ZrTiAlV合金热变形行为及组织与力学性能的研究

发布时间：2019-11-09 03:29

【摘要】：空间飞行器在长期服役过程中受到太空中极其恶劣的环境影响,导致大量的关键零部件损伤或失效。因此,空间技术的发展要求航空结构材料应具有保持结构尺寸稳定性、较高的强度、良好的塑性、韧性、耐腐蚀以及耐高温性能。锆合金具有小的热中子吸收截面、良好耐蚀性能以及在辐照环境中具有长期尺寸稳定性,被认为是一种潜在的航空结构材料。为了满足航空结构材料的高强度要求,近年来发展了一系列高强度Zr TiAlV合金。本文主要研究了ZrTiAlV合金的热变形行为、热变形对Zr TiAlV合金相变的作用以及应力诱发马氏体转变对ZrTiAlV合金拉伸性能的影响。具有粗大β相晶粒的47Zr-45Ti-5Al-3V合金在热变形过程中,流变曲线可以分成三类:A型曲线出现在低温高应变速率条件下,合金仅发生动态回复;B型曲线出现在高温且应变速率为10~（-1） s~（-1）条件下,表现出现应力降和二次屈服现象,并伴随着动态回复和动态再结晶过程;C型曲线出现在高温低应变速率条件下,表现出典型的动态再结晶特征。合金热变形过程中的形变激活能已计算,其值在155.8~186.6kJ/mol范围内变化。对于具有不同初始β晶粒尺寸的47Zr-45Ti-5Al-3V合金的热变形行为,低温高应变速率时,细晶和粗晶合金的流变曲线在变形初期阶段都展现出显著的应力降现象,但粗晶的应力降幅度要比细晶高,合金仅仅发生动态回复;高温低应变速率时,流变曲线展现出典型的动态再结晶特征。细晶和粗晶的峰值应力都随变形温度的增加和应变速率的降低而降低,在给定的变形温度和应变速率,粗晶合金的峰值流变应力显著高于细晶合金。基于热加工图分析,细晶合金最优热加工参数是850?C和10-3s~（-1）,而粗晶合金是950?C和10-3 s~（-1）。对于具有片状初始α相组织的47Zr-45Ti-5Al-3V合金的热变形行为,在α+β相区,流变曲线表现出连续流变软化现象;流变软化程度随着应变速率的增加先降低再增加;在高温低应变速率变形时,热变形机制主要是片状α相的球化;低温高应变速率变形时,热变形机制主要是流变局部剪切带。在β单相区,低温高应变速率变形时,合金的热变形机制是β相动态回复;而高温低应变速率变形时,合金热变形机制是β相动态再结晶。在热变形过程中,具有片状初始α相47Zr-45Ti-5Al-3V合金发生了α→β相的转变。在550?C变形时,β相的体积分数随着应变速率的增加而增加;在600和650?C变形时,β相的体积分数随着应变速率的增加先降低然后逐渐增加。与变形前相比,变形后β相的体积分数要比变形前高。热变形促进了有片状初始α相47Zr-45Ti-5Al-3V合金的α→β相转变。51.1Zr-40.2Ti-4.5Al-4.2V合金从β单相区淬火后获得亚稳态β相组织。在室温拉伸过程中,合金将发生应力诱发马氏体转变,应力诱发马氏体的含量随应变速率和初始β相晶粒尺寸的增加而降低。应力诱发马氏体转变对51.1Zr-40.2Ti-4.5Al-4.2V合金拉伸性能有明显影响,随应变速率和初始β相晶粒尺寸的增加,应力诱发马氏体转变的触发应力增加,而抗拉强度逐渐降低。合金的加工硬化率曲线可以分成三个阶段;阶段ΙΙ和ΙΙΙ的加工硬化率随应变速率和初始β相晶粒尺寸的增加而逐渐降低。
【图文】：

图 1-1 具有密排六方的 -Zr 的晶体结构示意图[32]Fig. 1-1 Sketch of the crystal structure of -Zr (HCP)-2 体心立方结构的 -Zr 和密排六方结构 -Zr 之间的取向关

图 1-1 具有密排六方的 -Zr 的晶体结构示意图[32]Fig. 1-1 Sketch of the crystal structure of -Zr (HCP)Basal planePrism planea directiod
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.414

【参考文献】

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1 韩冰;7075z铝合金高温塑性变形行为研究[D];广东工业大学;2003年

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本文编号：2558216