TC11鈦合金的熱態(tài)變形行為及其鍛造工藝優(yōu)化研究

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1、南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文TC11鈦合金的熱態(tài)變形行為及其鍛造工藝優(yōu)化研究姓名：李鑫申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：材料加工工程指導(dǎo)教師：魯世強20081001TC11鈦合金的熱態(tài)變形行為及其鍛造工藝優(yōu)化研究＋β兩相區(qū)的本構(gòu)關(guān)系模型；改進(jìn)的Arrhenius型冪函數(shù)方程亦可作為等軸組織TC11鈦合金在整個變形溫度區(qū)間的本構(gòu)關(guān)系模型。通過數(shù)理統(tǒng)計方法確定出了模型中系數(shù)。誤差分析表明，所建立的本構(gòu)方程具有較高的精度，片狀組織TC11鈦合金在近β和β單相區(qū)，以及α＋β兩相區(qū)的平均誤差分別為5.04％和5.57％；等軸組織TC11鈦合金的平均誤差為5.20％。通過改進(jìn)Arrhen

2、ius型冪函數(shù)方程來建立本構(gòu)關(guān)系模型的方法具有普遍適用性，可用于其它材料本構(gòu)方程的建立。首次利用加工圖技術(shù)研究了兩種初始組織TC11鈦合金的鍛造工藝優(yōu)化，分別采用不同的穩(wěn)定或失穩(wěn)變形準(zhǔn)則繪制了兩種初始組織TC11鈦合金的加工圖，分析和比較了不同穩(wěn)定或失穩(wěn)變形準(zhǔn)則的適用性。結(jié)果表明，基于Murty準(zhǔn)則繪制的加工圖總體上比基于Prasad或Malas準(zhǔn)則繪制的加工圖在預(yù)測穩(wěn)定變形區(qū)、失穩(wěn)變形區(qū)和優(yōu)化鍛造熱力參數(shù)方面更準(zhǔn)確?；贛urty準(zhǔn)則繪制的加工圖預(yù)測結(jié)果表明，對于片狀組織TC11鈦合金的α＋β兩相區(qū)變形，其流動失穩(wěn)區(qū)-1-1-1-1為750℃～875℃、0.005

3、s～10.0s和875℃～1000℃、0.2s～10.0s，對應(yīng)的失穩(wěn)現(xiàn)象為宏-1觀剪切裂紋、絕熱剪切帶和原始β晶界孔洞；較佳的鍛造熱力參數(shù)為750℃～900℃、0.001s～-1-1-10.005s和900℃～1000℃、0.001s～0.03s，對應(yīng)的變形機(jī)制以球化為主；最佳的鍛造熱力-1參數(shù)位于840℃～980℃、0.001s附近。對于片狀組織TC11鈦合金的近β和β單相區(qū)變形，其流-1-1-1-1動失穩(wěn)區(qū)為1000℃～1100℃、1.0s～10.0s和1075℃～1100℃、0.001s～0.003s，對應(yīng)的失穩(wěn)現(xiàn)象為β晶粒拉長、晶界破碎、“項鏈”狀的混和組

4、織以及晶粒的動態(tài)長大；較佳的鍛造熱-1-1-1-1力參數(shù)為1000℃～1100℃、0.001s～0.05s（除去1075℃～1100℃、0.001s～0.003s這個小區(qū)域），對應(yīng)的變形機(jī)制為動態(tài)再結(jié)晶；最佳的鍛造熱力參數(shù)在應(yīng)變小于0.4時位于1050℃、-1-10.001s附近，在應(yīng)變大于0.4時位于1050℃、0.016s附近。對于等軸組織TC11鈦合金的α-1-1-1＋β兩相區(qū)變形，其流動失穩(wěn)區(qū)為780℃～850℃、0.008s～70.0s，850℃～927℃、0.01s～-1-1-170.0s和927℃～1008℃、0.1s～70.0s，對應(yīng)的失穩(wěn)現(xiàn)象為絕熱

5、剪切帶、局部流動和β相中-1-1的裂紋和空洞；較佳的鍛造熱力參數(shù)為780℃～850℃、0.001s～0.008s，850℃～940℃、-1-1-1-10.001s～0.01s和940℃～1008℃、0.001s～0.01s，對應(yīng)的變形機(jī)制以超塑性為主；最佳-1的鍛造熱力參數(shù)位于900℃、0.001s附近。對于等軸組織TC11鈦合金的β單相區(qū)變形，其流動-1-1失穩(wěn)區(qū)為1008℃～1080℃、4.0s～70.0s，對應(yīng)的失穩(wěn)現(xiàn)象為β晶界的破碎和晶粒的拉長；較-1-1佳的鍛造熱力參數(shù)在應(yīng)變小于0.7時為1030℃～1080℃、0.001s～0.1s，在應(yīng)變大于0.7時-

6、1-1為1020℃～1060℃、0.004s～0.6s，對應(yīng)的變形機(jī)制為動態(tài)再結(jié)晶；最佳的鍛造熱力參數(shù)在-1應(yīng)變小于0.7時位于1060℃～1080℃、0.001s附近，在應(yīng)變大于0.7時位于1040℃～1050℃、-1-10.016s～0.07s。對等軸組織TC11鈦合金的超塑性變形行為進(jìn)行了初步研究。結(jié)果表明，在β單相區(qū)不能獲得超塑性，在α＋β兩相區(qū)可獲得超塑性，且最佳超塑性出現(xiàn)在900℃附近，應(yīng)變速率越低越好，ii南京航空航天大學(xué)博士學(xué)位論文-1這與用加工圖預(yù)測的結(jié)果相吻合。在900℃、0.0001s條件下的延伸率高達(dá)1215％。初生α和β相的體積比對超塑性具

7、有較大的影響，初生α相含量在70％時對應(yīng)著最佳的超塑性。超塑性變形過程中有動態(tài)再結(jié)晶、擴(kuò)散蠕變、晶內(nèi)變形及界面滑移的參與，且界面的滑移以α/β相界面滑移為主。關(guān)鍵詞：TC11鈦合金，動態(tài)材料模型，加工圖，穩(wěn)定或失穩(wěn)變形準(zhǔn)則，本構(gòu)方程，微觀組織，熱力參數(shù)優(yōu)化，變形機(jī)制iiiTC11鈦合金的熱態(tài)變形行為及其鍛造工藝優(yōu)化研究ABSTRACTTC11isanα+βtitaniumalloyandbelongstodifficult-to-deformmaterials,whichhasbeenwidelyusedinaerospaceindustry.Processin