TC21钛合金热态变形行为及加工图

发布时间：2017-10-24 04:24

  本文关键词：TC21钛合金热态变形行为及加工图

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【摘要】：TC21钛合金作为新型的损伤容限钛合金,具有高强度、高断裂韧性和低裂纹扩张速率等特点,是应用于航空领域的重要结构材料。本文以片状组织TC21钛合金为研究对象,在应变速率0.001s-1~10s-1、变形温度760℃~920℃范围内进行等温恒应变速率热压缩实验,分析了该合金在不同温度和应变速率下的真应力-真应变曲线,建立了高温变形本构方程;绘制出TC21钛合金加工图,优化了热加工工艺参数。这对制定TC21钛合金热加工工艺规范具有一定的指导意义。TC21钛合金的真应力-真应变曲线总体呈应变软化型,流动应力随应变速率的降低和变形温度的升高而减小,对应变速率和变形温度都较敏感,且在不同的应变速率和变形温度范围其敏感性不同,在高应变速率时的敏感性大于低应变速率时的敏感性。通过检验分析发现Arrhenius方程对TC21钛合金的适用性较差,鉴于此,本文提出了TC21钛合金高温变形本构模型,并进行多元线性回归获得了模型系数。误差分析表明,该本构方程具有较高的精度,计算值与实验值的平均相对误差为7.64%,能较好地描述TC21钛合金在高温变形过程中的流动行为。分别基于Prasad、Murty和Malas准则建立TC21钛合金加工图,结合微观组织观察,发现对于这三个准则,Murty准则比Prasad准则和Malas准则的预测更为可靠。根据基于Murty准则的加工图结合组织观察得到流动失稳区为:变形温度760℃~780℃、应变速率0.008s-1~10 s-1,变形温度780℃~810℃、应变速率0.03s-1~10s-1和变形温度810℃~850℃、应变速率0.1s-1~10s-1,在这些区域主要的失稳现象有45°宏观剪切裂纹、绝热剪切带和局部流动;得到较佳加工区热变形参数范围为:变形温度860℃~910℃、应变速率4s-1~10s-1和变形温度855℃~913℃、应变速率0.001s-1~0.008s-1,这些区域的微观组织为部分片状?的等轴化及扭折,对应过渡的变形机制;得到最佳加工区热变形参数范围为:变形温度875℃~895℃、应变速率7s-1~10s-1和变形温度880℃~910℃、应变速率在0.001s-1附近,这些区域对应的变形机制为片状?相的等轴化。
【关键词】：TC21钛合金 热变形行为 本构方程 加工图 微观组织
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 钛合金简介8-13
• 1.1.1 钛合金的分类及特点8-9
• 1.1.2 钛合金的微观组织与性能9-11
• 1.1.3 钛合金的应用及研发方向11-13
• 1.1.3.1 钛合金的应用11
• 1.1.3.2 新型钛合金的研发方向11-13
• 1.2 TC21钛合金及其研究现状13-14
• 1.3 钛合金加工图研究进展及应用14-16
• 1.4 本文研究目的及研究内容16-17
• 第二章 实验材料与方法17-19
• 2.1 实验材料17
• 2.2 实验方法17-18
• 2.3 组织观察与分析18-19
• 第三章 TC21钛合金流动应力曲线及本构方程19-32
• 3.1 引言19-20
• 3.2 TC21钛合金流动应力-应变曲线20-23
• 3.2.1 变形温度对流动应力的影响20-21
• 3.2.2 应变速率对流动应力的影响21-23
• 3.3 TC21钛合金本构方程的建立23-30
• 3.3.1 Arrhenius方程适用性分析23-28
• 3.3.2 本构模型的提出及系数的确定28
• 3.3.3 本构方程的验证28-30
• 3.4 本章小结30-32
• 第四章 TC21钛合金加工图研究及组织验证32-58
• 4.1 引言32
• 4.2 加工图理论基础32-37
• 4.2.1 动态材料模型理论32-34
• 4.2.2 塑性流动失稳及稳定准则34-37
• 4.2.2.1 Prasad失稳准则34-35
• 4.2.2.2 Murty失稳准则35
• 4.2.2.3 Malas稳定准则35-37
• 4.3 基于Prasad准则的TC21钛合金加工图37-42
• 4.3.1 基于Prasad准则加工图的制作37-39
• 4.3.2 加工图分析与工艺优化39-42
• 4.3.2.1 流动失稳区分析39-40
• 4.3.2.2 稳定变形区分析40-41
• 4.3.2.3 变形工艺优化41-42
• 4.4 基于Murty准则的TC21钛合金加工图42-46
• 4.4.1 基于Murty准则加工图的制作42-43
• 4.4.2 加工图分析与工艺优化43-46
• 4.4.2.1 流动失稳区分析43-44
• 4.4.2.2 稳定变形区分析44-45
• 4.4.2.3 变形工艺优化45-46
• 4.5 基于Malas准则的TC21钛合金加工图46-50
• 4.5.1 基于Malas准则加工图的制作46-47
• 4.5.2 加工图分析与工艺优化47-50
• 4.5.2.1 流动失稳区分析47-49
• 4.5.2.2 稳定变形区分析49-50
• 4.6 变形机制分析及组织验证50-57
• 4.6.1 失稳区变形机制分析及组织验证50-55
• 4.6.1.1 45°宏观剪切裂纹及内部绝热剪切带50-53
• 4.6.1.2 局部流动53-55
• 4.6.2 稳定区变形机制分析及组织验证55-57
• 4.7 本章小结57-58
• 第五章 结论58-60
• 参考文献60-64
• 发表论文和参加科研情况说明64-65
• 致谢65

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本文编号：1087026