Ti53311S、TP650和Zr-4合金熱加工性的研究.pdf

1、對(duì)合金熱加工性的研究是合理制定熱加工工藝，有效控制臺(tái)金組織性能從而提高制品質(zhì)量的重要依據(jù)。本文通過對(duì)近α鈦臺(tái)金Ti53311S，顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)合材料TP650和Zr-4合金在較寬范圍進(jìn)行熱壓縮試驗(yàn)，全面、系統(tǒng)的研究了該三種合金的高溫變形行為，利用數(shù)值模擬計(jì)算本構(gòu)關(guān)系并建立流變模型，求出變形激活能，確定了該三種合金試驗(yàn)變形條件范圍內(nèi)流變應(yīng)力與應(yīng)變、應(yīng)變速率及變形溫度之間的關(guān)系；運(yùn)用光學(xué)顯微鏡、透射電鏡分析該三種合金的微觀組織，研究變形溫度

2、、變形速率、變形程度對(duì)其組織的影響，并分析其變形機(jī)理，建立加工參數(shù)與顯微組織演變的對(duì)應(yīng)關(guān)系；運(yùn)用系統(tǒng)穩(wěn)定性分析原理，基于動(dòng)態(tài)材料模型(DMM)構(gòu)造出近α鈦合金Ti53311S，顆粒增強(qiáng)鈦基復(fù)臺(tái)材料TP650和Zr-4合金的熱加工圖，結(jié)合高溫變形組織對(duì)加工圖進(jìn)行綜合分析，深入研究其熱加工性并制定最優(yōu)的熱加工工藝參數(shù)，研究出最有利于材料變形的穩(wěn)定加工區(qū)域，為工藝制定的一般原則和可行工藝參數(shù)范圍的選擇提供了理論依據(jù)。最后基于上述Ti53311

3、S，TP650和Zr-4合金的變形機(jī)理分析和加工圖建立了該三種合金的熱變形機(jī)理圖，來(lái)探明其加工參數(shù)和變形組織的關(guān)系，為該三種合金熱加工工藝參數(shù)的選擇、組織控制和性能優(yōu)化提供理論指導(dǎo)，及以后類似鈦、鋯合金的加工提供理論參考。主要研究結(jié)果如下：
　　 根據(jù)Ti53311S、TP650和Zr-4合金的熱變形特征分別采用冪指數(shù)和雙曲正弦函數(shù)本構(gòu)關(guān)系求得Ti53311S合金在相變點(diǎn)之下和相變點(diǎn)之上變形激活能(Q)的值分別為507和241K

4、J/mol，TP650臺(tái)金在相變點(diǎn)之下和相變點(diǎn)之上變形激活能(Q)的值分別為691KJ/mol和202KJ/mol，Zr-4合金的變形激活能為387KJ/mol。
　　 并首次建立了Ti53311S、TP650、Zr-4合金的流變應(yīng)力模型，擬和精度較高，Ti53311S合金對(duì)應(yīng)變速率較為敏感。在兩相區(qū)低應(yīng)變速率0.001s-1加工可以得到細(xì)小均勻的超塑性等軸組織，而中等應(yīng)變速率0.1～1s-1變形時(shí)，可以得到具有良好的塑性和疲勞

5、性能的球化組織，隨變形程度增加，其球化程度增加。在高溫兩相區(qū)980℃低應(yīng)變速率0.001-0.1s-1變形時(shí)主要發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，而且再結(jié)晶核心的形成與位錯(cuò)的重新分布和再結(jié)晶前的多邊形化形成亞晶有關(guān)；而在相變點(diǎn)之上，由刃位錯(cuò)的攀移、螺位錯(cuò)的交滑移控制的動(dòng)態(tài)回復(fù)是Ti53311S合金的主要軟化機(jī)理。
　　 TP650合金在900～980℃，應(yīng)變速率為0.001～0.01s-1的區(qū)域，主要發(fā)生了超塑性。應(yīng)變速率0.01-10s-1變

6、形時(shí)發(fā)生了動(dòng)態(tài)再結(jié)晶以及部分α相球化，其中α相的再結(jié)晶主要與亞晶的形成、轉(zhuǎn)動(dòng)和聚合成核有關(guān)。TiC顆粒的加入對(duì)界面有釘扎和拖曳作用，困此有利于位錯(cuò)胞結(jié)構(gòu)的形成和穩(wěn)定基體中的細(xì)晶及亞晶。
　　 而在相變點(diǎn)之上，低應(yīng)變速率0.001s-1時(shí)主要的軟化機(jī)理為動(dòng)態(tài)回復(fù)，應(yīng)變速率為0.01-10 s-1軟化機(jī)理主要為動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。高溫β區(qū)域TP650合金的變彤特征主要由鈦基體決定。
　　 Zr-4合金在α相區(qū)和低溫α+β相區(qū)變形都發(fā)

7、生了α-Zr為主的完全動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，形核機(jī)制為晶間弓出形核，晶界沉淀析出相Zr(CrFe)2，阻礙界面遷移，引起界面彎曲，對(duì)Zr-4合金再結(jié)晶形核非常有利。而高溫α+β相區(qū)，應(yīng)變速率對(duì)其變形機(jī)理有重要影響，低應(yīng)變速率0.005-0.05s-1變形時(shí)，主要為β轉(zhuǎn)變組織覆蓋的粗大晶粒，軟化機(jī)理無(wú)法判斷，而當(dāng)應(yīng)變速率升高到0.5s-1時(shí)，則發(fā)生晶內(nèi)再結(jié)晶。變形機(jī)理和加工圖的研究表明在Zr-4合金加工過程中，為形成均勻的組織，應(yīng)避免在高應(yīng)變速率成