置氢TC2钛合金板材热成形性能研究

发布时间：2017-10-11 06:30

  本文关键词：置氢TC2钛合金板材热成形性能研究

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【摘要】：TC2钛合金是一种700MPa强度等级并具有较好的塑性的近α型钛合金,主要用作板材结构件、焊接件和各种导管,具有良好的热成形性能,热成形温度在600℃左右。TC2钛合金的板材冲压件已经在航空工业中得到了应用,但是在相同的条件下提高板材的成形性能会使TC2钛合金板材具有更加广泛的应用。钛合金的氢致塑性能够降低钛合金的流变应力并提高延伸率,降低钛合金的热成形温度以达到降低制造成本的目的,是一种能够促使TC2钛合金广泛应用的有效途径。本文采用热处理和固态充氢的方法分别得到氢含量为0wt.%、0.06wt.%、0.13wt.%、0.18wt.%、0.3wt.%、0.44wt.%的TC2钛合金,研究了不同氢含量在450℃~600℃、应变速率0.001/s~0.03/s的拉伸力学性能。当氢含量为0.18wt.%,温度为600℃,应变速率为0.001/s时,氢致塑性作用最明显,屈服强度下降31MPa,抗拉强度下降28MPa,延伸率升高41.5%,激活能降低19.65%。TC2钛合金板材置氢后塑性变形能力提高的原因如下:(1)氢为β相稳定元素,可以降低TC2钛合金的相变点,从0H的950℃降低到0.18H的910℃,使塑性较好的β相的含量增加。(2)氢的快速运动促进了位错的运动,进而促进了变形过程中的动态回复作用。(3)氢致弱键作用,置氢后TC2钛合金的弹性模量降低,降低了TC2钛合金内部原子之间的结合力,这会降低位错开动的临界分切应力,导致流变应力降低。本文还研究了在600℃时,0H和0.18H的TC2钛合金的热成形性能,在基于电子万能实验机的胀形模具上进行胀形实验,得到热成形极限图。模拟和实验的结果一致,0.18H的TC2钛合金的热成形极限更大。0H的FLD0值为0.199,0.18H的TC2钛合金的FLD0值为0.23,提高16%。对于45mm宽的TC2钛合金板材,0H的钛合金板材胀形高度为5.8mm,减薄率为52.8%,而0.18H的钛合金板材的胀形高度为7.14mm,减薄率为71.8%。结果表明置氢可有效地改善TC2钛合金的热成形性能。
【关键词】：TC2钛合金板材 氢致塑性 高温拉伸 微观组织 FLD曲线
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-22
• 1.1 引言9
• 1.2 钛合金板材的热成形性能研究现状9-11
• 1.3 TC2 钛合金的研究现状11-12
• 1.3.1 相变与组织12
• 1.3.2 成形工艺和性能12
• 1.4 钛合金的热氢处理技术研究现状12-15
• 1.5 钛氢作用微观机理研究15-20
• 1.5.1 氢致钛合金组织细化16
• 1.5.2 置氢钛合金室温增塑16-17
• 1.5.3 置氢钛合金高温增塑17-18
• 1.5.4 置氢对钛合金超塑性变形的影响18-19
• 1.5.5 置氢对钛合金变形激活能的影响19
• 1.5.6 置氢对钛合金位错密度的影响19-20
• 1.5.7 置氢对钛合金晶体结构和电子结构的影响20
• 1.6 主要研究内容20-22
• 第2章 实验材料及研究方法22-26
• 2.1 研究方案与技术路线22
• 2.2 实验材料22-23
• 2.3 置氢处理23
• 2.4 热处理23
• 2.5 X射线衍射分析(XRD)23-24
• 2.6 力学性能分析24
• 2.7 金相组织观察(OM)24-25
• 2.8 断口分析25
• 2.9 电子背散射衍射分析(EBSD)25-26
• 第3章 置氢TC2 钛合金力学性能的研究26-44
• 3.1 引言26
• 3.2 温度对TC2 钛合金拉伸性能的影响26-27
• 3.3 置氢量对TC2 钛合金拉伸性能的影响27-30
• 3.4 应变速率对TC2 钛合金拉伸性能的影响30-33
• 3.5 置氢对弹性模量的影响33-34
• 3.6 置氢对钛合金板材断裂的影响34-37
• 3.7 置氢对钛合金变形激活能的影响37-40
• 3.8 置氢钛合金本构方程的建立40-43
• 3.9 本章小结43-44
• 第4章TC2 钛合金板材微观组织研究44-64
• 4.1 引言44
• 4.2 置氢TC2 钛合金室温组织44-46
• 4.3 置氢TC2 钛合金的硬度分析46-47
• 4.4 金相法测定相变温度47-49
• 4.5 氢含量对TC2 钛合金拉伸组织的影响49-58
• 4.5.1 置氢对TC2 钛合金弹性模量的影响51-52
• 4.5.2 置氢对TC2 钛合金屈服强度的影响52-53
• 4.5.3 置氢对TC2 钛合金流变应力的影响53-58
• 4.6 温度对TC2 钛合金拉伸组织的影响58-60
• 4.7 应变速率对TC2 钛合金拉伸组织的影响60-62
• 4.8 本章小结62-64
• 第5章 置氢TC2 钛合金板材热成形性能研究64-74
• 5.1 引言64
• 5.2 胀形模具64-66
• 5.3 数值模拟建立成形极限66-69
• 5.4 实验建立FLD曲线69-71
• 5.5 板材厚度、高度的变化比较71-73
• 5.6 本章小结73-74
• 结论74-76
• 参考文献76-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：1010993