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    鈦彎頭不同熱變形下的流變應力研究

    2021-09-18 06:35:36

     目前航空結構材料的設計理念逐漸由單純的靜強度設計向現代的損壞容限設計轉變,要求鈦彎頭在具有一定強度條件下,還要有較高的斷裂韌性與較低的疲勞裂紋擴展速率。TC4-DT鈦合金正是在此理念下由我國自行研發的新型損壞容限型鈦合金。目前對TC4-DT鈦合金的研究主要集中在損壞容限性能方面,對其熱成形行為的研究較少。由于微觀組織對損壞容限性能的影響很大,研究高溫條件下TC4-DT鈦合金的變形機制很有意義。本文主要研究TC4-DT鈦合金熱壓縮變形過程中變形溫度、應變速率及變形程度對流變應力和顯微組織的影響,建立鈦合金的 Arrhenius型熱變形本構方程,分析其中的動態再結晶行為,為實際生產提供理論參考。

      經過相關實驗,從TC4-DT鈦彎頭合金在不同熱變形條件下的真應力-真應變曲線,可以看出,在變形初始階段,鈦合金發生加工硬化效應,流變應力隨應變增加而速度增加,在很小的應變下的流變應力達到峰值;而后軟化機制占據主要位置,流變應力的流變軟化比低應變速率時越為顯明,鈦合金的變形抗力隨溫度升高而減低。在較低溫度(如850℃和900℃)時,應力軟化隨應變增加而逐漸下降,發生軟化現象。另外,高應變速率時現象相當顯明,應力峰值過后流變應力隨應變的增加而速度下降,流變應力的下降在應變達到一定程度時趨于緩和;當在較高溫度(如950~1000℃),而應變速率低于10s-1時,流變應力呈穩態鋸齒狀波動,表現為連續軟化過程;當變形溫度為950%和1000°應變速率為10s1時應力隨應變一直呈上升趨勢,表明加工硬化一直占主導位置。

      實驗測得TC4-DT鈦彎頭合金熱激發力為971.67kJ?mol-,遠大于純a、B鈦合金的自擴散激發力,原因可能與熱變形中同時發生相變行為有關。低溫下鈦合金中能開動的滑移系較少,位錯在晶界等缺陷處產生塞積,無法通過由擴散控制的回復機制得到有效釋放,說明在此條件下鈦合金的熱變形是由高溫擴散以外的過程控制。同時觀察鈦合金的流變應力曲線,發現低溫時其變化過程呈動態再結晶型曲線的特征,表明動態再結晶軟化機制在合金的熱變形過程占主導位置,因此認為鈦合金的熱變形過程中有動態再結晶發生。

      結論:

      1、TC4-DT鈦合金熱壓縮變形的流變應力隨應變速率的增加顯明增加,并且較低溫度時高應變速率時的流變軟化比低應變速率時的越為顯明,而在較高溫度時乃至不發生軟化現象,仍是加工硬化占主導位置。

      2、實驗測得TC4-DT鈦彎頭合金的熱變形激發能為971.67kJ?mol-l,遠大于純a,B鈦合金的自擴散激發能,認為有動態再結晶發生。


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