水下搅拌摩擦加工Ti-15-3合金的组织及超塑性变形

采用水下搅拌摩擦加工技术制备细晶Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn(Ti-15-3)合金。通过电子背散射衍射对搅拌区(stirring zone,SZ)晶粒细化机制进行分析。用电子万能试验机对SZ试样进行超塑性拉伸。结果表明:SZ高角度晶界比例为74.5%,平均晶粒尺寸为1.8μm,主要的晶粒细化机制为连续动态再结晶;在变形温度为675℃,应变率为3×10^(-4)s^(-1)时,SZ试样的伸长率达到了465%,为超塑性,主要变形机制为晶界滑移,同时伴随连续动态再结晶和β→α相变。

热变形Ti-15-3合金再结晶晶粒的分形分析

根据分形几何学理论,分析热变形Ti-15-3合金固溶处理后的再结晶组织。分别采用小岛法和盒维数法计算出晶粒的分形维数,并探讨分形维数、晶粒尺寸与变形条件之间的关系。结果表明:再结晶晶粒形态具有自相似性,表现出典型的分形特征;且随着变形程度、变形速率的增加和变形温度的降低,再结晶晶粒尺寸减小,分维增大。分形理论的应用为非规则热变形组织的定量研究提供了一种新的方法。

Ti-15-3合金热反挤成形微观组织的模拟

通过等温压缩试验和金相分析研究了热变形参数对Ti-15-3合金固溶处理后微观组织的影响,并采用人工神经网络的方法建立了其等效晶粒尺寸及再结晶晶粒体积百分数与变形程度、变形速率和变形温度之间的数学模型。将此模型与热力耦合刚粘塑性有限元法相结合,对Ti-15-3合金热反挤成形固溶处理后的组织场进行数值模拟,并相应地进行了试验研究,模拟值与实测值吻合较好。这些研究成果对确定Ti-15-3合金工艺参数有重要意义。

Ti-15-3合金热变形过程晶粒轴比的预测

研究了变形参数对Ti 15 3合金热变形后晶粒轴比的影响 ,并采用人工神经网络方法建立了其晶粒轴比与变形程度、变形速率和变形温度之间的数学模型。将此模型与热力耦合刚粘塑性有限元方法相结合 ,对Ti 15 3合金热反挤成型过程的晶粒轴比场进行数值模拟和相应实验研究 ,结果表明 ,预测值与实测值吻合较好。

Ti-15-3合金高温变形机制分析

对Ti-15-3合金进行了等温压缩物理模拟试验,计算不同变形条件下的激活能数值,探讨此合金高温变形的主要机制。结果表明,在实验范围内,变形是一个热激活过程,其中变形速率对激活能的影响不大,而随温度和变形量的升高,激活能呈下降趋势。变形合金的透射电镜照片表明位错的攀移和交滑移为合金变形的主要机制。

Ti-15-3合金高温变形的微观组织

Ti- 15 - 3合金的组织和性能对工艺参数十分敏感 ,生产中不易获得组织和性能稳定一致的产品 .通过在Gleeble - 15 0 0型热加工模拟试验机上进行的等温恒应变速率压缩试验和金相及透射分析 ,研究了变形温度、变形程度和变形速率对Ti- 15 - 3合金热变形后的显微组织的影响 .分析表明 ,Ti- 15 - 3合金高温变形时很容易发生动态回复 ,高温大变形量下低速变形时可发生少量的再结晶 .这些研究对于制定该合金合理的热变形工艺 。

Ti-15-3合金热变形实验研究

在Gleeble - 15 0 0热模拟机上对Ti- 15 - 3合金试样进行了热压缩试验 ,根据应力应变曲线研究了该合金在高温时的流动特性 ,由金相观察分析了热变形参数对该合金组织的影响 .此研究结果对确定Ti- 15 -

Ti-15-3合金再结晶组织的预测

通过热模拟压缩试验和定量金相法研究了热变形参数对Ti-15-3合金固溶处理过程中再结晶组织的影响规律。随着变形温度的降低、变形程度和变形速率的增大,再结晶晶粒尺寸减小,再结晶体积分数增大。采用人工神经网络的方法建立了再结晶晶粒尺寸和再结晶体积分数的预测模型。预测结果与实测结果吻合较好,表明该方法对Ti-15-3合金热变形固溶处理后的再结晶组织具有良好的预测能力。这对于制定其合理的热加工工艺、保证产品质量具有重要意义。

Ti-15-3合金的拉伸变形及冷压成形

为鉴定Ti-15-3亚稳β钛合金的冷成形性,利用合金薄板的真实应力—应变曲线确定了相应的应变刚指数,厚向异性指数γ等力学参量,同时也进行了弯曲、回弹、杯突、拉深等冷成形性模拟试验,并测定了最小拉深系数和极限拉深比。试验结果证明该合金具有优良的冷成形性,适合制作各种薄壁构件。

Ti-15-3合金冷轧变形过程中的组织演变及力学性能

采用金相显微镜、透射电镜和X射线衍射仪等研究Ti-15-3合金板材在交叉换向轧制过程中的组织演变规律和力学性能变化。结果表明:经过5道次换向冷轧、厚度方向总变形量为80%的Ti-15-3合金板中,形成了间隔的纤维带状组织,其内部形成了200 nm左右的亚微米级晶粒。纤维组织的形成过程分为3个阶段,第一阶段,在个别晶粒内部形成局部剪切带;第二阶段,拉长带状组织内部平行排列的剪切带相互交叉并逐渐碎化;第三阶段,形成间隔的纤维组织,其内部晶粒为亚微米级。在轧制变形中,经1道次变形后,抗拉强度迅速升高到949 MPa,随后抗拉强度最终缓慢增加至1 021 MPa。固溶态合金以每道次30%的压下量经过5道次换向冷轧并于450℃时效4 h后,抗拉强度为1 646 MPa。

Ti-15-3合金中短裂纹萌生与扩展的微观机理

利用扫描电镜(SEM)和背散射电子衍射(EBSD)技术研究了Ti-15-3合金中晶粒取向差对短裂纹萌生与扩展的影响.结果表明:在Ti-15-3合金中,98%相邻晶粒之间的取向差大于10°;相邻晶粒中,大的晶粒取向差有利于短裂纹的萌生,小的晶粒取向差有利于短裂纹的扩展;短裂纹的尖端方向与下一个晶粒的滑移带方向夹角大于35°时,裂纹穿过此晶粒时容易发生曲折,走"Z"字形路线;小于35°,裂纹沿着滑移带方向扩展;短裂纹尖端扩展到晶界时,如果裂纹尖端方向与晶界的方向之间的夹角小于35°,裂纹沿晶扩展;大于35°,裂纹穿晶扩展.

Ti-15-3合金经冷轧和时效后的显微组织及力学性能

利用光学显微镜、透射电镜和X射线衍射仪等研究了Ti-15-3合金在五种不同工艺轧制过程中组织的演变规律以及轧制和时效处理后的显微组织和力学性能。结果表明:采用三种单向冷轧工艺均可以将2.9 mm厚的合金板很好地轧制成厚度约为0.6 mm的板材,并且轧后其晶粒逐步细化到纳米尺度,最小尺寸达到19.1 nm;固溶态合金经过40%/道次-3道次的冷轧并于450℃时效4 h后,由于出现了双相纳米组织,使合金的抗拉强度达到1 562 MPa,比冷轧态的提高了45%。

热变形参数对Ti-15-3合金流动应力的影响

在Gleeble-1 50 0热模拟机上对Ti-1 5-3合金试样进行了热压缩试验 ,以获得不同应变、应变速率和温度下材料的流动应力 .根据相应的应力曲线研究了该合金在高温时的流动特性 ,并采用神经网络的方法建立了该合金高温变形抗力与应变、应变速率和温度对应关系的预测模型 .结果表明 ,神经网络能够较精确地预测材料的流动应力 .

Ti-15-3合金热变形固溶显微组织的多重分形研究

以Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)合金热变形固溶再结晶显微组织的金相照片作为研究对象,基于Matlab软件平台,自行开发了图像处理及多重分形分析程序,实现了从材料组织结构形貌图像上提取其相应的概率测度和标度指数的功能,并计算了多重分形谱。结果表明,在当前的观测尺度范围内,Ti-15-3合金热变形固溶再结晶显微组织具有多重分形特征。且随着再结晶晶粒尺寸的增大和形变晶粒尺寸的减小,多重分形谱宽Δα减小,表明显微组织分布越均匀。另外,在再结晶晶粒尺寸相差不大时,随着再结晶百分数的增大,最大最小概率子集维数的差值Δf增加,再结晶晶粒为主导分布,显微组织更为细化均匀。这些研究为材料组织结构的定量表征提供了新的思路。

Ti-15-3合金热变形显微组织的分形

以Ti-15-3合金热压缩变形显微组织的TEM像作为研究对象,基于Matlab软件平台,开发了图像处理及分形分析程序,采用盒维数法对不同变形温度、变形程度和变形速率下的显微组织形貌进行了分形分析。结果表明:Ti-15-3合金热塑性变形显微组织具有分形特征,可以采用分形维数对其形貌进行定量描述,且显微组织的分形维数随着变形温度的升高而减小,随着变形程度和变形速率的增大而增大;随着流变应力的增大,与之相对应的显微组织的分形维数增大;分形维数反映了热变形过程中软化过程进行的程度和金属变形抗力的大小;分形维数越小,软化过程进行得越充分,金属的变形抗力越小。

Ti-15-3合金超塑性行为及组织演化

采用恒应变速率法研究了Ti-15-3合金的超塑性变形行为以及变形过程中的显微组织演化。结果表明，n-15-3合金在变形温度为750-850℃，应变速率为3．2×10-5-2．2×10-3s-1的条件下获得了较好的超塑性，并且温度为800℃，应变速率为3．2×10-4s-1时，最大伸长率达到了565％。在最佳变形条件下，试样变形区发生了明显的动态再结晶，有利于原始B晶粒进一步细化，超塑性得到较大程度地提高。但随着变形温度的升高和应变速率的降低，高温下变形时间大幅延长，再结晶的B晶粒聚集长大，导致显微组织发生显著粗化，超塑性能下降。超塑性拉伸后，n-15-3合金断口上的空洞体积分数较高且空洞之间相互连接，变形温度对空洞尺寸影响显著，空位聚集和空洞连接是Ti-15-3合金超塑性断裂的主要机理。

固溶时效处理对Ti-15-3合金显微组织及力学性能的影响

用金相显微镜、透射电镜和电子拉伸机研究了固溶时效处理对Ti—15—3合金组织和力学性能的影响。结果表明，Ti-15-3合金经固溶与时效处理后，析出的针状α相随原始β相晶粒尺寸的增大而变得细小、均匀，合金的强度增大，塑性降低；在仅相析出形式一致的前提下，强度的高低取决于α相的尺寸和α相所占体积分数；在650～710℃高温时效状态下，温度越高析出的α相越少且尺寸细小。因此，合金的强度和塑性受α相的数量、大小、均匀性等综合因素的影响。

Ti-15-3合金超塑性变形及微观组织演变

研究了Ti-15-3合金以不同的应变速率进行一段拉伸与二段拉伸后的力学性能与微观组织。试样在超塑性变形过程中发生了不同程度的连续动态再结晶,第二相粒子弥散分布在β相基体中,晶粒尺寸随变形量的增加而减小,而晶界取向差则随变形量的增加而增加。非理想组织的Ti-15-3合金在二段拉伸条件下表现出更好的超塑性。

热处理工艺对Ti-15-3合金热轧棒材显微组织与力学性能的影响

通过金相显微镜、透射电镜观察及拉伸试验,研究了不同固溶及时效处理工艺对Ti-15-3合金热轧棒材微观组织和力学性能的影响。结果表明:Ti-15-3合金的晶粒尺寸随固溶温度的升高而长大迅速,合金的强度随固溶时间的延长而降低,且以2#工艺合金的综合性能较好;合金时效后的强度主要取决于α相的尺寸及其体积分数的综合效应,且以10#工艺合金的组织和力学性能较为理想。