TC4 ELI钛合金α+β两相区热变形行为及其工艺优化

摘要

本文以较低杂质含量的超低间隙TC4 ELI钛合金作为研究对象，利用等温恒应变速率压缩实验，对其在变形温度为750~950℃，应变速率为0.001~70s-1范围内的热变形行为及微观组织演变规律进行了较深入的研究，构建了能够较准确描述TC4 ELI钛合金热力学行为的本构关系模型，并采用加工图技术对其锻造工艺参数进行优化。本文的研究结果对合理制订及优化TC4 ELI钛合金的锻造工艺参数具有一定的指导意义，研究结果如下：
　　从TC4 ELI钛合金真应力-真应变曲线分析中可知，流动应力对变形温度和应变速率具有较高的敏感性，随着变形温度的下降和应变速率的升高，流动应力逐渐下降；在变形初始阶段，合金流动应力随应变增加而迅速增大，在较小应变下流动应力到达峰值，随后合金流动应力会逐渐减小，流动应力随应变下降到一定程度后会趋于缓和。
　　通过对TC4 ELI钛合金显微组织的观察表明，在相同变形温度前提下，随着应变速率的降低，α片层转变为的等轴细晶不断增多，动态再结晶进行的较充分。应变速率降低至0.01s-1时，α片层基本消失，等轴细晶分布较均匀；在相同应变速率前提下，随着变形温度的提升，α片层球化现象越显著，越有利于动态再结晶的进行。变形温度升高到TC4 ELI钛合金相变点附近时，合金微观组织会发生相转变，并出现大量的片层组织。
　　分别使用Arrhenius本构方程、多元线性回归模型和BP人工神经网络模型三种方法建立了TC4 ELI钛合金的本构关系模型，其平均误差分别为17.51％、7.63%和1.36%，BP人工神经网络模型具有较高精度，比较适合用于TC4 ELI钛合金流动应力的预测。
　　基于材料动态模型和Prasad判据，并采用等温恒应变压缩实验数据，建立了TC4 ELI钛合金在不同应变量下的加工图。通过综合分析该合金加工图并结合微观组织的观察，得到了TC4 ELI钛合金流动失稳区的微观组织机理，研究结果表明：热变形温度范围在750~930℃，应变速率范围在0.0063~70s-1区域里出现了绝热剪切带和局部塑性失稳现象，该区域为流动失稳区，在热加工过程中应尽可能避开。
　　通过对不同应变量下的加工图进行分析及结合微观组织的验证，确定出了最佳的热变形热力参数范围是：变形温度区间为840~950℃，应变速率区间为0.001~0.01s-1；较佳的热变形热力参数范围是：变形温度区间为750~840℃，应变速率区间为0.001~0.003s-1。该区域的变形机制都是动态再结晶，为TC4 ELI钛合金较好的锻造工艺参数。

目录

第一章 绪论

1.1 钛合金简介

1.2 钛合金的热变形研究

1.3 加工图理论

1.4 本文的研究目的和内容

第二章 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2 实验设备

2.3 实验方法

2.4 金相组织观察

第三章 TC4 ELI钛合金热变形行为研究

3.1 TC4 ELI钛合金的真应力-真应变曲线分析

3.2 热变形条件对TC4 ELI钛合金流变应力的影响

3.3 热变形参数对TC4 ELI钛合金微观组织的影响

3.4 本章小结

第四章 TC4 ELI钛合金本构方程的建立

4.1基于Arrhenius本构方程的本构关系建立与验证

4.2基于多元线性回归方法的本构关系建立与验证

4.3基于BP人工神经网络方法的本构关系建立与验证

4.4本章小结

第五章 TC4 ELI钛合金加工图建立及锻造工艺优化

5.1 TC4 ELI钛合金加工图的建立

5.2 TC4 ELI钛合金加工图分析与锻造工艺优化

5.3 TC4 ELI钛合金加工图预测结果的验证

5.3 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

致谢

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