Ti600高温钛合金的热变形行为及加工图研究

摘要

本文采用热模拟机热压缩试验，结合金相观察和TEM分析，对Ti600合金的高温热变形行为、显微组织演变及高温变形软化机制进行了研究。并根据耗散结构理论，基于动态材料模型建立了Ti600合金的热加工图，分析了其高温变形特性。主要结论如下： (1) 揭示了变形条件对Ti600合金的高温流变应力的影响规律。发现Ti600是一种对温度和应变速率比较敏感的合金，其流变应力曲线具有应力峰值和流变软化特性，变形温度越低，这种软化效果越明显。在相变温度以上高应变速率(10s<'-1>)变形条件下，发生了不连续屈服现象。该现象无法用传统的固溶原子钉扎一脱钉理论合理解释，应与晶界突然增殖大量可动位错有关。 (2) 揭示了变形条件对显微组织演变的影响。发现在相变点以下变形，主要发生片层组织球化。变形温度越高，片层组织球化越快，组织越均匀；变形速率越大片层α弯曲、扭折趋势越明显，变形越不均匀。在相变点上变形，高温使得显微组织晶粒粗大。 (3) 首次建立了用 Z 参数表征的Ti600合金的稳态流变应力双曲正弦本构方程，获得了热变形激活能和相关的材料参数。通过对本构方程进行实验验证，得到较好的回归效果。 (4) 研究了Ti600合金高温软化机制，发现在相变点以上变形，软化机制以动态回复为主：在相变点以下变形，主要以动态再结晶为主，表现为片层α的球化，球化的主要机制是晶界分离。 (5) 根据热加工图理论，以动态材料模型为基础首次建立了Ti600合金的热加工图，结果表明：在功率耗散效率最大值处(温度为860～930℃，应变速率为0.001～0.03s<'-1>)，有超塑性趋势，其塑性可达130﹪。在温度800～950℃，应变速率0.003～0.03S<'-1>，发生片层组织球化，此区域对应的功率耗散效率为30﹪～45﹪左右。在温度800～930℃，应变速率为0.03～10s<'-1>区域内产生流变失稳现象，形成绝热剪切带，进而发生开裂，在制定热加工工艺时应该避免流变失稳区域。

目录

文摘

英文文摘

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本文的主要创新点与贡献

第1章文献综述

1.1引言

1.2高温钛合金的发展与应用

1.2.1国外高温钛合金的发展与应用

1.2.2国内高温钛合金的发展与应用

1.3 600℃高温钛合金的特点

1.3.1近α型钛合金

1.3.2合金化设计特点

1.3.3显微组织特点

1.4 Ti600合金概况

1.4.1室温力学性能

1.4.2高温力学性能

1.4.3焊接性能

1.4.4 Ti600合金典型的显微组织

1.5钛合金的热加工图研究进展

1.5.1热加工图的应用

1.5.2几种典型的钛合金加工图

1.6本文研究的目的和意义

1.7本文研究的主要内容及技术路线

第2章实验材料与方法

2.1实验材料

2.2高温热压缩试验

2.2.1实验设备及原理

2.2.2实验参数制定

2.3显微组织观察

第3章Ti600合金热变形流变应力行为研究

3.1前言

3.2材料的本构方程

3.3 Ti600合金真应力-应变曲线特征

3.4热变形参数对流变应力的影响

3.4.1应变速率对流变应力的影响

3.4.2变形温度对流变应力的影响

3.5材料常数及本构方程

3.6热变形激活能

3.7本章小结

第4章Ti600合金热变形显微组织演变及软化机制

4.1前言

4.2变形条件对Ti600合金的热变形组织的影响

4.2.1变形不均匀性对显微组织的影响

4.2.2应变速率对显微组织的影响

4.2.3变形温度对显微组织的影响

4.3 Ti600合金的热变形软化机制

4.3.1 β相区的软化机制

4.3.2(α+β)两相区的软化机制

4.4本章小结

第5章Ti600合金的热加工图研究

5.1前言

5.2材料热变形模型

5.3基于动态材料学模型的热加工图理论

5.4 Ti600合金的热加工图绘制

5.5功率耗散效率分析

5.6安全区域分析

5.6.1片层组织球化

5.6.2超塑性分析

5.7损伤失稳分析

5.7.1绝热剪切带及局部塑性流动

5.7.2开裂分析

5.8本章小结

第6章结论

参考文献

攻读学位期间取得的主要成果

致谢