本文關(guān)鍵詞：TC4-DT鈦合金熱變形行為及顯微組織演變的模擬研究

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【摘要】：TC4-DT合金是我國自主研發(fā)的中強(qiáng)高韌損傷容限型兩相鈦合金,在航空航天結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用前景廣泛。結(jié)構(gòu)件的成形通常是經(jīng)過熱變形加工,而其優(yōu)良的性能則由熱變形后的顯微組織結(jié)構(gòu)決定,因此研究鈦合金熱變形行為及其顯微組織演變規(guī)律對制定合理的熱加工工藝,進(jìn)而獲得具有良好性能的加工件具有重要意義。本文采用Gleeble-3500熱模擬試驗機(jī)對TC4-DT合金在變形溫度920~1040℃,應(yīng)變速率0.001~50s-1條件下進(jìn)行等溫壓縮試驗,結(jié)合金相分析系統(tǒng),研究了合金高溫變形行為,并建立了合金的加工圖來優(yōu)化變形工藝參數(shù),同時利用DEFORM-3D對合金熱變形過程中顯微組織演變進(jìn)行了模擬。具體的研究工作如下:(1)根據(jù)等溫壓縮變形試驗數(shù)據(jù),研究了合金的流動應(yīng)力的變化特征和動態(tài)再結(jié)晶規(guī)律,得到了合金熱變形時的熱激活能Q值和流動應(yīng)力的本構(gòu)方程,同時對建立的流動應(yīng)力模型進(jìn)行了驗證,發(fā)現(xiàn)模型具有較高的精度。通過金相技術(shù)分析了變形后合金的顯微組織演變規(guī)律,發(fā)現(xiàn)合金在較小應(yīng)變速率下動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生較完全,隨著變形溫度和變形程度的增加都有利于動態(tài)再結(jié)晶的發(fā)生;而在高應(yīng)變速率下,軟化機(jī)制以動態(tài)回復(fù)為主。(2)根據(jù)合金流動應(yīng)力值,得到了TC4-DT合金基于Presad和Murty判據(jù)下的加工圖。加工圖預(yù)測的失穩(wěn)區(qū)均在高應(yīng)變速率段,得到失穩(wěn)變形區(qū)的熱力參數(shù)分別為920~950℃、0.03~50 s-1,950~1010℃、0.56~50s-1,1010~1040℃、0.58~50 s-1。TC4-DT合金在穩(wěn)定變形區(qū)存在兩個峰值η區(qū)域,分別在相變點兩邊的區(qū)域。同時得到較佳變形區(qū)的熱力參數(shù)分別為920~950℃、0.001~0.03 s-1,960~1040℃、0.001~0.56 s-1。通過對顯微組織觀察,發(fā)現(xiàn)在失穩(wěn)變形區(qū),合金主要存在局部流動和β晶粒不均勻變形失穩(wěn)缺陷;在穩(wěn)定變形區(qū),合金動態(tài)再結(jié)晶進(jìn)行充分。(3)根據(jù)熱模擬壓縮實驗和金相實驗,建立了TC4-DT合金β單相區(qū)熱變形過程的動態(tài)再結(jié)晶模型。在DEFORM-3D平臺上采用元胞自動機(jī)法模擬了TC4-DT合金不同變形條件下的顯微組織演變情況,模擬結(jié)果顯示:隨著形變量的增加,發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶越來越充分,晶粒變得均勻細(xì)化;不同區(qū)域的顯微組織演變情況有所不同,大變形區(qū)域發(fā)生動態(tài)再結(jié)晶行為較早且更充分,最終動態(tài)再結(jié)晶百分?jǐn)?shù)達(dá)到100%;相同溫度下,隨著應(yīng)變速率的降低,動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生更充分,但是晶粒尺寸反而增大;模擬結(jié)果與實驗結(jié)果相當(dāng)接近,相對誤差小于9.2%。
【關(guān)鍵詞】：TC4-DT鈦合金 熱變形行為 顯微組織 加工圖 元胞自動機(jī)
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG146.23
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 緒論8-19
• 1.1 引言8-9
• 1.2 鈦合金簡介9-11
• 1.2.1 鈦合金的特點與分類9
• 1.2.2 鈦合金的應(yīng)用9-10
• 1.2.3 損傷容限鈦合金10
• 1.2.4 TC4-DT鈦合金的應(yīng)用及其研究現(xiàn)狀10-11
• 1.3 鈦合金熱變形行為11-13
• 1.3.1 金屬熱變形行為簡介11
• 1.3.2 鈦合金熱變形研究的主要內(nèi)容11-13
• 1.4 顯微組織模擬技術(shù)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5 元胞自動機(jī)14-17
• 1.5.1 元胞自動機(jī)法(CA)簡介14-15
• 1.5.2 CA模型的構(gòu)造15-17
• 1.5.3 元胞自動機(jī)的應(yīng)用17
• 1.5.4 元胞自動機(jī)法(CA)與蒙特卡羅方法(MC)的區(qū)別17
• 1.6 本文研究的目的和主要內(nèi)容17-19
• 第二章 TC4-DT鈦合金高溫變形行為研究19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 實驗材料和方法19-21
• 2.2.1 實驗材料19
• 2.2.2 實驗方法19-21
• 2.2.3 顯微組織觀察21
• 2.3 變形參數(shù)對TC4-DT鈦合金流動應(yīng)力的影響21-25
• 2.3.1 應(yīng)變速率對流動應(yīng)力的影響21-23
• 2.3.2 變形溫度對流動應(yīng)力的影響23-25
• 2.4 TC4-DT鈦合金流動應(yīng)力模型的建立25-29
• 2.4.1 流動應(yīng)力模型的建立25-28
• 2.4.2 流動應(yīng)力模型的驗證28-29
• 2.5 變形參數(shù)對TC4-DT鈦合金顯微組織的影響29-32
• 2.5.1 應(yīng)變速率對顯微組織的影響29-30
• 2.5.2 變形溫度對顯微組織的影響30-32
• 2.5.3 變形程度對顯微組織的影響32
• 2.6 本章小結(jié)32-34
• 第三章 TC4-DT鈦合金加工圖的構(gòu)建與分析34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 基于動態(tài)材料模型的加工圖理論簡介34-37
• 3.2.1 動態(tài)材料模型簡介34-36
• 3.2.2 加工圖中失穩(wěn)區(qū)和穩(wěn)定區(qū)的確定36-37
• 3.3 基于Prasad判據(jù)的加工圖37-40
• 3.3.1 加工圖的構(gòu)建37-38
• 3.3.2 加工圖的分析38-40
• 3.4 基于Murty判據(jù)的加工圖40-42
• 3.4.1 加工圖的構(gòu)建40
• 3.4.2 加工圖的分析40-42
• 3.5 TC4-DT鈦合金的熱變形特征分析42-44
• 3.6 本章小結(jié)44-46
• 第四章 TC4-DT鈦合金 β 鍛顯微組織演變的數(shù)值模擬46-61
• 4.1 引言46
• 4.2 動態(tài)再結(jié)晶CA模型的建立46-50
• 4.2.1 模型的幾個假設(shè)46-47
• 4.2.2 位錯密度模型47
• 4.2.3 回復(fù)模型47
• 4.2.4 動態(tài)再結(jié)晶形核和長大模型47-48
• 4.2.5 動態(tài)再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)與再結(jié)晶晶粒尺寸48-50
• 4.3 顯微組織模擬的參數(shù)設(shè)定50-51
• 4.4 模擬結(jié)果與分析51-59
• 4.4.1 變形過程中的模擬結(jié)果與分析51-55
• 4.4.2 不同部位的組織演變模擬分析55-58
• 4.4.3 變形參數(shù)對模擬的顯微組織的影響58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第五章 結(jié)論與展望61-64
• 5.1 結(jié)論61-62
• 5.2 展望62-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明68-69
• 致謝69-70

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