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TC6钛合金是一种综合性能良好的马氏体型α+β两相钛合金,具有较高的室温强度,在退火状态下,比TC4合金高85MPa,而且在450℃以下具有良好的热强性能。但该合金的锻造温度范围狭窄,工艺性能较差,难以适应航空复杂构件精密成形的需求。因此,研究TC6钛合金的超塑性并为其在工程方面的应用提供技术支持具有很现实的意义。
本文作者采用应变速率循环法和应变诱发超塑性法分别研究了TC6钛合金粗细两种晶粒,在变形温度为850℃、900℃、950℃时的超塑性特点。研究结果表明,随着温度的升高,流动应力逐渐减小;随着应变的增加,流动应力先增加,后减小;随着应变速率的增加,流动应力逐渐增加。
研究发现TC6钛合金的超塑性性能较好。应变速率循环法的应变速率区间为1×10-3~1×10-5s-1,其中900℃时,超塑性最好。细晶粒材料的延伸率为700%以上,应力-应变曲线第二周期下降阶段,应变速率敏感性指数m值最大为0.87,是同一周期三个温度中最高值,最佳应变速率为l×10-5s-1。而粗晶粒材料为202%。应变诱发法:细晶粒材料的最佳变形温度为900℃。预变形量为30mm时,延伸率为1428%,22.5mm时为1116.3%。粗晶粒材料的最佳变形温度为850℃,预变形量为22.5mm时,延伸率为524.08%。
利用金相显微镜对试样断口附近和夹头部分组织进行了观察,发现断口附近组织在拉伸的过程中原始晶粒破碎、细化、等轴化,从而提高了合金的超塑性;随着温度的升高和变形量的增加以及时间的延长,晶粒将发生再结晶、粗化、聚集、长大,α相向β相转变的比例增大。在一定的范围内随着β相的增多,超塑性越好,其中时间对夹头部分晶粒大小的影响比温度要小。
本文基于应变速率循环法建立了TC6钛合金的本构模型,该模型反映了材料流动应力与变形温度、应变速率、应变之间的关系。为钛合金的锻造过程的数值模拟提供了基础。本方法与普通方法相比,只需少量实验便可获得大量实验数据,从而快速测定它的最佳变形温度、m值和最佳应变速率等超塑性参数,可简化其基础研究工作,为TC6钛合金的实际工程应用提供理论基础。