TC4钛合金低温变形行为的研究

论文摘要

紧固件是应用最广泛的机械基础件。钛合金紧固件以其优秀的综合性能,被广泛应用于各种领域。TC4钛合金是钛合金紧固件应用最多的合金,目前的成型方式为等温锻造,相比发达国家的冷成型明显落后。本文将就TC4钛合金的低温镦粗变形行为及其性能展开深入研究。本文研究了晶粒尺寸分别为2μm和9μm的TC4钛合金镦粗变形行为,包括室温动态镦粗以及不同温度下的准静态镦粗变形行为。分析了TC4合金变形的应力及应变行为,并利用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、扫描电子显微镜（SEM）等分析手段,研究了镦粗变形应力及其行为,以及不同变形条件下的相组成和显微组织演变规律。研究镦粗结果表明：TC4合金在室温镦粗时,由于摩擦力的作用会使圆柱体试样产生腰部鼓形。晶粒尺寸越大,极限变形率越低,鼓形越明显；随着摩擦力减小,变形量增加,鼓形变小；高-径比对变形行为没有影响。在室温变形后,合金不产生新相,α相的变形以位错和孪生为主,p相的变形以晶界滑移为主。试样的宏观断口与试样轴向呈45。角,断口以大量的解理断口和局部的韧窝断口组成,随着晶粒尺寸的减小,韧窝所占比例增加,韧窝尺寸变大。在室温变形时,流变曲线呈加工硬化型,没有新相生成,变形主要方式为位错、滑移以及孪生,并伴有晶粒破碎。在350℃变形时,流变曲线在高应变速率下呈加工硬化型,在低应变速率下呈动态回复型,没有新相生成。主要变形方式为滑移和位错,位错包括晶粒的转动和晶粒滑动。在低应变速率下,α相内部位错明显减少,表现出动态回复的特点。在700℃变形时,组织内的α相减少,β相增加。在高应变速率时,流变曲线呈动态回复型;低应变速率时,呈动态再结晶特点。其软化机制为：α相内部的动态再结晶以及β相的动态回复。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 钛合金概述
• 1.2.1 钛合金的发展概况及应用
• 1.2.2 钛合金的分类及一般特性
• 1.2.3 合金的典型组织
• 1.2.4 TC4钛合金的研究现状
• 1.3 钛合金塑性变形行为及机理的研究现状
• 1.4 本论文研究的内容
• 2 试验材料及方法
• 2.1 试验材料
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 TC4钛合金室温动态镦粗
• 2.2.2 TC4钛合金准静态压缩变形
• 2.2 显微组织和结构观察
• 2.3.1 金相观察（OM）
• 2.3.2 扫描电镜观察（SEM）
• 2.3.3 透射电镜观察（TEM）
• 2.3.4 X射线衍射分析（XRD）
• 2.3.5 硬度测试
• 3 TC4钛合金室温自由镦粗变形行为
• 3.1 引言
• 3.2 室温下动态镦粗后自由表面的应变行为分析
• 3.2.1 晶粒尺寸对变形行为的影响
• 3.2.2 接触面粗糙度对变形行为的影响
• 3.2.3 试样高-径比对变形行为的影响
• 3.3 室温下动态镦粗后显微组织分析
• 3.3.1 室温镦粗对TC4钛合金相组成的影响
• 3.3.2 室温镦粗后TC4钛合金的金相组织变化
• 3.3.3 室温镦粗后TC4钛合金的透射电镜观察
• 3.3.4 硬度测试
• 3.4 室温下动态镦粗后断裂机制的分析
• 3.4.1 断口宏观形貌
• 3.4.2 断口显微组织
• 3.5 本章小结
• 4 TC4钛合金准静态压缩变形行为
• 4.1 引言
• 4.2 TC4钛合金准静态压缩变形的力学行为
• 4.2.1 不同晶粒尺寸TC4钛合金的应力-应变曲线
• 4.2.2 晶粒尺寸对力学行为的影响
• 4.2.3 变形温度对力学行为的影响
• 4.2.4 应变速率对力学行为的影响
• 4.2.5 应变敏感指数m值的测定
• 4.2.6 应变速率敏感系数以及热变形激活能的计算
• 4.3 TC4钛合金准静态压缩变形的显微组织演变
• 4.3.1 准静态压缩变形后相组成的变化
• 4.3.2 准静态镦粗变形后的显微组织
• 4.3.3 准静态镦粗变形后透射电镜观察
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢