Ti-5.5Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金热变形行为研究

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Ti-5.5Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金属于近α型钛合金,具有中强、高塑、高韧、耐蚀、焊接性优良等特点,是一种理想的海洋环境用金属材料。为制定钛合金合理的热加工工艺、调控钛合金零构件微观组织和性能,对钛合金的热变形行为以及组织演变及动态相变规律进行研究具有重要理论意义和应用价值。本文以Ti-5.5Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金为研究对象,对其在温度为855℃~1015℃,应变速率为0.001s-1~10s-1,变形量为30%、60%范围内的热变形行为进行研究,通过金相、扫描电镜以及电子背散射衍射等手段对合金的组织进行表征分析,研究其组织演变及动态相变规律。具体研究内容如下:1.钛合金在热压缩过程中发生了明显的动态软化,流变应力随变形温度的升高呈下降趋势,随变形速率的升高呈上升趋势。基于真应力-应变曲线的实验数据,构建了合金的本构方程,并计算得出钛合金在α+β双相区的热变形激活能为644kJ/mol,在β单相区的热变形激活能为242kJ/mol。2.基于动态材料模型(DMM)及Prasad失稳判据,绘制了在实验条件范围内的热加工图。结果表明:当应变速率为0.001s-1~0.1s-1时,功率耗散因子数值较高,结合功率耗散图可以确定Ti-5.5Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金的理想加工参数范围为860℃~910℃,应变速率为0.001s-1~0.1s-1之间。3.对合金的组织演变以及动态相变规律进行了研究分析,并根据冷却析出的针状α相与原始β基体之间的Burgers取向关系,对高温β相进行重构。结果表明:钛合金在(α+β)相区的主要软化机制为动态再结晶,变形晶粒边界处形成了大量细小的再结晶晶粒以及大角度晶界;在β相区软化机制以β相动态回复为主,变形后粗大β晶粒经冷却转变为晶内交错排列的细长针状α相组织;根据针状α相的取向,重构出高温β相,可以发现,高温β相为粗大的β晶粒,当从高温β相开始冷却时,在原始β晶粒内部析出针状α相。
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