论文部分内容阅读
TC21钛合金是一种新型的损伤容限型钛合金,因其高强度、高韧性等特点,被广泛应用于航空材料的结构件。因钛合金片层组织具有很强的高温组织稳定性,且导热性能差,在α+β相区变形易产生缺陷,会导致变形困难,很难获得较为理想的加工件,因此需在α+β相区进行大塑性变形来实现等轴化。本文主要对片层TC21钛合金,在变形温度760℃~920℃、应变0.16~0.91和应变速率0.001s-1~10s-1范围内进行等温恒应变速率热压缩实验,绘制出该合金在不同变形参数下的应力-应变曲线,并利用金相显微镜、扫描电镜及透射电镜分析了变形参数对变形组织的影响规律,研究了片层组织的等轴化机理,建立了等轴化动力学模型。分析流动应力曲线得出:应变在很小值时,流动应力已经达到峰值,随应变增大,流动应力降低,温度和应变速率对其也有一定的影响。通过金相显微镜对变形组织进行分析发现,在TC21钛合金片层组织等轴化进程中,变形参数的影响非常大。温度升高,α相的等轴化百分比和等轴化的α相直径增大,但高温容易产生相变,使α相体积减少;应变速率主要影响的是等轴化百分比和α相的形态,高应变速率下易产生局部流动和绝热剪切带等缺陷,低应变速率下的缺陷基本消失,且片层组织等轴化非常明显;在应变逐渐增大的条件下,片层α相形态开始发生改变,先变为长条状或弯折状,最后分离,形成等轴组织。获得TC21钛合金等轴化的较为合理的变形参数范围:温度为880℃~920℃,应变速率0.001s-1~0.01s-1和应变0.59~0.91。通过扫描电镜、透射电镜对片层TC21钛合金等轴化机理分析发现,片层α相等轴化是扩散和形变机制共同作用的结果。在应变速率低的情况下,位错滑移可以弥补变形所产生的缺陷,并且将片层分割,形成亚晶组织。在应变速率高的情况下,易出现形变孪晶,β相沿孪晶形成的α/α界面楔入,导致其分离,实现等轴化。片层α相的弯折与平直分离也是导致等轴化的一个因素。扩散贯穿片层TC21钛合金等轴化的整个过程,且易发生在晶界和位错等缺陷处,因为在这个位置的结构复杂,原子的排列不规则等原因。通过分析变形参数对TC21钛合金片层α相等轴化规律影响,建立了α相等轴化动力学模型,在该模型中,α相等轴化百分比的实验值与计算值基本吻合,能够表征TC21钛合金等轴化动力学过程。