PDF《空冷态 TC11 钛合金的高温流变行为及加工图》

文献[4]侧重于动态球 化动力学,虽在实验参数范围内优化了变形参数,但 实验选用的温度和应变速率却相对较窄.另外,该类 钛合金在 相变点以上加工或热处理后,如果冷却速 度较慢(如空冷和炉冷) ,可得到较粗大的 晶粒,若在相区进一步加工,通过动态再结晶过程可进行细 化,为后续加工创造良好的组织基础. 加工图技术是 Prasad[5,6] 和Murty[7,8] 等学者在动态 材料模型理论的基础上发展起来的,是用于材料热变 形参数设计和优化的工具.根据加工图技术,材料在 热变形时用于微观组织变化的功率的多少可用功率耗 散效率 来表示,其数学定义式为[9] : (1) 在固定的应变下, 随温度和应变速率的变化可在二 者构成的平面上形成功率耗散图.为了避开易产生变 形缺陷的温度和应变速率范围, Murty 等[7] 提出了流变 失稳判据,可表示为: 或(2) 利用该判据可在温度和应变速率构成的平面上确 定失稳区, 并叠加在功率耗散图上建立加工图. 利用加 工图,可避开失稳区域、获取较佳的变形参数范围.目前,加工图技术广泛地用于研究材料的热变形行为[10] 和预测变形缺陷[11] 等. 本实验拟以空冷态 TC11 钛合金为研究对象,在 覆盖 两相区和 单相区的较宽温度和应变速率 范围进行热压缩实验, 利用实验数据绘制出流动应力- 应变曲线及加工图来研究该合金的高温流变行为、流 变失稳现象、 两相区片层组织球化以及 单相 区动态再结晶,以期对该合金热加工工艺的设计提供 理论指导.

1 实验实验材料为空冷态 TC11 钛合金, 相变点为

1008 ℃, 原始金相组织如图

1 所示. 从图

1 可以看出, 该合金具有粗大的原始 晶粒和较薄的 片层组织, 粗大的 晶粒内部有许多位向不同的 丛.经测量, 晶粒的大小约为

642 μm, 片层的厚度约为 0.9 μm.通过机械加工把来料加工成φ

8 mm*12 mm 的 圆柱体. 利用 THERMECMASTOR-Z 型热加工模拟试验机 进行等温压缩实验.实验采用的应变速率为 0.001, 0.01,0.1,1.0,10.0 s-1 ;

变形温度为 750,800,850, 900,950,1000,1050,1100 ℃,共计

40 个变形规 范.所有试样的高度压缩率均为 50%,对应的真应变 图1TC11 钛合金的原始金相组织照片 Fig.1 Original optical microstructure of titanium alloy TC11 约为 0.7.试样利用真空感应加热,压缩过程中由焊接 在试样侧表面中部的热电偶实时测量温度.在实验过 程中温度和应变速率由计算机控制,并采集不同温度 和应变速率下的流动应力数据.试样的升温速率为

10 ℃/s,保温时间为

210 s.为了 冻结 高温变形组 织,试样变形后立即喷氦气冷却.变形试样沿平行于 压缩轴线对半剖开,取其中一半按标准金相试样制备 步骤制样,用体积比为 1:3:6 的HF+HNO3+H2O 的腐 蚀液进行腐蚀,利用 XJP-6A 型金相显微镜进行微观 组织观察.

2 结果与分析 2.1 流动应力~应变曲线 图2为空冷态 TC11 钛合金在不同温度和应变速 率的流动应力-应变曲线,其中图 2a 和2b 的变形温度 位于 两相区,图2c 的变形温度位于 单相区. 从图

2 可以看出,总体上,流动应力随温度的降低和 应变速率的升高而增大. 从图

2 还可以看出, 在 两相区的不同应变速率下,变形初期的流动应力随应 变的增大急剧增大,在较小的应变下就达到峰值,然 后随着应变的增大流动应力呈现持续的下降(在 两相区的低温区)或先下降最后在某个应变下趋于接 近稳定的应力值(在 两相区的中、高温区),该应 变值的大小与应变速率有关,应变速率大时则应变值 大,反之则小.在 单相区,变形初期的流动应力亦 随应变的增大急剧增大,但达到峰值后,随应变的增 大流动应力略有下降然后逐渐趋于稳定,流动应力变 化较为平缓. 金属的高温变形过程是微观组织变化........