Ti-811合金棒材热连轧过程有限元数值模拟及验证

采用有限元法对Ti-811合金棒材热连轧过程进行数值模拟,分析变形过程中轧件应力场、应变场和温度场的数值以及分布规律,并基于数值模拟结果进行轧制验证,为制定Ti-811合金棒材轧制工艺提供指导。结果表明:模拟连续轧制过程中轧件的最大应力位于与轧辊接触的表面,且由边部到心部逐渐降低;随着轧制道次的增加,应力值逐渐下降、应变量逐渐增大;轧件在各道次的变形过程中表层和心部存在差异,心部变形量大于边部变形量;轧件与轧辊接触的表面层有明显温降,当轧件脱离轧辊后表面层温度逐渐回升,轧制结束后表面层温度回升至初始温度,但心部因变形热积聚温度略有升高,最大温升值达到14℃。基于数值模拟结果在热连轧机组上进行轧制验证,所轧制的Ti-811合金棒材外形尺寸良好,且组织与力学性能满足GJB 9567—2018《叶片用TA11和TC6钛合金棒材规范》要求。

变形方式对Ti-811钛合金棒材组织及性能的影响

研究了精锻、连轧+精锻、连轧三种不同变形方式对Ti-811合金棒材显微组织、力学性能以及超声波探伤的影响。结果表明:在相同变形量下,三种不同变形方式加工的Ti-811合金连轧棒材组织最优,为均匀、细小的等轴α组织,连轧+精锻棒材次之,精锻棒材组织细化效果最差,存在长条α;精锻棒材具有最佳的室温和高温抗拉强度、热稳定性和高温蠕变性能,连轧+精锻棒材次之,连轧棒材最低,但均能满足产品要求;连轧棒材超声波探伤最优,连轧+精锻棒材次之,精锻棒材最差且不能稳定达到转子叶片用棒材杂波水平的要求。

固溶时效对Ti-811合金连轧棒材组织及力学性能的影响

研究了910℃×1 h,AC+580℃×8 h,AC、1010℃×1 h,AC+580℃×8 h,AC和1010℃×1 h,WQ+580℃×8 h,AC 3种不同固溶时效处理制度对Ti-811合金连轧棒材显微组织及力学性能的影响。结果表明:在时效温度不变的情况下,随着固溶温度的提高,初生α相减少、次生α相增多呈片层状分布,并且有晶界α相析出,棒材的室温拉伸、高温拉伸和热稳定性能除屈服强度略有降低外,其余指标变化不大,但高温蠕变性能有较大提高;当固溶制度为1010℃×1h WQ时,次生α相增多,并呈细小针状分布,棒材在塑性保持不变的同时,室温强度,高温强度和热稳定强度均可提高100 MPa以上,并且有更好的抗高温蠕变性能。显微组织中次生α相的数量和形状对棒材的高温蠕变性能影响较大。

多应变率下Ti-811钛合金针状组织压缩变形及断裂机制

采用Instron力学试验机及分离式Hopkinson压杆系统,分别对Ti-811钛合金针状组织进行静、动态压缩实验,以研究其不同应变率下的变形及断裂机制。结果表明:随应变率升高,针状组织屈服强度依次呈现正-负-正的应变速率敏感性,其内在原因是位错滑移机制和孪生变形机制的相互竞争。针状组织在静态和动态加载下的断裂机制明显不同,分别呈现为双剪切及单剪切断裂模式。动态加载试样端面部位可形成连续锯齿形金属屑,这是由高速变形过程中主剪切带两侧金属的剧烈错动被入射杆与透射杆遏制所导致。