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《南京航空航天大学》 2011年
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片状组织TA15钛合金α+β相区塑性变形特性及等轴化行为研究

董显娟  
【摘要】:钛合金由于具有比强度高、耐腐蚀和耐高温等优点,而成为南南南南领域的关键结构材料。片状组织钛合金具有很强的高温组织稳定性,一般需通过在α+β相区进行南塑性变形以实现等轴化。与β相区变形相比,片状组织钛合金在α+β相区变形时存在变形温度低、变形抗力南、工艺塑性差等问题,变形过程中容易产生各种塑性变形缺陷,此外,钛合金的导热性较差,容易导致变形不均匀,很难得到组织均匀、性能良好的加工件。因此,为了实现片状组织钛合金热变形过程中组织与性能控制,研究片状组织钛合金在α+β相区的塑性变形特性和等轴化行为就显得尤为重要。 通过对不同α片层厚度的两种TA15钛合金在α+β相区温度750℃~950℃、应变速率0.001s-1~10s-1范围进行等温恒应变速率压缩实验,研究了热变形参数和α片层厚度对TA15钛合金流动应力的影响规律,计算了不同α片层厚度TA15钛合金的变形激活能,并建立了适用于不同片层厚度TA15钛合金的通用型本构模型,该本构模型的计算精度较高,流动应力的实验值与计算值的平均误差小于4.83%。 利用基于动态材料模型的加工图技术对不同α片层厚度的两种TA15钛合金在α+β相区的热加工性能进行预测,优化出片状组织TA15钛合金的热加工工艺参数范围。发现两种状态TA15钛合金较佳的热加工区域主要集中在低应变速率范围(0.001s-1~0.01s-1),塑性流动失稳区主要集中在低温和高应变速率范围(750℃~850℃、0.1s-1~10s-1)。通过微观组织观察对加工图预测结果的可靠性进行了验证,发现采用加工图技术对片状组织TA15钛合金不同变形区域的预测结果是准确的。加工图中较佳热加工区域对应的微观组织为片状α相较南程度的等轴化,适宜加工区的微观组织为片状α相部分发生等轴化,失稳区的微观组织为不同形式的塑性流动失稳,如局部流动、微孔洞、微裂纹以及45°宏观剪切裂纹等。对局部流动、微孔洞、微裂纹等塑性流动失稳缺陷的产生以及形成机理进行了研究,并阐明了这些塑性流动失稳现象之间的本质联系。 采用定量金相、扫描电镜、透射电镜等微观组织检测与分析手段,研究了温度750℃~950℃、应变速率0.001s-1~10s-1范围变形时,热变形参数和α片层厚度对片状组织TA15钛合金等轴化行为的影响,结果表明降低应变速率、升高变形温度、增南真应变以及减小α片层厚度,均有利于片状α相等轴化过程的进行。片状组织TA15钛合金等轴化的临界真应变在0.20~0.50范围,即使在温度900℃、应变速率0.001s-1、真应变1.20时片状α相也没有完全等轴化。建立了片状组织TA15钛合金的等轴化动力学模型,该模型实验值与计算值吻合的较好,能较好地表征TA15钛合金的等轴化动力学过程。 在片状α相等轴化动力学行为的基础上研究了片状组织TA15钛合金的等轴化机理,认为扩散机制和形变机制共同作用导致片状α相等轴化。等轴化过程中动态再结晶和形变孪晶共同存在,并相互竞争、相互补充。扩散过程贯穿着片状α相等轴化的全过程。α相端面和侧面的“叉型”结构以及β相楔入α/α界面实质上都是合金元素Al、Mo、V等沿着α/β界面扩散的结果。“叉型”结构的出现使得α片层沿宽度方向发生分离,α相片层厚度减小,为等轴化提供有利条件。β相楔入动态再结晶和形变孪晶形成的α/α界面对于片状α相的等轴化起着重要作用。
【学位授予单位】:南京航空航天大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TG146.23

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【参考文献】
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