Ti-55531高强韧钛合金组织性能及热变形行为研究

摘要

钛及钛合金拥有比重小、强度高、耐蚀性强等特点，在航空航天、兵器、生物、石油等领域拥有广泛的应用前景及应用价值。Ti-55531合金是俄罗斯VSMPO公司与欧洲空客公司以 BT-22为基础研制的一种亚稳β钛合金，名义成分为Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-1Zr。该合金拥有对偏析不敏感、高强、高韧、加工窗口宽、淬透性好等优异的综合性能，适用于制造承受大应力的结构件，为当前国际最新型的高强韧钛合金之一。 本文选取Ti-55531合金为研究对象，系统研究了不同热处理制度下显微组织对合金强化机制及力学性能的影响。同时热压缩实验对合金的高温变形行为进行研究。通过实验所得的真应力真应变曲线对材料的力学特性进行研究并归纳出本构关系以及热加工图，为合金变形参数的优化提供参考，并对合金高温状态下的组织与性能的关系进行分析。 对于不同组织的Ti-55531合金来讲，双态组织合金随着固溶温度的上升，合金的强度提高、塑性降低；片层组织合金随固溶温度的上升，合金强度和塑性都下降。全β组织合金强度较低，塑性较好。断裂方面双态组织Ti-55531合金的断裂方式均为穿晶解理、微孔聚集的混合断裂机制；片层组织Ti-55531合金的断裂方式均为穿晶解理、微孔聚集型和沿晶开裂的混合断裂机制。双态组织合金在断裂韧性断口纤维区的断裂模式为解理断裂；剪切唇区的断裂模式为微孔聚集、穿晶解理、沿晶开裂与准解理的混合断裂模式，以微孔聚集型断裂为主。合金的韧性较好，没有出现瞬断区。 对不同组织进行的热压缩试验表明了等轴组织或双态组织的Ti-55531合金的流变应力曲线均为稳态流动型曲线，即在应变较低时，应力随着应变的增加而增加，当到达一个峰值后应力随着应变的增加而降低，最终趋于稳定。根据Arrhenius方程推导出等轴与双态组织合金的本构方程并绘制出热加工图，分析合金的最佳变形参数。等轴与双态组织合金在失稳区压缩后合金中心部分均有明亮的绝热剪切带，双态组织压缩后产生的绝热剪切带较等轴组织更宽；在稳定区压缩后均发生动态再结晶现象，温度越高，应变速率越低合金再结晶越完全。与双态组织相比，等轴组织合金的再结晶程度更高。两种组织状态的合金高温下变形机制主要以位错迁移机制为主，与双态合金相比，等轴组织合金的热加工性能更好。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 钛

1.3 钛合金及其分类

1.4β型钛合金研究现状

1.5 Ti-55531合金研究现状

1.6 热变形本构方程

1.7 热加工图理论

1.8 课题主要研究内容及研究目标

2 实验材料及方法

2.1 实验材料

2.2 Ti-55531合金相变点的测量

2.3 热处理方案

2.4 热模拟压缩试验

2.5 试验分析方法及原理

3 Ti-55531合金组织对性能的影响

3.1 引言

3.2 原始Ti-55531合金的组织与性能

3.3 热处理制度对Ti-55531合金微观组织的影响

3.4 拉伸断口分析

3.5 显微组织对Ti-55531合金力学性能的影响

3.6 断裂韧性分析

3.7本章小结

4 Ti-55531合金热变形行为

4.1 引言

4.2变形参数对流变应力曲线的影响

4.3 等轴Ti-55531合金本构方程

4.4 等轴Ti-55531合金热加工图

4.5 双态Ti-55531合金本构方程

4.6 双态Ti-55531合金热加工图

4.7 Ti-55531合金热加工图分析

4.8 Ti-55531合金热压缩组织分析

4.9 显微组织对Ti-55531合金高温变形行为的影响

4.10 本章小结

5 结论

参考文献

附录 硕士研究生学习阶段发表论文

致谢