Ti600高温钛合金的热变形行为及加工图研究

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航空发动机的工作环境集高温、高压、高负载于一体,对材料要求极其苛刻,因此,世界各国都在竞相发展600℃高温钛合金,用来制备高推比航空发动机的压气机轮盘、叶片和机匣等。Ti600是我国自主研发的一种在600℃下使用的近α型合金,研究其高温变形特性,对Ti600的热加工具有重要意义。 本文采用热模拟机热压缩试验,结合金相观察和TEM分析,对Ti600合金的高温热变形行为、显微组织演变及高温变形软化机制进行了研究。并根据耗散结构理论,基于动态材料模型建立了Ti600合金的热加工图,分析了其高温变形特性。主要结论如下: (1) 揭示了变形条件对Ti600合金的高温流变应力的影响规律。发现Ti600是一种对温度和应变速率比较敏感的合金,其流变应力曲线具有应力峰值和流变软化特性,变形温度越低,这种软化效果越明显。在相变温度以上高应变速率(10s-1)变形条件下,发生了不连续屈服现象。该现象无法用传统的固溶原子钉扎—脱钉理论合理解释,应与晶界突然增殖大量可动位错有关。 (2) 揭示了变形条件对显微组织演变的影响。发现在相变点以下变形,主要发生片层组织球化。变形温度越高,片层组织球化越快,组织越均匀;变形速率越大片层α弯曲、扭折趋势越明显,变形越不均匀。在相变点上变形,高温使得显微组织晶粒粗大。 (3) 首次建立了用Z参数表征的Ti600合金的稳态流变应力双曲正弦本构方程,获得了热变形激活能和相关的材料参数。通过对本构方程进行实验验证,得到较好的回归效果。 (4) 研究了Ti600合金高温软化机制,发现在相变点以上变形,软化机制以动态回复为主;在相变点以下变形,主要以动态再结晶为主,表现为片层α的球化,球化的主要机制是晶界分离。 (5) 根据热加工图理论,以动态材料模型为基础首次建立了Ti600合金的热加工图,结果表明:在功率耗散效率最大值处(温度为860~930℃,应变速率为0.001~0.03s-1),有超塑性趋势,其塑性可达130%。在温度800~950℃,应变速率0.003~0.03S-1,发生片层组织球化,此区域对应的功率耗散效率为30%~45%左右。在温度800~930℃,应变速率为0.03~10s-1区域内产生流变失稳现象,形成绝热剪切带,进而发生开裂,在制定热加工工艺时应该避免流变失稳区域。
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