Ti40合金本构关系及其变形组织研究

论文摘要

Ti40合金是一种全β型阻燃钛合金，具有良好的阻燃性能和力学性能。本文以铸态的Ti40合金为研究对象，通过等温恒应变速率压缩实验，研究了热力参数对流动应力和微观组织的影响规律，并建立了Ti40合金的本构方程。研究结果对提高有限元法模拟Ti40合金塑性加工过程的精确度以及合理制定Ti40合金热加工工艺有重要的指导意义。主要研究结果如下：铸态Ti40合金的流动应力随变形温度的升高和应变速率的降低而减小，且流动应力对变形温度和应变速率的敏感性在高应变速率时均大于低应变速率时，该合金的应力～应变曲线基本上呈稳态流动型。对于铸态Ti40合金，由于f （σ）与ln ε&和1/T之间并不满足双线性关系，所以不宜直接按Arrhenius型方程建立本构方程。在Arrhenius型方程的基础上，提出了适用于铸态Ti40合金的本构关系模型，并利用实验数据通过回归得到本构关系模型的系数，构建出本构方程。所构建的本构方程误差分析表明，实验值与计算值之间的误差值基本在10%以内，完全符合塑性加工领域的误差许可要求。当高度压缩率为60％时，在不同的应变速率下，随应变速率的降低，发生动态再结晶的温度向低温扩展；在不同变形温度下，随温度的升高，发生动态再结晶的应变速率向高应变速率扩展。动态再结晶晶粒主要出现在原始β晶界，随温度的升高或应变速率的降低逐渐向晶内扩展。在不同的应变速率或变形温度下，动态再结晶晶粒的体积分数和平均晶粒尺寸随温度的升高或应变速率的降低大体上呈增大的趋势。从降低能耗和提高加工性能角度考虑，在950～1000℃锻造时，应变速率以小于0.1s-1为宜；在1050℃锻造时，应变速率以小于1.0s-1为宜；在1100℃锻造时，应变速率在0.001～1.0s-1为宜。在所有温度和应变速率下，当应变小于0.11时，均没有发生动态再结晶。当应变等于0.11时，除950℃外，在1000℃～1100℃，均有动态再结晶发生。当应变大于和等于0.22时，在950℃～1000℃，仅在应变速率较小时发生动态再结晶；在1050℃，应变速率小于1.0s-1时发生动态再结晶；在1100℃，应变速率在0.001～1.0s-1范围均发生动态再结晶。在温度一定时，随应变速率的降低，或在应变速率一定时，随温度的升高，相同应变下的动态再结晶晶粒的体积分数和平均晶粒尺寸总体上增大。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钛合金的发展概况及应用
• 1.1.1 钛及钛合金的应用
• 1.1.2 几类新型钛合金的特点及应用
• 1.1.3 钛合金研究现状及发展趋势
• 1.2 钛合金的分类
• 1.3 Ti40 合金简介
• 1.4 本构关系及其研究现状
• 1.4.1 本构关系
• 1.4.2 本构关系研究现状
• 1.5 研究目的和意义
• 1.5.1 研究目的
• 1.5.2 研究意义
• 1.6 研究内容
• 第2章 实验材料与方法
• 2.1 引言
• 2.2 等温恒应变速率压缩实验
• 2.2.1 实验材料
• 2.2.2 实验方法
• 第3章 Ti40 合金本构关系研究
• 3.1 Ti40 合金热压缩流动行为分析
• 3.1.1 变形温度对Ti40 合金流动应力的影响
• 3.1.2 应变速率对Ti40 合金流动应力的影响
• 3.2 Ti40 合金本构关系的建立
• 3.2.1 Arrhenius型方程的形式
• 3.2.2 双曲正弦方程中α的确定
• 3.2.3 Arrhenius型方程对Ti40 合金的适用性检验
• 3.2.4 本构关系模型的建立及其系数确定
• 3.3 Ti40 合金本构方程的误差检验
• 3.3.1 回归本构方程系数用到的实验数据的误差检验
• 3.3.2 其它任意实验数据的误差检验
• 3.4 小结
• 第4章 热力参数对Ti40 合金变形组织的影响
• 4.1 变形温度对Ti40 合金变形组织的影响
• 4.1.1 应变速率为 1.0s-1时变形温度对变形组织的影响
• 4.1.2 应变速率为 0.1s-1时变形温度对变形组织的影响
• 4.1.3 应变速率为 0.01s-1时变形温度对变形组织的影响
• 4.1.4 应变速率为 0.001s-1时变形温度对变形组织的影响
• 4.2 应变速率对Ti40 合金变形组织的影响
• 4.2.1 950℃时应变速率对变形组织的影响
• 4.2.2 1000℃时应变速率对变形组织的影响
• 4.2.3 1050℃时应变速率对变形组织的影响
• 4.2.4 1100℃时应变速率对变形组织的影响
• 4.3 变形程度对铸态Ti40 合金变形组织的影响
• 4.3.1 变形温度为 950℃时变形程度对变形组织的影响
• 4.3.2 变形温度为 1000℃时变形程度对变形组织的影响
• 4.3.3 变形温度为 1050℃时变形程度对变形组织的影响
• 4.3.4 变形温度为 1100℃时变形程度对变形组织的影响
• 4.4 小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文
• 致谢