钛及钛合金微压缩变形行为及微观组织演变规律研究

发布时间：2017-04-29 01:01

  本文关键词：钛及钛合金微压缩变形行为及微观组织演变规律研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：现代科学技术发展迅速,产品微型化已成为影响工业发展的重要因素,因此微制造技术也随之变得更加重要。近些年,一种新兴起的微制造技术——微塑性成形被应用到工业生产中。微塑性成形具有生产效率高、材料利用率高、成本低、无污染及净成形等优点,而且成形零件具有较好的机械性能。但是传统的用于宏观塑性成形的材料及变形行为的分析方法等均已不再适用,所以开发新材料并对微塑性成形机理方面进行研究势在必行。而钛及钛合金是具有良好综合性能的新型材料,可以应用于各个领域,若能将两者结合起来,对微成形和钛合金的应用都是十分有利的。本文首先通过热处理工艺获得五种晶粒尺寸的TA2纯钛和TC4钛合金的四种典型显微组织,分别在室温和高温进行微压缩实验,分析钛及钛合金在变形温度、应变速率、晶粒尺寸(显微组织)和试样尺寸多参数相互作用下的微压缩变形行为,分析试样参数和工艺参数对材料流动应力的影响,揭示钛及钛合金微压缩过程的组织演变规律,为以后的钛及钛合金材料微成形提供参考。TA2纯钛的微压缩实验结果表明:试样尺寸的减小,导致流动应力的下降,而且较小试样尺寸的变形区组织畸变较严重;流动应力随晶粒尺寸的减小而升高,但在室温微压缩时出现反常现象,当晶粒尺寸过大时,流动应力反而升高。在高温下进行微压缩时,晶粒尺寸越小,再结晶形核数目越多;室温时变形材料对应变速率的敏感性低于高温,在高温时,随着应变速率的减小,流动应力有降低的趋势。纯钛高温微压缩时,随着应变速率的减小,其显微组织中的再结晶可以充分进行。变形温度越高,流动应力越低,再结晶形核数目增多而且再结晶晶粒有长大的趋势;TA2纯钛试样室温微压缩时,晶粒尺寸越大、试样尺寸越小,试样的表面越粗糙,鼓形越不均匀。TC4钛合金的微压缩实验结果表明:无论室温还是高温,试样尺寸越小,流动应力越低,而试样尺寸对组织演变的影响不大;不同显微组织的力学性能有所不同,魏氏组织的强度最高,但塑性较差;而等轴组织的塑性最好,但强度略低。在高温时,等轴组织的再结晶形核主要发生在α相晶粒的晶界处,而网篮组织和魏氏组织的再结晶形核主要分布在α片丛的交界处,而且大角度晶界主要分布在再结晶形核区域;随着应变速率的减小,流动应力均有所降低,只是室温时流动应力的变化较小,表现出对流动应力的低敏感性。而在高温微压缩时,应变速率越小,变形时间越长,有更多的时间进行动态再结晶,而且再结晶晶粒有长大趋势,除此之外,随着应变速率的减小,小角度晶界的含量降低;变形温度越高,流动应力越低。随着变形温度的升高,显微组织中的小角度晶界减少,当变形温度从750℃升高到800℃时,发生再结晶,随着变形温度的进一步升高,再结晶晶粒长大;室温时TC4钛合金不同显微组织微压缩试样的断口均为准解理断口。
【关键词】：微压缩 变形行为 组织演变 TA2纯钛 TC4钛合金
【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4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-25
• 1.1 课题来源及研究目的和意义10-11
• 1.2 微塑性成形尺寸效应的研究现状11-17
• 1.2.1 尺寸效应对流动应力的影响11-13
• 1.2.2 尺寸效应对断裂行为的影响13-14
• 1.2.3 尺寸效应对摩擦的影响14-17
• 1.3 微塑性成形过程的研究现状17-22
• 1.3.1 微挤压17-18
• 1.3.2 微拉深18-20
• 1.3.3 微冲裁20-22
• 1.4 钛及钛合金在微成形上的应用22-23
• 1.5 本课题的主要研究内容23-25
• 第2章 微压缩实验材料及方案25-34
• 2.1 引言25
• 2.2 实验材料25-28
• 2.2.1 TA2 纯钛的热处理工艺26-27
• 2.2.2 TC4 钛合金的热处理工艺27-28
• 2.3 实验设备28-30
• 2.4 实验方法30-33
• 2.4.1 试样制备30-31
• 2.4.2 微压缩实验方案31-32
• 2.4.3 分析测试方法32-33
• 2.5 本章小结33-34
• 第3章 TA2 纯钛微压缩变形行为及微观组织演变34-53
• 3.1 引言34
• 3.2 TA2 纯钛微压缩变形行为研究34-41
• 3.2.1 试样尺寸34-36
• 3.2.2 晶粒尺寸36-38
• 3.2.3 应变速率38-40
• 3.2.4 变形温度40-41
• 3.3 TA2 纯钛试样室温微压缩的表面形貌特征41-45
• 3.3.1 晶粒尺寸对TA2 纯钛室温微压缩试样表面形貌的影响41-43
• 3.3.2 试样尺寸对TA2 纯钛室温微压缩试样表面形貌的影响43-45
• 3.4 TA2 纯钛微压缩过程微观组织演变规律研究45-52
• 3.4.1 试样尺寸45-47
• 3.4.2 晶粒尺寸47-49
• 3.4.3 应变速率49-50
• 3.4.4 变形温度50-52
• 3.5 本章小结52-53
• 第4章 TC4 钛合金微压缩变形行为及微观组织演变53-72
• 4.1 引言53
• 4.2 TC4 钛合金微压缩变形行为研究53-59
• 4.2.1 试样尺寸53-54
• 4.2.2 显微组织54-56
• 4.2.3 应变速率56-58
• 4.2.4 变形温度58-59
• 4.3 TC4 钛合金室温微压缩试样的断口形貌59-61
• 4.4 TC4 钛合金微压缩过程微观组织演变规律研究61-71
• 4.4.1 试样尺寸61-62
• 4.4.2 显微组织62-65
• 4.4.3 应变速率65-67
• 4.4.4 变形温度67-71
• 4.5 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-78
• 致谢78

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