率(如6)ε=10s~(-1))下变形,可使组织中的再结晶晶粒尺寸进一步细化。     

一种新型近β钛合金Ti684动态力学性能与抗弹性能的研究

以北京理工大学自主研发的新型近β型钛合金Ti684为研究对象,以Ti-6Al-4V为参比,研究了Ti684合金的微观组织、动态力学性能以及其作为装甲材料的抗弹性能。结果表明:经900℃/15 min/WQ处理后的Ti684组织由尺寸为150μm左右的等轴β相大晶粒组成;经应变率为2600s-1的动态压缩测试后,900℃/15 min/WQ处理的Ti684较Tβ以下固溶时效处理的Ti-6Al-4V具有更高的动态强度1870 MPa和断裂失效应变0.20。具有较好动态力学性能的同时,900℃/15 min/WQ处理的Ti684在靶试抗冲击过程中产生了应力诱发马氏体,延缓了绝热剪切带的形成,表现出了比Ti-6Al-4V试样更好的抗弹性能。     

Ti-6Al-4V合金超塑性变形及微观组织演变

通过高温拉伸试验研究了Ti-6Al-4V合金的高温变形力学行为和超塑性,并对试样断口附近的组织进行了观察。结果表明,随着变形温度的升高或初始应变速率的降低,Ti-6Al-4V合金的流动应力明显减小;Ti-6Al-4V合金的最佳超塑性变形工艺参数为880℃/0.001s-1,最大延伸率为689%,峰值应力仅为30.03MPa;在超塑性拉伸过程中,试样变形区发生明显的动态再结晶,使片层状的α相晶粒破碎、细化和等轴化,促进超塑性的增加;随着变形温度的提高、变形量增大和变形时间的加长,再结晶α相发生了聚集长大,从而使显微组织明显粗化。对于双态组织的两相钛合金,最佳超塑性变形温度应低于或等于片层状α→β转变的终了温度。     

加工硬化率法研究Ti-10V-2Al-3Fe合金β区变形动态再结晶的临界条件

采用Thermecmaster-Z型热/力模拟试验机在变形温度为825～1125℃,应变速率为0.001～1 s~(-1)条件下对Ti-10V-2Al-3Fe合金进行热模拟压缩实验,分析了热变形参数对其流变行为的影响,并通过加工硬化率方法研究了该合金的动态再结晶临界条件。结果表明:合金的流变应力随变形温度的降低或应变速率的提高而增大;通过lnθ～ε曲线出现拐点及dlnθ/dε～ε曲线出现最小值判据,确定了该合金的动态再结晶临界应变;动态再结晶临界应变随应变速率的增大及变形温度的降低而增加;Z参数方程能较好地反映合金动态再结晶临界应变与热变形条件间的关系,动态再结晶临界应变与Z参数间的关系可表示为ε_c=2.6735×10~(-2)Z~(0.0817);临界应变与峰值应变之间存在线性关系,即ε_c=0.508ε_p。     

电子束冷床熔铸TC4合金的多道次热变形行为

利用Gleeble-3500热模拟试验机,对电子束冷床熔铸制备的Ti-6Al-4V(TC4)钛合金在变形温度为850～1000℃、应变速率为0.01～1 s~(-1)和总变形量为50%条件下进行多道次热压缩模拟实验,研究铸态合金的多道次压缩热变形行为及微观组织演变规律。结果表明:合金的流变应力随变形温度的升高和应变速率的降低均呈降低趋势;不同变形温度下随应变速率的降低,合金的软化率逐渐升高,且变形温度越高,各道次间软化率趋于稳定;在变形温度950～1000℃、应变速率0.01～0.1 s~(-1)范围内合金的组织均得到不同程度的细化和均匀化,并发生动态回复与再结晶现象,此变形参数下合金的热加工性能稳定,可为电子束冷床熔铸TC4合金的铸态直接多道次热轧成形提供指导。     

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。     

热扭转变形Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr合金的组织性能和织构演变

利用Gleeble-3500D热模拟试验机扭转单元,对Mg-13Gd-4Y-2Zn-0.5Zr新型高强镁合金进行应变速率为0.01 s~(-1)、变形温度为350~480℃条件下的热扭转试验,以研究其在不同温度下的组织性能变化。通过光学显微镜和电子背散射衍射对其织构的演变进行了研究。结果表明:经热扭转变形后,合金因发生动态再结晶而组织细化,流变应力、峰值应力与温度呈负相关。加工硬化率曲线上的两个拐点依次对应变形组织的小角度晶界和大角度晶界。400℃时,合金组织变化表现为连续动态再结晶机制;450℃时,表现为不连续动态再结晶机制。400℃时小角度晶界取向明显高于450℃;450℃时的基面偏转角度大于400℃时,且基面织构弱化。     

涡轮盘用GH4742合金动态再结晶行为

采用单道次等温压缩实验获得了GH4742合金在变形温度为980～1100℃,应变速率为0.005～5s~(-1)条件下的应力-应变曲线。以实验数据为基础,运用KM模型、Poliak-Jonas准则、Avrami模型较为系统地描述了该合金动态再结晶过程的流变应力、临界应变量、组织演化动力学等特征。并在Prasad功率耗散率模型的基础上,将动态再结晶组织转变体积分数引入其中,获得了动态再结晶过程的能量变化规律,借助微观组织表征技术,揭示了该合金动态再结晶机理。研究结果表明:GH4742合金随着变形温度的升高和应变速率的降低,动态再结晶临界应变量减小,组织转变体积分数增加。发生完全动态再结晶时的功率耗散率大于0.44,形成机制为位错诱导的连续动态再结晶。     

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。     

不同原始组织TC6钛合金高温变形微结构演化及其力学性能

采用gleeble-1500热模拟试验机和Hopkinson压杆,对具有4种典型组织的TC6钛合金分别进行了高温准静态压缩和室温动态压缩试验,结合TEM观察,研究了不同原始组织的TC6钛合金高温变形微结构演化及其力学性能。结果表明:具有4种典型组织的TC6钛合金高温变形时随温度升高微结构的演化可分为等轴型组织演化和网篮型组织演化,前者演化过程为:等轴α相的拉长变形—动态再结晶—动态再结晶晶粒长大—α/β相变;后者演化过程为:板条状α相弯曲变形—板条状α相断裂—动态再结晶—动态再结晶晶粒长大—α/β相变,板条状α相变成短棒状。位错活动及动态再结晶是控制4种组织的TC6合金在高温变形过程中组织演化和力学性能的重要因素;网篮组织晶界众多,位错运动障碍较多,在高温下具有较其余3种组织更高的流变应力;等轴组织α相晶粒较大,位错运动障碍较少,其流变应力在4种组织中最低;双态组织、固溶时效组织的流变应力介于等轴组织与网篮组织之间。4种组织的TC6钛合金的室温动态力学性能均对应变率较敏感。4种组织的TC6钛合金在室温及应变率为2500～4000s-1动态压缩条件下,塑性由大到小依次为:等轴组织、双态组织、固溶时效组织和网篮组织,流变应力由大到小依次为:固溶时效组织、双态组织、网篮组织和等轴组织。     

初始组织对Ti-6Al-4V合金高温变形机制影响研究

研究了两种不同初始组织(魏氏组织、马氏体组织)Ti-6Al-4V合金在温度区间为700~750℃,应变速率为10~(-3)~1s~(-1)之间的高温变形行为。结果表明:初始组织对Ti-6Al-4V合金高温变形行为有着重要影响,初始魏氏组织Ti-6Al-4V合金主要发生了绝热剪切变形,在试样内部形成了绝热剪切带,绝热剪切带的密度随着温度上升和应变速率下降而减小;α′马氏体组织Ti-6Al-4V合金主要发生了稳态变形,在试样内形成了晶粒尺寸在亚微米级甚至纳米级的超细晶组织,晶粒尺寸和组织均匀性随着温度升高和应变速率减小而增大。α′马氏体组织的晶粒细化机制主要是连续动态再结晶,α′/α+β相变过程为再结晶的发生提供了重要的驱动力。