TC11钛合金热变形行为及其组织演变规律的研究

论文摘要

TC11钛合金具有密度低、比强度高、耐蚀性好、热强性好的等特点,并兼有钢和铝合金等结构材料的诸多优良特性,使其为理想的航空材料。由于TC11钛合金在热加工变形过程中容易出现组织不均匀,内裂纹、破裂或起皱等问题,严重影响了产品质量。深入开展TC11钛合金热变形行为及其微观组织结构演化规律的研究对于理解TC11的变形机理具有重要的理论意义,同时为TC11的热变形加工工艺的优化提供理论参考依据。本文选取了具有α/β片层组织的TC11钛合金,对其在不同温度（室温～950℃）、变形速率（0.1s-1、0.01s-1、0.001s-1）以及变形量（10%～80%）下的进行压缩试验,系统地研究了TC11钛合金热变形规律及组织演化。研究获得如下结果。室温到950℃的压缩实验表明,变形温度在600℃～700℃时,材料开始出现流变应力软化现象,流变峰应力随压缩变形温度的增加而减小；当变形温度大于700℃时,流变峰应力随变形速率的增加而增加；热激活能的计算表明,材料在800℃的变形机理为位错运动控制的变形,850℃～900℃为孪生变形,950℃为扩散控制的变形。微观组织结构演化研究表明,变形温度越高,应变速率越低以及压缩变形量越小TC11越不容易萌生内裂纹。在室温～500℃下,变形组织被大量的局部化剪切带剪切变形,并伴有部分片层被剪断；在600℃～700℃下变形组织以剪切带剪切和α/β片层弯折形式出现,并有α/β片层碎化组织出现；在800℃～950℃下,变形组织均以α/β片层弯折带出现,并伴有大应变的碎化组织。基于α/β片层的界面障碍强度与位错在界面的塞积应力间的竞争关系,通过理论计算证明了所发现的低温容易发生剪切带变形,而高温容易发生α/β片层弯折变形的规律。600℃和950℃下压缩变形样品的EBSD分析表明,600℃的样品α/β片层组织较稳定,剪切变形区内的α/β片层取向仍保持不变,伯格斯关系被轻度破坏；而950℃下变形的样品组织不稳定,大变形区内的球化组织、α/β片层弯折组织及其碎化等轴组织的取向发生了较大的变化,伯格斯关系被严重破坏。五个滑移系的统计分析表明,600℃下变形后的滑移系基本和初始未变形的滑移系分布一样,五个滑移系均存在；950℃下变形后样品中柱面滑移系比例显著增加,说明其以柱面滑移系为主。基于EBSD的分析证明了高温软化机理是硬滑移被破坏所致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 钛合金的特点
• 1.2 钛合金的分类
• 1.3 α+β型钛合金TC11的简介
• 1.4 钛合金的国内外研究方向
• 1.5 钛合金的热变形行为的研究
• 1.5.1 钛合金热变形响应及其热变形机制软化机理的研究
• 1.5.2 钛合金的变形机制及其动力学研究
• 1.5.3 钛合金热变形的裂纹萌生及机理的研究
• 1.5.4 钛合金球化等轴化及其机理的研究
• 1.5.5 钛合金的EBSD方面的研究
• 1.6 本课题研究的目的与意义
• 1.7 本论文研究的内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 实验材料
• 2.2 微观组织与结构表征
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 TC11钛合金的热压缩变形实验
• 2.3.2 热压缩样品的微观组织结构的分析
• 第3章 TC11热压缩变形行为
• 3.1 TC11热压缩应力-应变响应
• 3.1.1 变形温度对TC11流变应力的影响
• 3.1.2 变形速率对TC11的应力的影响
• 3.1.3 变形量对TC11的变形影响
• 3.1.4 TC11的变形软化效应
• 3.1.5 变形参数对TC11变形峰应力的影响
• 3.2 TC11钛合金热压缩组织演变规律
• 3.2.1 TC11的热变形宏观形貌观察
• 3.2.2 TC11钛合金热变形微观形貌的分析
• 3.2.3 TC11片层组织的演变过程
• 3.2.4 TC11热变形的失效分析
• 3.3 本章小结
• 第4章 TC11热变形机理的讨论与分析
• 4.1 TC11钛合金变形温度和变形速率敏感性
• 4.2 剪切和弯折的组织转变分析
• 4.3 剪切带和弯折带理论的计算
• 4.4 本章小结
• 第5章 TC11压缩变形EBSD分析及软化机理的分析
• 5.1 TC11变形前和变形后的EBSD的取向分析
• 5.1.1 原始TC11钛合金的EBSD组织取向分析
• 5.1.2 变形后的TC11钛合金的EBSD组织取向变化分析
• 5.2 伯格斯（Burgers）取向关系的变化
• 5.3 TC11压缩样的Schmid因子分析
• 5.4 变形软化机理的分析
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢