TA15合金的热变形行为及加工图

研究了TA15合金的热模拟压缩实验。结果表明:变形温度的升高和应变速率的减小使峰值应力和稳态应力显著降低,变形温度会影响进入稳态流动所需变形量。以热模拟压缩实验为基础,建立的加工图表明:TA15合金高温变形时存在2个非稳定区域,一个是变形温度1300K以上和应变速率10.0s-1以上的区域,另一个是变形温度1200K以下和应变速率0.006s-1～1.995s-1之间的区域。同时,建立的TA15合金高温变形时的流动应力模型表征了变形温度、应变速率和变形程度对流动应力的影响,模型的计算精度较高。

TA15合金高温本构方程的研究

在Gleeble-1500热模拟试验机上对TA15合金进行了恒应变速率热压缩变形实验,在变形温度为850℃-1030℃、应变速率为1.0s^-1-0.0001s^-1范围内,测得了应力-应变曲线。以经典的双曲正弦形式的模型为基础,采用线性回归方法建立了TA15合金的高温本构关系,同时也通过对数据回归处理确定了合金不同温度下的应力指数n、应变激活能Q等数值,为TA15合金锻造过程的数值模拟提供了基础。

变形温度对TA15合金组织和性能的影响

研究了变形温度对原始坯料为片状组织的TA15合金显微组织和性能的影响。随着变形温度(1030～930℃)的降低,合金的室温抗拉强度、延伸率及断面收缩率均增加。β区变形的镦粗试样为片状组织,在剧烈变形区和自由变形区,1080℃变形时β晶粒的动态再结晶程度比1030℃高。两相区变形镦粗试样的显微组织为过渡型组织,难变形区和剧烈变形区及自由变形区组织差别较大。

TA15合金热变形行为研究

用Gleeble-1500型热模拟试验机对TA15合金进行了变形温度为650～1 000℃、应变速率为0．001～1s-1的热压缩试验,研究了工艺参数对流变应力及组织的影响,计算了应力速率敏感指数m及变形激活能Q,建立了本构方程。结果表明:流变应力随变形温度升高而降低,随应变速率提高而增大;应力速率敏感指数m随变形温度的升高而增大。650～850℃时变形激活能为386．32 kJ／mol,850～1 000℃时为479．365 kJ／mol,预示在不同的温度区间具有不同的变形机制。

TA15合金表面Ni-SiC复合镀层的摩擦磨损性能

采用共沉积法在TA15合金表面制备了Ni-Si C复合镀层,分析了Ni-Si C复合镀层对基体合金硬度和磨擦磨损性能的影响,并对其摩擦磨损机制进行了讨论。结果表明:所制备的Ni-Si C复合镀层组织致密且与基体结合紧密,硬度明显高于TA15合金基体。摩擦磨损实验结果表明,Ni-Si C复合镀层能为TA15合金提供良好的摩擦磨损抗力,在相同的摩擦条件下,Ni-Si C复合镀层的磨损率明显低于TA15合金。TA15合金与GCr15球和Al2O3球对磨的磨损机制均主要为犁削磨损、粘着磨损,同时伴随有氧化磨损和轻微的磨粒磨损;Ni-Si C复合镀层与GCr15磨球对磨的磨损机制主要为镀层组织的拔出及GCr15钢球在其表面上的涂抹,与Al2O3磨球对磨时的磨损机制主要为疲劳磨损和削层磨损。

TA15合金及其在飞机结构中的应用前景

总结分析了TA15合金的成分、组织、力学性能、工艺性能和相关使用性能。TA15合金作为一种新型的近α型钛合金,具有较好的综合力学性能以及优良的锻造、热处理和焊接工艺性能。TA15合金可用来制造飞机隔框、壁板等工作温度较高、受力较复杂的重要结构零件。

变形温度对大塑性变形TA15合金显微组织和力学性能的影响

在600~800℃温度区间对TA15合金进行多向等温锻造,利用金相显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)以及拉伸试验研究了变形温度对微观组织与力学性能的影响。结果表明:经3道次多向等温锻造后,TA15合金发生细化和球化,随变形温度的升高,等轴α机械破碎细化效应受到抑制,而片状α细化更加明显,不连续动态再结晶(dDRX)机制逐渐被激发。在800℃时,变形体内同时发生连续动态再结晶(cDRX)和dDRX,且在试样局部剧烈形变区域发生了形变诱导α→β相的转变。随变形温度的升高,材料抗拉强度和断后伸长率的变化趋势相反,且相比于伸长率,其抗拉强度下降更为显著,在600℃多向锻造条件下其抗拉强度最高。最后,通过经典强化模型的定量分析,证实了TA15合金多向等温锻造时其强度的提高除受细晶强化和位错强化外,晶粒形态、亚结构及大塑性变形(SPD)形成的特殊晶界结构也将对材料的屈服强度产生影响。

XRD线形傅氏分析方法研究TA15合金热压缩变形后的位错

利用XRD线形傅氏分析方法定量分析TA15合金在750、800和925℃热压缩变形后的位错亚结构。结果表明：利用XRD线性傅氏分析的方法可以比较方便地定量表征位错信息：位错类型主要为基面（0002）、柱面（1010）和锥面（1011）型位错。存750℃、1s^-1变形条件下，随应变量的增加，直到60％变形量时，位错密度仍在增加。而在800℃、1s^-1变形条件下，位错密度先增加后降低。各变形条件下位错密度均在10^10-10^11cm^-2的范围；750℃变形后，各晶面的位错密度随应变量增加而增加，但是基面（0002）和锥面（1011）位错随应变量的增加的速度更快，说明此温度下基面和锥面位错更易滑移；800℃变形后锥面位错密度随着应变量增加稍有增加，而柱面（1010）和基面（0002）的变化很大。

α片层厚度对TA15合金动态球化行为的影响

分别以1020℃保温30min后空冷和炉冷得到的TA15合金为原材料,对其进行等温恒应变速率压缩试验,研究了温度800～950℃、应变速率0.001～1s-1、真应变0.51～1.20时,不同原始α片层厚度对TA15合金动态球化行为的影响。结果表明:真应力-真应变曲线均呈现出明显的流动软化,峰值应力和流动软化率对α片层厚度的依赖程度较小。当热变形参数相同时,细片状比粗片状组织更容易发生动态球化,这与其在试验范围内测得的变形激活能分别为597kJ/mol和650kJ/mol是一致的。TA15合金中片状α除了形成低和高角度界面及强烈的局部剪切带导致动态球化外,还有动态再结晶等其它方式。

TA15合金等温挤压过程的热力耦合模拟

通过分析变形温度为800-1050℃，应变速率为0．01-70s^-1条件下的实验数据.建立了TA15合金高温变形时的本构关系模型。运用有限元软件对TA15合金等温挤压过程进行了数值模拟，获得了不同挤压变形条件对变形区等效应变、等效应力、等效应变速率和温升的影响。结果表明，上模速度对变形体的等效应力、温升、载荷的影响显著。

热变形参数对TA15合金组织的影响及其相变动力学

采用Gleeble-1500热模拟机单道次热压缩变形实验和元胞自动机方法观察模拟了TA15在变形温度为750~1100℃、应变速率为0.01~1s-1范围内的微观组织变化,研究了不同变形参数对等温热压缩过程中微观组织和性能的影响;根据元胞自动机模拟结果,计算其相变动力学。热压缩实验结果表明,该合金属于温度敏感型和应变速率敏感型合金,随着温度的升高或应变速率的降低,β相含量增加;元胞自动机模拟结果表明,相变动力学Avrami指数n在2.0~3.0之间。

TA15合金高温应力松弛和流变应力行为

对TA15合金进行600～700℃下的应力松弛试验和675～800℃下的单向拉伸试验,研究其应力松弛行为的特征及影响因素,得出TA15合金在高温下的流变应力行为规律。结果表明,在600～700℃下TA15合金应力松弛行为可以分为两个阶段:第一阶段为应力松弛过程前100 s,试样内的残余应力快速下降;第二阶段残余应力下降缓慢,经过1 500 s后剩余应力基本不变,趋向于某一个极限值;温度对应力松弛影响很大,温度越高,应力松弛越快;初应力、预应变、轧制方向对应力松弛影响不大,且随温度的升高影响变小。在675～800℃下TA15合金流变应力随温度的升高而降低,通过对单拉试验数据进行拟合,得出TA15合金流动应力符合第一类本构方程。

变形温度对炉冷态TA15合金α＋β两相区流动应力和组织的影响

利用Thermecmastor-Z型热模拟试验机,在α+β两相区对炉冷态TA15合金进行等温恒应变速率压缩实验,获得高温塑性流动的真应力-真应变关系曲线特征,并采用金相显微镜对其变形后的显微组织进行观察。结果表明,变形温度对炉冷态TA15合金的流动应力的影响与应变速率大小密切相关;并且获得了试验参数范围内的热变形过程的较佳工艺参数范围,其热加工温度为850￣900℃,应变速率为0.001～0.01s-1。

TA15合金热压缩流变应力修正及神经网络预测

文章采用Gleeble-1500热模拟试验机对TA15合金进行了等温热压缩试验;对试验数据进行了摩擦修正,以修正后的流变应力为基础,研究了在不同的热变形条件下,TA15合金流变应力的变化规律;采用人工神经网络的方法建立了该合金在不同温度范围内流变应力曲线的预测模型。预测值与实测值吻合较好,表明该方法能够很好地预测TA15合金在热变形过程中流变应力的变化。

纳米Ni-SiC复合涂层对TA15合金磨擦磨损性能的影响

利用电镀技术在TA15合金表面上制备了纳米Ni-SiC复合涂层。研究了TA15合金基体及Ni-SiC复合涂层在室温和600℃时的磨损行为。结果表明,制备的Ni-SiC复合涂层致密,与基体结合较好,显微硬度要高于TA15合金的。室温时Ni-SiC复合涂层的平均摩擦系数比TA15合金基体的高,而在600℃时Ni-SiC复合涂层的平均摩擦系数要小于TA15合金的。600℃时Ni-SiC复合涂层的质量损失要低于TA15合金的,说明温度较高时Ni-SiC复合涂层具有较好的耐磨性。室温时TA15基体的磨损机制主要为黏着磨损、氧化磨损和摩擦磨损,而Ni-SiC复合涂层的磨损机制为摩擦磨损;600℃时TA15基体的主要磨损机制为黏着磨损、氧化磨损、摩擦磨损和疲劳磨损,而Ni-SiC复合涂层的磨损机制为摩擦磨损、疲劳磨损和氧化磨损。

片层厚度对TA15合金β相区变形行为的影响

将具有不同α片层厚度的两种转变组织的TA15合金分别在Ther mecmaster-Z型热模拟试验机上进行等温恒应变速率压缩试验,研究了温度为1000～1100℃、应变速率为0.001～10s-1时合金的热变形行为。结果表明,两种不同组织的TA15合金在β相区相同热力参数变形时,真应力-真应变曲线的形貌和真应力值基本相同,变形激活能为(170±2)kJ/mol,且微观组织特征基本相似,以β相的动态再结晶为主。但在1050℃、0.01～1s-1变形时,细片层组织的合金发生β相动态再结晶的体积分数总是略高于粗片层组织的合金,这可能与细片层组织的合金较早发生α→β相转变、且β相也较早开始再结晶有关。

TC4和TA15合金的高温摩擦磨损性能对比研究

分别采用GCr15和Al_2O_3球作为摩擦配副,研究了TC4和TA15两种不同Ti合金在600℃时的高温摩擦磨损性能,分析了其磨损机制。结果表明,与GCr15对磨时,TC4合金的平均摩擦系数较TA15略高。与Al_2O_3球对磨时,TC4的平均摩擦系数较TA15略低。TA15合金在高温下无论是与GCr15还是与Al_2O_3球对磨,其磨损失重均小于TC4合金。在高温下,基体合金表面(包括TC4和TA15)的氧化加剧了其磨损程度。

热挤压工艺对TA15合金管组织结构和力学性能的影响

研究了Φ170mm×30mm×LTA15钛合金挤压管坯在950℃和1050℃两种不同加热区热挤压成形的显微组织,分析了两种不同形貌的组织形态对其高温力学性能的影响。结果表明:β相区1050℃加热挤压获得的片层状组织的高温力学性能较两相区950℃加热挤压的等轴双态组织的高。

热变形参数对TA15合金片层组织球化过程的影响

通过轧制试验和OM、TEM观察研究了不同热变形参数对TA15合金片层组织球化过程的影响。结果表明:魏氏组织中α片层与β相薄层之间的变形不一致,随变形增加,能量聚集达到α相的晶界迁移和β相在片层α相内镶嵌所需变形激活能,即发生片层球化。变形温度为920℃时,α片内的位错在高温下更易发生动态回复,不利于片层α相的球化;变形温度为880℃时,TA15合金的显微组织球化率明显升高。

粗片层状组织TA15合金高温本构关系研究

利用THERMECMASTOR-Z型热模拟试验机对粗片层状组织TA15合金进行了变形温度为750～1100℃、应变速率为0．001～10S。的热压缩试验。研究了变形温度、应变速率、应变对流动应力的影响，并采用逐步回归法合理地选取了影响流动应力的“最优”自变量子集，建立了合金的本构关系模型。结果表明，所建立的本构关系模型能够用来表征该合金热变形过程的力学行为；误差分析表明，该逐步回归法本构关系模型具有较高的精度，可用于指导粗片层状组织TA15合金热加工工艺制定，并可用于粗片层状组织TA15合金热变形过程的有限元模拟。