Ti40阻燃钛合金的锻造性能及其工艺优化研究

【摘要】：Ti40阻燃钛合金是我国具有自主知识产权的高合金化的全β型钛合金，其主要性能特点是良好的抗燃烧性能和高温力学性能，适用于制造飞机发动机关键部件，在航空航天工业具有很大的应用潜力。由于该合金在高温下塑性较差，开坯过程容易出现开裂，因此有必要对其热变形行为进行系统研究，以期得到较合适的热加工参数范围。 在热模拟试验机上进行了等温恒应变速率速率压缩实验，实验参数范围为950～1100℃、0.001～1s-1。基于等温恒应变速率压缩实验数据，分析了应变速率及变形温度对铸态Ti40阻燃钛合金流动应力的影响规律，研究表明流动应力随应变速率增加和温度降低呈上升趋势。初步确定了该合金较合适的热加工参数范围如下：950～1050℃、0.001～0.01s-1和1050～1100℃、0.001～1s-1。利用稳态应力和峰值应力分别计算出该合金的变形激活能为399.2KJ/Mol和404.8KJ/Mol，表明热变形过程并非仅仅由Ti原子自扩散控制。 基于动态材料模型理论，分别利用Prasad失稳判据和Murty失稳判据绘制出铸态Ti40阻燃钛合金的加工图。加工图分析和组织观察表明，用这两种判据绘制的加工图基本相同，二者均能较好地确定变形失稳区和变形稳定区，但基于Prasad失稳判据的加工图中失稳区稍大，应以基于Prasad失稳判据的加工图的优化结果为宜。根据基于Prasad失稳判据的加工图得出稳定锻造加工参数范围为1070～1100℃、0.079～1.0s-1和950～1100℃、0.001～0.0794s-1，较佳的锻造加工参数范围为1080～1100℃、0.16～1s-1和1000～1100℃、0.001～0.018s-1，最佳的锻造加工参数位于1100℃、1.0s-1附近和1100℃、0.001s-1附近。 变形组织观察表明，加工图中失稳区的热变形机制主要为局部流动，两个较佳锻造加工区的热变形机制分别为亚动态再结晶与连续动态再结晶，其他区域对应的热变形机制为伴随有再结晶形核的动态回复。在两个较佳锻造加工区中，位于低应变速率的η较大，对应的组织动态再结晶程度大、晶粒大小均匀，在生产中应优先采用，即优先采用的较佳锻造加工参数范围为1000～1100℃、0.001～0.018s-1，最佳锻造加工参数位于1100℃、0.001s-1附近。