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钛弯头不同热变形下的流变应力研究

编辑:潍坊创一新材料科技有限公司时间:2020-04-03

  目前航空结构材料的设计理念逐渐由单纯的静强度设计向现代的损坏容限设计转变,要求钛弯头在具有一定强度条件下,还要有较高的断裂韧性与较低的疲劳裂纹扩展速率。TC4-DT钛合金正是在此理念下由我国自行研发的新型损坏容限型钛合金。目前对TC4-DT钛合金的研究主要集中在损坏容限性能方面,对其热成形行为的研究较少。由于微观组织对损坏容限性能的影响很大,研究高温条件下TC4-DT钛合金的变形机制很有意义。本文主要研究TC4-DT钛合金热压缩变形过程中变形温度、应变速率及变形程度对流变应力和显微组织的影响,建立钛合金的 Arrhenius型热变形本构方程,分析其中的动态再结晶行为,为实际生产提供理论参考。

  经过相关实验,从TC4-DT钛弯头合金在不同热变形条件下的真应力-真应变曲线,可以看出,在变形初始阶段,钛合金发生加工硬化效应,流变应力随应变增加而速度增加,在很小的应变下的流变应力达到峰值;而后软化机制占据主要位置,流变应力的流变软化比低应变速率时越为显明,钛合金的变形抗力随温度升高而减低。在较低温度(如850℃和900℃)时,应力软化随应变增加而逐渐下降,发生软化现象。另外,高应变速率时现象相当显明,应力峰值过后流变应力随应变的增加而速度下降,流变应力的下降在应变达到一定程度时趋于缓和;当在较高温度(如950~1000℃),而应变速率低于10s-1时,流变应力呈稳态锯齿状波动,表现为连续软化过程;当变形温度为950%和1000°应变速率为10s1时应力随应变一直呈上升趋势,表明加工硬化一直占主导位置。

  实验测得TC4-DT钛弯头合金热激发力为971.67kJ?mol-,远大于纯a、B钛合金的自扩散激发力,原因可能与热变形中同时发生相变行为有关。低温下钛合金中能开动的滑移系较少,位错在晶界等缺陷处产生塞积,无法通过由扩散控制的回复机制得到有效释放,说明在此条件下钛合金的热变形是由高温扩散以外的过程控制。同时观察钛合金的流变应力曲线,发现低温时其变化过程呈动态再结晶型曲线的特征,表明动态再结晶软化机制在合金的热变形过程占主导位置,因此认为钛合金的热变形过程中有动态再结晶发生。

  结论:

  1、TC4-DT钛合金热压缩变形的流变应力随应变速率的增加显明增加,并且较低温度时高应变速率时的流变软化比低应变速率时的越为显明,而在较高温度时乃至不发生软化现象,仍是加工硬化占主导位置。

  2、实验测得TC4-DT钛弯头合金的热变形激发能为971.67kJ?mol-l,远大于纯a,B钛合金的自扩散激发能,认为有动态再结晶发生。