TC20钛合金的变形热效应和局部流动行为
发布时间：2021-01-14 09:30
借助Gleeble-3800热力模拟试验机对锻态TC20钛合金进行了等温恒应变速率压缩试验,研究了该合金在变形温度为940～1 030℃、应变速率为0.001～10s-1条件下流动应力的变化规律。根据试验数据,计算了不同变形条件下的温升值,分析了变形热产生的规律特征。基于应变速率敏感指数m等值线图和失稳图的叠加图,结合组织观察验证,分析了热变形参数对TC20钛合金局部流动行为的影响。结果表明,TC20钛合金的流动应力随变形温度的升高而减小,随应变速率的增加而增大。变形热效应造成的温升随应变速率的增加而增大,随变形温度的升高而降低。合金在变形温度为940～990℃,应变速率为0.32～10s-1下变形时,随着变形温度的降低和应变速率的增加,合金易发生局部流动。
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(10)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
TC20钛合金的原始组织
图2为TC20钛合金在变形温度为940～1 030℃和应变速率为0.001～10s-1条件下的真应力-真应变曲线。可以看出，变形初期，流动应力随着应变的增加而急剧增加，直到在很小的应变下达到应力峰值。在随后的变形过程中，应力逐渐减小直至出现相对稳定的应力。一般来说，真应力-真应变曲线可以揭示流动应力与热力学行为之间的内在关联。在热压缩开始时，由位错密度增加引起的加工硬化占主导作用，导致流动应力迅速增加，并产生明显的峰值应力[9]。随着变形继续进行，流动应力逐渐减小，呈现流动软化特征。当加工硬化作用和软化作用达到动态平衡时，流动应力趋于稳定。此外，从图2可以看出，流动应力曲线对变形温度和应变速率非常敏感。当应变速率恒定时，流动应力随变形温度升高而减小，说明TC20钛合金是热敏感型材料。这是因为随着变形温度的升高，合金的热激活效应增强，原子的平均动能增大，晶体发生滑移的临界切应力减小，削弱了对位错运动及晶间滑移的阻碍作用；同时，温度的升高有利于流动软化的进行，使得位错密度下降，抵消了热变形过程中的加工硬化，从而促使流动应力减小[10,11]。当变形温度恒定时，流动应力随应变速率的增加而增大，说明TC20钛合金还是应变速率敏感型材料。这是因为随着应变速率增加，合金在单位时间内的形变量增加，位错增殖速率加快，导致位错密度增加，位错运动受阻，临界切应力升高；同时流动软化过程时间缩短，位错的攀移与滑移不能充分进行，从而使得流动应力增大[12,13]。流动软化是钛合金高温变形过程真应力-真应变曲线上呈现的典型特征，一般认为流动软化行为与变形造成的热效应有关[14]。
利用TC20钛合金热压缩试验所获得的真应力-真应变曲线数据，根据式（2）可计算不同变形条件下的温升值。图3为不同变形温度、应变速率和应变下所对应的温升曲线。可以看出，当应变速率一定时，变形热导致的温升与温度成反比，即随变形温度的升高而降低。这是因为变形温度越高，试样与外界环境中的温差越大，热量散失速度加快，热压缩产生的变形热可以迅速散失；高温变形时变形抗力降低，单位体积变形所需要的能量减少[16,17]。当变形温度为940℃，应变速率为0.001s-1和10s-1时，变形温升的最大值分别为4.31和21.87℃，相差约5倍，说明变形热造成的温升随着应变速率的增加而增大。这是因为在低应变速率下，试样的变形热大部分能够通过夹具散失到环境中，对变形试样的温度影响不大；而在高应变速率下，变形抗力增大，试样变形时间较短，单位时间内的变形量增大，产生的变形热在短时间内来不及散失而大量存储于试样内部，导致试样温度急剧上升[18]。2.3 局部流动工艺参数范围及其分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ti-48Al-2Nb-2Cr合金热变形行为及本构关系研究[J]. 倪红明,董显娟,徐勇,鲁世强,龚思恒. 特种铸造及有色合金. 2020(02)
[2]变形参数对Ti-22Al-24Nb合金高温流动应力及组织影响[J]. 周峰,王克鲁,鲁世强,黄赟. 特种铸造及有色合金. 2018(12)
[3]PH13-8Mo不锈钢热变形行为研究[J]. 舒小勇,鲁世强,李贵发,王克鲁. 特种铸造及有色合金. 2018(11)
[4]TA15钛合金魏氏组织变形局域化行为研究[J]. 杨克娜,徐勇,董显娟,鲁世强,倪红明. 特种铸造及有色合金. 2018(11)
[5]铝锶合金高温塑性变形行为及本构方程[J]. 万帆,运新兵,毕胜,裴久杨. 中国有色金属学报. 2018(05)
[6]新型医用钛合金材料的研发和应用现状[J]. 于振涛,余森,程军,麻西群. 金属学报. 2017(10)
[7]TA15钛合金热变形应力应变曲线及本构模型[J]. 骆俊廷,陈艺敏,尹宗美,张艳姝,张春祥. 稀有金属材料与工程. 2017(02)
[8]生物医用钛合金材料发展现状及趋势[J]. 任军帅,张英明,谭江,隋永哲,王娟,张小荣. 材料导报. 2016(S2)
[9]Ti60合金热变形行为及微观组织[J]. 王克鲁,鲁世强,李鑫,欧阳德来,董显娟. 特种铸造及有色合金. 2016(05)
[10]喷射成形FGH95高温变形流变应力行为与预测[J]. 郭彪,葛昌纯,徐轶,张宇,孙传水. 中国有色金属学报. 2012(11)
博士论文
[1]损伤容限型TC4-DT合金锻件组织性能控制研究[D]. 彭小娜.西北工业大学 2014
本文编号：2976656
【文章来源】：特种铸造及有色合金. 2020,40(10)北大核心
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
TC20钛合金的原始组织
图2为TC20钛合金在变形温度为940～1 030℃和应变速率为0.001～10s-1条件下的真应力-真应变曲线。可以看出，变形初期，流动应力随着应变的增加而急剧增加，直到在很小的应变下达到应力峰值。在随后的变形过程中，应力逐渐减小直至出现相对稳定的应力。一般来说，真应力-真应变曲线可以揭示流动应力与热力学行为之间的内在关联。在热压缩开始时，由位错密度增加引起的加工硬化占主导作用，导致流动应力迅速增加，并产生明显的峰值应力[9]。随着变形继续进行，流动应力逐渐减小，呈现流动软化特征。当加工硬化作用和软化作用达到动态平衡时，流动应力趋于稳定。此外，从图2可以看出，流动应力曲线对变形温度和应变速率非常敏感。当应变速率恒定时，流动应力随变形温度升高而减小，说明TC20钛合金是热敏感型材料。这是因为随着变形温度的升高，合金的热激活效应增强，原子的平均动能增大，晶体发生滑移的临界切应力减小，削弱了对位错运动及晶间滑移的阻碍作用；同时，温度的升高有利于流动软化的进行，使得位错密度下降，抵消了热变形过程中的加工硬化，从而促使流动应力减小[10,11]。当变形温度恒定时，流动应力随应变速率的增加而增大，说明TC20钛合金还是应变速率敏感型材料。这是因为随着应变速率增加，合金在单位时间内的形变量增加，位错增殖速率加快，导致位错密度增加，位错运动受阻，临界切应力升高；同时流动软化过程时间缩短，位错的攀移与滑移不能充分进行，从而使得流动应力增大[12,13]。流动软化是钛合金高温变形过程真应力-真应变曲线上呈现的典型特征，一般认为流动软化行为与变形造成的热效应有关[14]。
利用TC20钛合金热压缩试验所获得的真应力-真应变曲线数据，根据式（2）可计算不同变形条件下的温升值。图3为不同变形温度、应变速率和应变下所对应的温升曲线。可以看出，当应变速率一定时，变形热导致的温升与温度成反比，即随变形温度的升高而降低。这是因为变形温度越高，试样与外界环境中的温差越大，热量散失速度加快，热压缩产生的变形热可以迅速散失；高温变形时变形抗力降低，单位体积变形所需要的能量减少[16,17]。当变形温度为940℃，应变速率为0.001s-1和10s-1时，变形温升的最大值分别为4.31和21.87℃，相差约5倍，说明变形热造成的温升随着应变速率的增加而增大。这是因为在低应变速率下，试样的变形热大部分能够通过夹具散失到环境中，对变形试样的温度影响不大；而在高应变速率下，变形抗力增大，试样变形时间较短，单位时间内的变形量增大，产生的变形热在短时间内来不及散失而大量存储于试样内部，导致试样温度急剧上升[18]。2.3 局部流动工艺参数范围及其分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ti-48Al-2Nb-2Cr合金热变形行为及本构关系研究[J]. 倪红明,董显娟,徐勇,鲁世强,龚思恒. 特种铸造及有色合金. 2020(02)
[2]变形参数对Ti-22Al-24Nb合金高温流动应力及组织影响[J]. 周峰,王克鲁,鲁世强,黄赟. 特种铸造及有色合金. 2018(12)
[3]PH13-8Mo不锈钢热变形行为研究[J]. 舒小勇,鲁世强,李贵发,王克鲁. 特种铸造及有色合金. 2018(11)
[4]TA15钛合金魏氏组织变形局域化行为研究[J]. 杨克娜,徐勇,董显娟,鲁世强,倪红明. 特种铸造及有色合金. 2018(11)
[5]铝锶合金高温塑性变形行为及本构方程[J]. 万帆,运新兵,毕胜,裴久杨. 中国有色金属学报. 2018(05)
[6]新型医用钛合金材料的研发和应用现状[J]. 于振涛,余森,程军,麻西群. 金属学报. 2017(10)
[7]TA15钛合金热变形应力应变曲线及本构模型[J]. 骆俊廷,陈艺敏,尹宗美,张艳姝,张春祥. 稀有金属材料与工程. 2017(02)
[8]生物医用钛合金材料发展现状及趋势[J]. 任军帅,张英明,谭江,隋永哲,王娟,张小荣. 材料导报. 2016(S2)
[9]Ti60合金热变形行为及微观组织[J]. 王克鲁,鲁世强,李鑫,欧阳德来,董显娟. 特种铸造及有色合金. 2016(05)
[10]喷射成形FGH95高温变形流变应力行为与预测[J]. 郭彪,葛昌纯,徐轶,张宇,孙传水. 中国有色金属学报. 2012(11)
博士论文
[1]损伤容限型TC4-DT合金锻件组织性能控制研究[D]. 彭小娜.西北工业大学 2014
本文编号：2976656
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