TA15钛合金热变形过程中微结构变与力学性能预测

论文摘要

本文利用透射电镜观察了TA15钛合金热变形过程中位错组态的演变并根据位错的可见性判据判断出了位错的类型;用X射线付氏分析方法计算了热变形后材料中不同晶面上的位错密度;同时采用正电子湮没方法进一步分析了材料中晶格缺陷的演变情况;最后借助计算机模拟的手段,基于人工神经网络建立起了TA15钛合金热压缩变形流变应力和热约束变形时工艺性能的预报模型。研究结果表明:TA15钛合金中的位错密度一般在10101011/cm2,主要分布在α相中,β相中位错很少或几乎没有,位错的分布也是不均匀的,不同晶面上位错密度差异很大,但是以锥面和柱面位错密度居多;在材料中我们观察到了位错墙,位错胞,亚晶等典型的位错组态,并根据位错的可见性判据判断出了cv型和av + cv型位错,同时判断了不同类型位错的开动情况。正电子湮没寿命技术是一种对原子尺度的缺陷十分敏感的分析方法,正电子湮没寿命谱结果的特征参数值包括第一寿命τ1和第二寿命τ2,及与其相对应的强度I 1和I 2,缺陷捕获率k ,基体寿命值τb和平均寿命τ,这些参数分别表征了材料中空位,位错等弱晶格缺陷和空位团晶界等大缺陷的大小,浓度及晶格畸变情况,研究发现与退火态的试样相比,第二寿命τ2变化不大,说明高温变形时材料中的缺陷较少,并且随着温度,变形量和变形速率不同而不同。最后在人工神经网络的基础上,以变形温度、变形量和变形速率为输入,流变应力为输出,建立了结构为3×5×9×1的变形工艺-流变应力的预测模型;并以变形温度、变形量、变形速率和冷却速度为输入,抗拉强度和延伸率为输出,建立了4×6×6×2的变形工艺-力学性能的预报模型。前一网络的相对误差最大值为-15.28%,后一网络的抗拉强度输出精度较高,延伸率稍差,但基本都在12.5%以下,这充分说明了网络的精确性;同时利用网络模型可以很好的建立起工艺和性能之间的关系,从而能够对热加工生产实践有一定的指导作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钛合金及其研究进展
• 1.1.1 钛合金及其分类
• 1.1.2 钛合金的研究现状
• 1.1.3 TA15 钛合金
• 1.2 钛合金中位错等微结构的研究
• 1.2.1 位错的起源及其基本概念
• 1.2.2 位错的表征
• 1.2.3 钛合金中位错的研究现状
• 1.2.4 用正电子湮没技术来研究材料中的缺陷
• 1.3 人工神经网络及其在材料科学中的应用
• 1.3.1 人工神经网络简介
• 1.3.2 人工神经网络在材料科学研究中的应用
• 1.4 本文的研究目的和内容
• 第2章 材料及研究方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 材料状态
• 2.2.1 热压缩变形
• 2.2.2 热约束变形
• 2.3 材料分析方法
• 2.3.1 透射电子显微镜
• 2.3.2 X射线线形付氏分析
• 2.3.3 正电子湮没寿命技术分析
• 2.4 人工神经网络
• 2.4.1 人工神经网络
• 2.4.2 BP网络
• 2.4.3 BP网络的建立
• 2.4.4 BP网络的学习规则
• 2.4.5 BP算法的优点
• 第3章 TA15 钛合金热变形位错组态的演变
• 3.1 TA15 钛合金热变形过程中位错组态演变
• 3.1.1 变形量对位错组态的影响
• 3.1.2 变形速率对位错组态的影响
• 3.1.3 变形温度对位错组态的影响
• 3.2 TA15 钛合金中的全位错及滑移系
• 3.2.1 TA15 钛合金中的全位错类型
• 3.2.2 TA15 钛合金中的滑移系
• 3.2.3 TA15 钛合金中位错类型的TEM确定
• 3.3 热变形条件对TA15 钛合金位错类型的影响
• 3.3.1 变形速率对位错类型的影响
• 3.3.2 温度对位错类型的影响
• 3.3.3 变形量对位错类型的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 TA15 钛合金热变形缺陷的定量表征与分析
• 4.1 TA15 钛合金中位错密度的X射线线形付氏分析
• 4.2 TA15 钛合金热变形位错密度的变化
• 4.2.1 变形量对位错密度的影响
• 4.2.2 变形速率对位错密度的影响
• 4.2.3 温度对位错密度的影响
• 4.3 TA15 钛合金热变形晶格缺陷的正电子湮没寿命研究
• 4.3.1 变形量对缺陷的影响
• 4.3.2 变形温度对缺陷的影响
• 4.3.3 变形速率对缺陷的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于BP神经网络的TA15 钛合金热变形力学性能预报
• 5.1 TA15 钛合金热压缩变形流变应力的预测
• 5.1.1 样本数据的准备
• 5.1.2 网络结果及分析
• 5.1.3 网络的应用
• 5.2 TA15 钛合金热约束变形工艺-性能预报
• 5.2.1 样本数据的选取
• 5.2.2 网络结果及分析
• 5.2.3 网络的应用
• 5.3 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