TC11钛合金的热态变形行为及其锻造工艺优化研究

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1、南京航空航天大学博士学位论文TC11钛合金的热态变形行为及其锻造工艺优化研究姓名：李鑫申请学位级别：博士专业：材料加工工程指导教师：鲁世强20081001TC11钛合金的热态变形行为及其锻造工艺优化研究＋β两相区的本构关系模型；改进的Arrhenius型幂函数方程亦可作为等轴组织TC11钛合金在整个变形温度区间的本构关系模型。通过数理统计方法确定出了模型中系数。误差分析表明，所建立的本构方程具有较高的精度，片状组织TC11钛合金在近β和β单相区，以及α＋β两相区的平均误差分别为5.04％和5.57％；等轴组织TC11钛合金的平均误差为5.20％。通过改进Arrhen

2、ius型幂函数方程来建立本构关系模型的方法具有普遍适用性，可用于其它材料本构方程的建立。首次利用加工图技术研究了两种初始组织TC11钛合金的锻造工艺优化，分别采用不同的稳定或失稳变形准则绘制了两种初始组织TC11钛合金的加工图，分析和比较了不同稳定或失稳变形准则的适用性。结果表明，基于Murty准则绘制的加工图总体上比基于Prasad或Malas准则绘制的加工图在预测稳定变形区、失稳变形区和优化锻造热力参数方面更准确。基于Murty准则绘制的加工图预测结果表明，对于片状组织TC11钛合金的α＋β两相区变形，其流动失稳区-1-1-1-1为750℃～875℃、0.005

3、s～10.0s和875℃～1000℃、0.2s～10.0s，对应的失稳现象为宏-1观剪切裂纹、绝热剪切带和原始β晶界孔洞；较佳的锻造热力参数为750℃～900℃、0.001s～-1-1-10.005s和900℃～1000℃、0.001s～0.03s，对应的变形机制以球化为主；最佳的锻造热力-1参数位于840℃～980℃、0.001s附近。对于片状组织TC11钛合金的近β和β单相区变形，其流-1-1-1-1动失稳区为1000℃～1100℃、1.0s～10.0s和1075℃～1100℃、0.001s～0.003s，对应的失稳现象为β晶粒拉长、晶界破碎、“项链”状的混和组

4、织以及晶粒的动态长大；较佳的锻造热-1-1-1-1力参数为1000℃～1100℃、0.001s～0.05s（除去1075℃～1100℃、0.001s～0.003s这个小区域），对应的变形机制为动态再结晶；最佳的锻造热力参数在应变小于0.4时位于1050℃、-1-10.001s附近，在应变大于0.4时位于1050℃、0.016s附近。对于等轴组织TC11钛合金的α-1-1-1＋β两相区变形，其流动失稳区为780℃～850℃、0.008s～70.0s，850℃～927℃、0.01s～-1-1-170.0s和927℃～1008℃、0.1s～70.0s，对应的失稳现象为绝热

5、剪切带、局部流动和β相中-1-1的裂纹和空洞；较佳的锻造热力参数为780℃～850℃、0.001s～0.008s，850℃～940℃、-1-1-1-10.001s～0.01s和940℃～1008℃、0.001s～0.01s，对应的变形机制以超塑性为主；最佳-1的锻造热力参数位于900℃、0.001s附近。对于等轴组织TC11钛合金的β单相区变形，其流动-1-1失稳区为1008℃～1080℃、4.0s～70.0s，对应的失稳现象为β晶界的破碎和晶粒的拉长；较-1-1佳的锻造热力参数在应变小于0.7时为1030℃～1080℃、0.001s～0.1s，在应变大于0.7时-

6、1-1为1020℃～1060℃、0.004s～0.6s，对应的变形机制为动态再结晶；最佳的锻造热力参数在-1应变小于0.7时位于1060℃～1080℃、0.001s附近，在应变大于0.7时位于1040℃～1050℃、-1-10.016s～0.07s。对等轴组织TC11钛合金的超塑性变形行为进行了初步研究。结果表明，在β单相区不能获得超塑性，在α＋β两相区可获得超塑性，且最佳超塑性出现在900℃附近，应变速率越低越好，ii南京航空航天大学博士学位论文-1这与用加工图预测的结果相吻合。在900℃、0.0001s条件下的延伸率高达1215％。初生α和β相的体积比对超塑性具

7、有较大的影响，初生α相含量在70％时对应着最佳的超塑性。超塑性变形过程中有动态再结晶、扩散蠕变、晶内变形及界面滑移的参与，且界面的滑移以α/β相界面滑移为主。关键词：TC11钛合金，动态材料模型，加工图，稳定或失稳变形准则，本构方程，微观组织，热力参数优化，变形机制iiiTC11钛合金的热态变形行为及其锻造工艺优化研究ABSTRACTTC11isanα+βtitaniumalloyandbelongstodifficult-to-deformmaterials,whichhasbeenwidelyusedinaerospaceindustry.Processin