TA32钛合金板材的超塑性能研究

研究了真空环境中TA32钛合金板材在温度950℃、应变速率5.32×10^-4~2.08×10^-2 s^-1条件下的超塑性变形行为。结果表明,在不同应变速率条件下,合金的流变应力曲线特征和显微组织演变显著不同。在应变速率较低(5.32×10^-4~3.33×10^-3 s^-1)条件下,拉伸真应力-真应变曲线呈传统超塑变形的稳态流动特征,变形后的合金中初生α相晶粒尺寸较大;在高应变速率(8.31×10^-3 s^-1~2.08×10^-2 s^-1)条件下,拉伸真应力-真应变曲线中流变应力增大到峰值后快速单调递减直至试样断裂,合金变形过程中初生α相发生动态再结晶,晶粒尺寸较低应变速率条件下显著细化。950℃时,TA32钛合金板材均具有超塑性变形能力,超塑性延伸率在145%~519%之间;当应变速率为5.32×10^-4 s^-1时,具有最佳的超塑性,拉伸延伸率可达519%。断裂区形貌分析发现,TA32钛合金板材的超塑性断裂模式为空洞聚集-连接-长大型断裂。

TA32高温钛合金超塑性能研究

采用恒应变速率法对TA32高温钛合金板材进行超塑拉伸,研究了温度920~980℃和应变速率5×10^(-5)~1×10^(-3)s^(-1)条件下材料的超塑变形行为,并分析了锥形件胀形过程的变形特征和微观组织演变规律。结果表明,TA32合金具有良好的超塑性变形能力,温度920℃、应变速率1×10^(-3)s^(-1)时最大延伸率达到864%。温度为940℃和960℃时,受平面应力变形的锥形件高度较高,分别为90 mm和92 mm;经过不同变形量的变形后微观组织变化并不显著。

TA32钛合金双层结构零件超塑成形/扩散连接工艺

为促进TA32钛合金在航空领域的应用,在温度为930~960℃,应变速率为10^(-3)~10^(-4) s^(-1)条件下对其超塑性进行研究。结果表明,TA32钛合金在温度为930~940℃,应变速率为3×10^(-3) s^(-1)时具有较好的超塑性,最大伸长率可达343.18%。通过超塑性研究,得到最优超塑成形工艺参数为:成形温度940℃,应变速率3×10^(-3) s^(-1),在此工艺参数条件下,采用超塑成形/扩散连接工艺实现了TA32钛合金双层结构零件的制备,并采用数字化测量技术对零件成形精度进行了分析,分析结果表明,零件成形精度高,满足使用要求。

细晶TA15钛合金板材制备工艺及其超塑性研究

研究了β淬火和换向轧制对TA15钛合金板材显微组织和力学性能的影响,并对显微组织最为均匀细小的板材进行了超塑性能测试。结果表明,增加β淬火工艺,可以提高板材显微组织的均匀性,细化晶粒尺寸,提高板材的室温拉伸强度;采用换向轧制工艺,能够显著减小横纵向组织差异,提高组织均匀性,使板材横纵向性能差异减小;对同时采用β淬火和换向轧制工艺制备的板材进行超塑性拉伸试验,在850~920℃、0.001~0.01 s-1试验条件下,板材具有良好的超塑性能,且超塑性能对拉伸温度和拉伸应变速率均较为敏感。不同的应变速率下,温度对超塑性能的影响规律不同。

TA15合金超塑性变形空洞演化及断裂行为

对TA15合金在SANS CMT4104型高温电子拉伸实验机上进行恒应变速率超塑性拉伸试验,研究了合金超塑性变形过程中空洞演化及断裂行为。结果表明:超塑性变形过程中,TA15合金空洞含量和大小受变形量、应变速率和应变速率敏感性指数m值的影响较大。随变形量增大,空洞分别沿拉伸轴方向和垂直于拉伸轴方向发生了聚合和连接,空洞长大由形核时的一般扩散机制向塑性变形机制转变。TA15合金超塑性拉伸试样断口呈针点状,断口上含有大量的韧窝状空洞,空位聚集-空洞连接是TA15合金超塑性断裂的主要机制。

基于m值高效法的TA15合金超塑性变形

对TA15合金在拉伸试验机上进行应变速率敏感因子(m值)高效超塑性变形试验,研究合金的超塑性性能和显微组织。结果表明:在780~950℃变形时,TA15合金呈现出良好的超塑性能;900℃变形时,该合金的超塑性能最好,m值达到0.62,最大伸长率为1287%;随着变形温度的升高,合金的超塑性能降低,950℃时伸长率仅为567%。显微组织分析表明:TA15合金在超塑性变形过程中,晶粒始终保持等轴状;由于变形温度升高,晶粒合并长大,950℃时发生?→?相转变,初生?相体积分数大幅度降低。与最大m值法相比较,m值高效超塑性变形不仅使TA15合金获得了良好超塑性能,变形效率也显著提高。

基于应变速率循环法的TA15钛合金超塑性本构方程

采用应变速率循环法对TA15钛合金进行三组高温超塑性拉伸试验,变形温度区间为850 ～ 950℃,应变速率循环区间为5×10^-6～5×10^-4 s^-1.分析拉伸试验数据后,计算出TA15钛合金动态再结晶激活能Q,结合金相组织分析得出其热变形过程中发生了动态再结晶的结论;并利用Arrhenius模型构建超塑性本构方程,应用origin数据处理软件进行数据分析,求得TA15钛合金高温条件下的超塑性本构方程.运用1 stopt软件修正了该本构方程,使其精度达到99.3％.结果表明,TA15钛合金的流动应力对变形温度较为敏感,随着温度的升高,流变应力逐渐减小,软化机制愈发明显,且在900℃附近的超塑性较好,伸长率达到了846％.

TA15钛合金局部减重中空双层结构超塑成形/扩散连接工艺

在应变速率为0.001 s^(-1)、0.005 s^(-1)、0.01 s^(-1),温度为880℃、900℃、920℃、940℃的条件下对TA15钛合金进行了高温拉伸试验,材料在920℃以上、0.005 s^(-1)以下的延伸率可超过500%,具有优异的超塑性能。计算了TA15钛合金的本构方程及在应变速率为0.005 s^(-1)时,不同温度下的应变敏感性指数m值和材料常数K值。通过超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺,采用有限元模拟对双层结构件的壁厚分布进行分析,并获得了气压加载压力–时间曲线。在温度为920℃时,采用预镂空面板制得了局部减重的中空双层结构件,最小壁厚为0.31 mm,采用超声波C扫描对零件的扩散面积进行分析,结果表明,焊合率高于95%。

TA7钛合金板材高温拉伸变形

利用Gleeble−1500D热模拟试验机对板厚为4 mm的TA7 ELI材料在变形温度为800、850、900、950和1000℃,应变速率为0.01 s^−1和0.001 s^−1下进行高温拉伸实验,获得材料发生超塑性变形的温度区间和应变速率范围。采用炉中高温拉伸实验对Gleeble实验结果进行验证。得出在950~1000℃范围内,应变速率低于0.001 s^−1时,TA7 ELI钛合金高温拉伸会出现超塑性变形。伸长率最高可达260%。在应变速率0.001 s^−1、800℃时,TA7钛合金的断口组织中有动态再结晶现象。1000℃时,断口出现较为粗大的层片状α组织和明显的晶粒长大现象。m和n值都随着温度的升高而增大,在950℃时到达最大值。硬化现象能够有效的抑制颈缩,变形温度为950℃时,材料的硬化和软化达到较好的平衡,易获得较大的伸长率。

钛合金多层板超塑成形/扩散连接数值模拟及工艺研究

超塑成形/扩散连接技术在产品轻量化、整体化方面正得到更广泛的应用。本文以成形件质量为控制目标,通过数值模拟与试验分析相结合的方法对钛合金多层板超塑成形/扩散连接技术进行了研究。通过MARC有限元分析软件建立了多层板SPF/DB有限元分析模型,模拟预测钛合金板料的壁厚分布规律,并获得优化的压力-时间(P-t)曲线,为后续试验的成形气压控制提供参考依据。基于模拟优化,通过工艺试验得到了良好的超塑扩散连接四层板结构件,实现了SPF/DB成形过程控制的科学化。

TA32钛合金超塑性变形行为及本构模型

通过单向拉伸实验研究了TA32钛合金在温度880~940℃、初始应变速率5×10^(-4)~1×10^(-2)s^(-1)条件下的超塑性变形行为和微观组织演变,构建了修正Johnson-Cook本构模型和BP神经网络本构模型。结果表明,TA32钛合金的流动应力与断后伸长率对温度和应变速率敏感,应变速率敏感性指数随应变量增加而减小,随温度升高而增大。温度升高和变形程度增大促进了α→β相转变和两相晶粒长大,应变速率降低使得两相晶粒有所长大。β相晶粒形貌随变形条件改变有显著变化,α相晶粒则保持等轴状。TA32钛合金的超塑性断裂模式为孔洞生长扩展导致的微孔聚集性断裂。相较于修正Johnson-Cook本构模型,BP神经网络本构模型在大范围变形条件下的预测精度更高。

变形参数对TA32合金的超塑性变形行为及微观组织演化的影响

针对我国自主研制的TA32高温钛合金,开展了在变形温度为895～935℃和应变速率为8.3×10^(-4)～1.32×10^(-2)s^(-1)条件下的高温拉伸变形试验研究,利用电子背散射技术(EBSD)表征了不同变形条件下的晶粒形貌、晶粒取向和分布规律。结果表明:TA32合金具有良好的超塑性变形能力,最大断裂延伸率能达到1141.8%。在高温和低应变速率条件下,晶粒的长大容易造成在变形后期真实应力出现上升现象。真实应力和断裂延伸率对变形温度和应变速率均是敏感的,动态再结晶容易在高温或低应变速率条件下发生。在不同变形条件下的超塑性变形过程中,发生了明显的动态再结晶,变形后的织构接近随机取向织构,原始晶粒得到等轴化,提高了晶粒尺寸的均匀性。在变形过程中,不连续动态再结晶是主要的动态再结晶机制,随着变形温度的升高、应变速率的降低和变形程度的增大,不连续动态再结晶的作用在增强,连续动态再结晶的作用则是在减弱。

TA15钛合金超塑性变形时的组织演变

研究了TA15钛合金超塑性变形后显微组织的演变及变形条件对超塑性变形行为的影响。结果表明：在变形温度为850～950℃、应变速率为1×10-4～1×10-3s-1超塑性拉伸时，TA15钛合金表现出良好的超塑性变形性能，且在900℃，5．5×10-4s-1变形条件下，延伸率最大为803．3％。在应变速率不变的条件下，随着变形温度的升高，α相晶粒尺寸增大,β相含量增加，晶粒仍保持细小、等轴状态。在变形温度一定时，随着应变速率的降低，α相晶粒尺寸增大，β相含量增加。同时变形程度对显微组织有显著影响，拉伸后不同部位的显微组织均有一定程度的粗化，变形程度越大，晶粒粗化的越明显，并伴有α相到β相的转变。变形过程中，加工硬化与变形软化相互竞争，表现为传统超塑变形的稳态流动特征。

应变速率对TA15钛合金超塑性的影响

采用恒应变速率拉伸方法研究了应变速率对TA15合金超塑性的影响。结果表明,在变形温度为900℃,应变速率为3.3×10-4～1.1×10-2s-1时,随应变速率的降低,伸长率逐渐增大,最大伸长率为1074%。同时,在高应变速率条件下也获得了良好的超塑性能。此外,应力-应变曲线中出现了较长的应变硬化阶段,应变速率越低,应变硬化阶段越长,并且有利于超塑性变形。微观组织观察表明应变速率对TA15合金显微组织演变有着显著的影响,应变速率越低,显微组织粗化越严重。高应变速率条件下,由于动态再结晶的作用,试样变形区出现了很多新的细小等轴α相。

分步拉伸变形对TA15合金超塑性的影响

采用分步变形法对TA15合金在10kN高温电子拉伸试验机上进行了超塑性拉伸试验，研究了变形温度和预变形量对该合金超塑性性能及微观组织演变。结果表明：变形温度为850～950℃和预变形量为100％～200％时，TA15合金呈现出良好的超塑性；变形温度为900℃和预变形量为150％时，该合金的超塑性能最好，最大延伸率为1456％；变形温度为950℃时，该合金的超塑性能降低，延伸率仅为188％。TA15合金的微观组织状态显示：该合金在拉伸变形过程中微观组织保持等轴状，但是随着变形温度的升高，晶粒开始长大，变形温度越高，晶粒长大越显著。

TA15合金基于变m值法超塑性研究

基于变应变速率敏感性指数m值的方法对TA15合金超塑性进行了研究,在1053~1223 K温度范围内进行了超塑性拉伸实验。结果表明:TA15合金的延伸率为580%~1922%。微观组织分析表明合金变形过程中晶粒随温度升高而逐渐长大,但仍保持等轴状,在1223 K时发生α→β相转变,超塑性能严重下降。与恒应变速率法相比较,该方法大幅度提高了TA15合金的超塑性能。此外,超塑性变形过程中,力学性能和微观组织演变特征与Ashby-Verrall模型较吻合,因此推断出TA15合金基于变m值法超塑性变形的主要机制是扩散蠕变协调的晶界滑移。

TA32钛合金点阵结构成形与力学性能研究

通过实验和仿真研究了TA32钛合金点阵结构的超塑成形过程和点阵结构不同部位压缩/弯曲力学性能与变形特征。结果表明,优化的超塑成形气压加载曲线满足了点阵结构变形应变速率约束和良好成形的需求。基于超塑变形后的有限元网格有效地构建了点阵结构力学性能仿真模型,并实现超塑成形缺陷的保留与传递。点阵结构的边缘蒙皮部位在超塑成形过程中出现了成形不完全和筋条扭曲等成形缺陷。边缘蒙皮部位点阵结构压缩过程变形特征主要为筋条塑性屈曲和结构的剪切变形相互作用,弯曲过程变形特征主要为筋条塑性屈曲和上面板皱曲。中心部位点阵结构的压缩、弯曲变形特征均为筋条塑性屈曲和筋条-面板间形成支撑结构。

TA15钛合金板材单向拉伸超塑变形行为研究

采用TA15钛合金板材,研究了在860～980℃,8.3×10-4～1.7×10-3s-1条件下进行的超塑拉伸性能。结果标明:随着变形温度的升高,延伸率先增加后降低;在940℃、应变速率为1.7×10-3s-1、垂直轧制方向获得最大延伸率为1370%。随着变形温度的升高和拉伸速度的降低,等轴α晶粒尺寸增大。变形温度为940℃时诱发次生α相的析出,少量的层片组织对提高延伸率具有一定的作用。