TC4-DT钛合金热变形行为及显微组织演变的模拟研究

发布时间：2017-07-18 23:14

  本文关键词：TC4-DT钛合金热变形行为及显微组织演变的模拟研究

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【摘要】：TC4-DT合金是我国自主研发的中强高韧损伤容限型两相钛合金,在航空航天结构件的应用前景广泛。结构件的成形通常是经过热变形加工,而其优良的性能则由热变形后的显微组织结构决定,因此研究钛合金热变形行为及其显微组织演变规律对制定合理的热加工工艺,进而获得具有良好性能的加工件具有重要意义。本文采用Gleeble-3500热模拟试验机对TC4-DT合金在变形温度920~1040℃,应变速率0.001~50s-1条件下进行等温压缩试验,结合金相分析系统,研究了合金高温变形行为,并建立了合金的加工图来优化变形工艺参数,同时利用DEFORM-3D对合金热变形过程中显微组织演变进行了模拟。具体的研究工作如下:(1)根据等温压缩变形试验数据,研究了合金的流动应力的变化特征和动态再结晶规律,得到了合金热变形时的热激活能Q值和流动应力的本构方程,同时对建立的流动应力模型进行了验证,发现模型具有较高的精度。通过金相技术分析了变形后合金的显微组织演变规律,发现合金在较小应变速率下动态再结晶发生较完全,随着变形温度和变形程度的增加都有利于动态再结晶的发生;而在高应变速率下,软化机制以动态回复为主。(2)根据合金流动应力值,得到了TC4-DT合金基于Presad和Murty判据下的加工图。加工图预测的失稳区均在高应变速率段,得到失稳变形区的热力参数分别为920~950℃、0.03~50 s-1,950~1010℃、0.56~50s-1,1010~1040℃、0.58~50 s-1。TC4-DT合金在稳定变形区存在两个峰值η区域,分别在相变点两边的区域。同时得到较佳变形区的热力参数分别为920~950℃、0.001~0.03 s-1,960~1040℃、0.001~0.56 s-1。通过对显微组织观察,发现在失稳变形区,合金主要存在局部流动和β晶粒不均匀变形失稳缺陷;在稳定变形区,合金动态再结晶进行充分。(3)根据热模拟压缩实验和金相实验,建立了TC4-DT合金β单相区热变形过程的动态再结晶模型。在DEFORM-3D平台上采用元胞自动机法模拟了TC4-DT合金不同变形条件下的显微组织演变情况,模拟结果显示:随着形变量的增加,发生动态再结晶越来越充分,晶粒变得均匀细化;不同区域的显微组织演变情况有所不同,大变形区域发生动态再结晶行为较早且更充分,最终动态再结晶百分数达到100%;相同温度下,随着应变速率的降低,动态再结晶发生更充分,但是晶粒尺寸反而增大;模拟结果与实验结果相当接近,相对误差小于9.2%。
【关键词】：TC4-DT钛合金 热变形行为 显微组织 加工图 元胞自动机
【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 引言8-9
• 1.2 钛合金简介9-11
• 1.2.1 钛合金的特点与分类9
• 1.2.2 钛合金的应用9-10
• 1.2.3 损伤容限钛合金10
• 1.2.4 TC4-DT钛合金的应用及其研究现状10-11
• 1.3 钛合金热变形行为11-13
• 1.3.1 金属热变形行为简介11
• 1.3.2 钛合金热变形研究的主要内容11-13
• 1.4 显微组织模拟技术的研究现状13-14
• 1.5 元胞自动机14-17
• 1.5.1 元胞自动机法(CA)简介14-15
• 1.5.2 CA模型的构造15-17
• 1.5.3 元胞自动机的应用17
• 1.5.4 元胞自动机法(CA)与蒙特卡罗方法(MC)的区别17
• 1.6 本文研究的目的和主要内容17-19
• 第二章 TC4-DT钛合金高温变形行为研究19-34
• 2.1 引言19
• 2.2 实验材料和方法19-21
• 2.2.1 实验材料19
• 2.2.2 实验方法19-21
• 2.2.3 显微组织观察21
• 2.3 变形参数对TC4-DT钛合金流动应力的影响21-25
• 2.3.1 应变速率对流动应力的影响21-23
• 2.3.2 变形温度对流动应力的影响23-25
• 2.4 TC4-DT钛合金流动应力模型的建立25-29
• 2.4.1 流动应力模型的建立25-28
• 2.4.2 流动应力模型的验证28-29
• 2.5 变形参数对TC4-DT钛合金显微组织的影响29-32
• 2.5.1 应变速率对显微组织的影响29-30
• 2.5.2 变形温度对显微组织的影响30-32
• 2.5.3 变形程度对显微组织的影响32
• 2.6 本章小结32-34
• 第三章 TC4-DT钛合金加工图的构建与分析34-46
• 3.1 引言34
• 3.2 基于动态材料模型的加工图理论简介34-37
• 3.2.1 动态材料模型简介34-36
• 3.2.2 加工图中失稳区和稳定区的确定36-37
• 3.3 基于Prasad判据的加工图37-40
• 3.3.1 加工图的构建37-38
• 3.3.2 加工图的分析38-40
• 3.4 基于Murty判据的加工图40-42
• 3.4.1 加工图的构建40
• 3.4.2 加工图的分析40-42
• 3.5 TC4-DT钛合金的热变形特征分析42-44
• 3.6 本章小结44-46
• 第四章 TC4-DT钛合金 β 锻显微组织演变的数值模拟46-61
• 4.1 引言46
• 4.2 动态再结晶CA模型的建立46-50
• 4.2.1 模型的几个假设46-47
• 4.2.2 位错密度模型47
• 4.2.3 回复模型47
• 4.2.4 动态再结晶形核和长大模型47-48
• 4.2.5 动态再结晶体积分数与再结晶晶粒尺寸48-50
• 4.3 显微组织模拟的参数设定50-51
• 4.4 模拟结果与分析51-59
• 4.4.1 变形过程中的模拟结果与分析51-55
• 4.4.2 不同部位的组织演变模拟分析55-58
• 4.4.3 变形参数对模拟的显微组织的影响58-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第五章 结论与展望61-64
• 5.1 结论61-62
• 5.2 展望62-64
• 参考文献64-68
• 发表论文和参加科研情况说明68-69
• 致谢69-70

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