钛合金片状组织演变机制与球化动力学研究

摘要

探索双性能或渐变功能材料的制备和结构制造技术，是提高未来发动机构件在恶劣环境下工作能力的有效途径，是许多发达国家未来发展战略的一个重要组成部分。采用可控应变锻造是获得双性能或渐变功能压气机盘的重要手段之一。其中，片状组织球化机理是可控应变锻造的技术核心。因此，研究Ti-17合金的片状组织球化机理，对于充分发挥材料的性能潜力，提高发动机的性能具有重要的理论意义和实用价值。本文采用热模拟压缩试验、光学金相、扫描电镜和透射电镜等多种手段对Ti-17合金变形过程中的片状α分解规律和球化机理进行了深入研究。主要研究内容和结果如下： 通过热模拟压缩试验，揭示了变形温度、应变速率和变形程度对Ti一17合金高温流动应力的影响规律，采用zener-Hollomon参数建立了基于双曲正弦的Ti-17合金高温变形流动应力本构关系，形式简单，拟合精度高。 发现Ti-17合金具有明显的不连续屈服现象，用传统的静态理论(即固溶原子钉扎一脱钉理论)无法进行合理解释。首次引入动态理论对Ti-17合金不连续屈服现象进行解释，认为不连续屈服现象应该与晶界突然增殖大量可动位错有关，从而使动态理论在两相钛合金中得到验证。 发现合金在较高应变速率下具有明显的流动软化特征，阐明了变形温度越低、应变速率越高，流动软化越明显的规律。揭示了温升效应、片状组织球化和片层弯折是产生流动软化的主要原因。 建立了Ti-17合金片状组织球化的动力学曲线，揭示了变形程度、变形速率、变形温度等热力学参数对球化过程的影响规律。发现变形程度对组织球化的影响最大，温度次之，变形速率最小。变形温度越高，应变速率越低，越有利于球化。Ti-17合金片状组织开始球化的临界应变量约为0.2～0.4，完全球化的临界应变量为0.9～1.4。 提出片层α相在与压缩轴平行的方向上弯曲分离，垂直方向上平直分离的α片层解体机制，成功地建立了Ti-17合金片状组织的动态球化模型。为工程生产中进行组织预测与控制，以及热变形参数的制定提供理论支持。

目录

文摘

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本文的主要创新点与贡献

第1章绪论

1.1选题背景和意义

1.2钛及钛合金的发展概况

1.2.1钛合金的分类

1.2.2 α+β型钛合金的典型微观组织

1.2.3 Ti-17合金概况

1.3钛合金中片状组织等轴化(球化)的研究现状

1.4片状组织等轴化机制概述

1.4.1 Rayleigh表面张力扰动模型

1.4.2超高碳钢珠光体球化模型

1.4.3晶界分离模型

1.4.4板条剪切球化模型

1.4.5片状结构末端物质迁移模型

1.4.6片状α2相的球化模型

1.4.7其它球化模型

1.5本文的目的和主要研究内容

第2章等温等应变速率热模拟压缩试验

2.1试验材料、方案及设备

2.2光学金相组织及形貌观察

2.3扫描电镜分析

2.4透射电镜分析

第3章流动应力分析

3.1引言

3.2流动应力

3.2.1流动应力曲线的绘制

3.2.2真应力-真应变曲线特征

3.2.3变形温度对真应力-真应变曲线的影响

3.2.4变形程度对真应力-真应变曲线的影响

3.2.5应变速率对真应力-真应变曲线的影响

3.2.6不连续屈服现象(Discontinuious Yielding)

3.2.7流动软化现象(Flow Softening)

3.3本章小结

第4章Ti-17合金流动应力本构关系模型

4.1引言

4.2高温变形流动应力方程

4.3本章小节

第5章球化动力学及球化机理

5.1引言

5.2 Ti-17合金球化动力学研究

5.2.1不同变形区显微组织的比较

5.2.2变形量对显微组织的影响

5.2.3变形温度的影响

5.2.4应变速率的影响

5.3 Ti-17合金球化机理研究

5.3.1晶界滑移机制

5.3.2弯曲分离机制

5.3.3平直分离机制

5.4本章小结

主要结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢