TC11钛合金高温变形过程组织演变规律与性能研究

论文摘要

变形温度和变形后不同热处理方式对TC11钛合金的组织有很大影响,而它的力学性能又对其组织非常敏感,所以本文在不同温度下对TC11钛合金进行了高温压缩,并对压缩后材料采取空冷和水淬两种冷却方式,再对材料进行了固溶时效和双重退火处理。研究了热处理工艺对热压缩变形材料的组织和力学性能的影响。同时,由于β锻造工艺塑性好、变形抗力低、产品热强性好和断裂韧性高等一系列优点,所以本文的高温成型试验温度选在相变点温度以上,重点研究了不同压下量的高温成型的TC11钛合金的组织演化规律,并利用数值模拟方法,模拟了高温成型过程中质点流动规律、温度场变化和成型后有效应变分布特征。在900oC～1050oC温度范围内压缩变形后TC11钛合金的热处理试验结果表明:随着压缩温度升高组织从拉长的等轴组织,过渡到双态组织再到片状组织。经过固溶时效处理后抗拉强度最好,但延伸率最低。TC11钛合金在相变点温度以下进行压缩后再经过双重退火,材料发生静态再结晶,使等轴组织增加;在相变点温度以上压缩,再进行双重退火热处理能增加α针的宽长比及减小α领域,所以压缩后经过双重退火的材料有很高的塑性和较高的强度,综合力学性能好。尤其1000oC压缩后进行双重退火的材料延伸率最高,而且强度也较高,综合力学性能最好。数值模拟高温变形试验结果表明:对于同一种挤压方式,较先填充的金属较早形成刚性区,成型后有效应变较小;较后填充的合金,有效应变较大。TC11钛合金在正挤压过程中,有效应变达到0.269前,加工硬化现象逐渐明显,之后发生动态软化。反挤压过程中的组织演变规律与正挤压过程类似,只是组织演变的速率不同。并建立了正反挤压的有效应变与硬度的定量关系。β锻造高温成型试验结果表明:随着变形量的增大,β晶粒沿着金属的充型方向发生变形拉长,晶界发生部分破碎,变形主要为晶间的局部变形,在破碎的晶界上有少量的动态再结晶,而后再增大变形量,动态再结晶区域增多并伴有部分晶粒粗化。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题目的与意义
• 1.2 国内外在该方向的研究现状
• 1.2.1 国内外TC11 钛合金的研究现状
• 1.2.2 钛合金的热变形行为研究
• 1.2.3 有限元法的发展及在塑性加工研究中的应用
• 1.2.4 钛合金的热处理
• 1.3 本论文主要研究内容
• 第2章 试验材料及试验方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 研究方案
• 2.3 试验方法
• 2.3.1 高温压缩试验及变形后热处理
• 2.3.2 模拟试验
• 2.3.3 高温成型试验
• 2.4 显微组织观察与性能测试
• 2.4.1 光学显微镜分析
• 2.4.2 扫描电子显微镜分析
• 2.4.3 X 射线衍射分析
• 2.4.4 透射电子显微镜分析
• 2.4.5 室温拉伸试验
• 2.4.6 硬度测试
• 第3章 TC11 钛合金高温压缩变形组织演变及拉伸性能
• 3.1 高温压缩试验
• 3.2 高温压缩后热处理前后的组织观察
• 3.2.1 变形温度对TC11 钛合金高温压缩试样组织的影响
• 3.2.2 热处理方式对TC11 钛合金高温压缩试样组织的影响
• 3.3 高温压缩变形材料的拉伸性能
• 3.3.1 变形温度对TC11 钛合金高温压缩试样力学性能的影响
• 3.3.2 热处理方式对TC11 钛合金高温压缩试样力学性能的影响
• 3.3.3 残余应力对TC11 钛合金压缩后强度的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 TC11 钛合金高温成型过程模拟
• 4.1 高温成型前热散失模拟
• 4.2 高温成型过程模拟
• 4.2.1 成型过程的质点流动规律
• 4.2.2 成型过程中的温度场分布
• 4.2.3 成型过程的有效应变分布
• 4.3 本章小结
• 第5章 TC11 钛合金高温成型过程中组织观察与硬度测试
• 5.1 TC11 钛合金高温成型过程中的宏观形貌
• 5.2 成型后特定区域质点在成型过程中的组织演变
• 5.2.1 盘件腹板中心区域Ⅰ组织演变规律
• 5.2.2 正挤压区域Ⅱ组织演变规律
• 5.2.3 反挤压区域Ⅲ组织演变规律
• 5.3 硬度测试与应变硬化行为研究
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢