Ti750高温钛合金超塑成形性能及组织演变研究

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1、硕士学位论文Ti750高温钛合金超塑成形性能及组织演变研究SUPERPLASTICFORMABILITYANDMICROSTRUCTUREEVOLUTIONOFTi750HIGHTEMPERATURETITANIUMALLOY刘泾源哈尔滨工业大学2011年6月国内图书分类号：TG146.2学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工学硕士学位论文Ti750高温钛合金超塑成形性能及组织演变研究硕士研究生：刘泾源导师：张凯锋教授申请学位：工学硕士学科：材料加工工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：201

2、1年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG146.2U.D.C:621.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSUPERPLASTICFORMABILITYANDMICROSTRUCTUREEVOLUTIONOFTi750HIGHTEMPERATURETITANIUMALLOYCandidate：LiuJingyuanSupervisor：Prof.ZhangKaifengAcademicDegreeAppliedfor：Masterof

3、EngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialsSci.&Eng.DateofDefence：June,2011Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要随着飞行器速度不断提高，对于钛合金的高温性能提出了更高的要求。目前各国研发的高温钛合金主要有Ti-1100、BT18、Ti60、IMI829等，其使用温

4、度在550～650℃之间。国内新近研发的近α型钛合金Ti750其短时使用温度可达750℃，可以用在马赫数飞行器中。钛合金冷成形困难，但它是一种良好的超塑性材料，有的钛合金的延伸率可达到1000%以上。材料在超塑状态下具有成形性能好、流动应力小的特点，可以生产制造形状复杂的零件，所以钛合金的超塑成形得到了广泛的应用。本文以Ti750合金筒形零件超塑成形为背景，对其超塑性能、成形工艺及微观组织演变进行了研究。通过Ti750合金高温拉伸试验，得到了最佳超塑成形温度区间及应变速率敏感性指数m等关键参数。进行了Ti750合金筒

5、形零件超塑成形过程的有限元模拟，根据模拟结果优化了超塑成形工艺参数，并在此条件下实现了Ti750合金筒形零件的超塑成形，最后分析讨论了Ti750合金在热处理过程中的组织演变规律。对Ti750合金进行了高温拉伸，Ti750合金板材拉伸性能方向性并不明显，在930～960℃条件下延伸率在200～240%之间，在940℃下材料的应变速率敏感性指数m为0.3，可见该材料超塑性能指标不很高。在超塑变形情况下，材料的屈服强度小于50MPa。使用MARC软件对Ti750合金筒形件的胀形过程进行了有限元模拟。结果显示，超塑成形筒形零

6、件壁厚分布不均匀，局部减薄严重。讨论了应变速率对成形力及成形时间的影响，将目标应变速率定为5×10-4s-1,且减小摩擦可以提高成形后零件厚度均匀性。测定了变形材料和模具的热膨胀系数，据此对成形模具的尺寸进行修正。在940℃温度最大气力为2MPa下采用分瓣模具超塑成形出筒形件。超塑变形以后，材料断裂韧性下降，合金的网篮组织被破坏。对Ti750合金的组织演变进行了研究，通过对合金在不同温度下淬火组织的观察，得到合金高温下组织的演变情况，Ti750合金相变温度为1000℃，在相变点温度以上淬火可以得到针状马氏体组织，缓冷

7、则得到规则网篮组织。Ti750合金的热处理温度应在1000℃以下，当合金加热超过1000℃组织迅速长大，会给合金的性能带来不利影响。关键词：Ti750合金；超塑性；超塑成形；有限元分析；组织演变-I-哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofaircraft,itdemandthatthetitaniumalloyhashighterservicetemperatureandbetterhightemperatureproperties.atpresent,thereareTi

8、-1100、BT18、Ti60、IMI829etchightemperaturetitaniumalloyhavebeendevelopedindifferentcountry,theiroperatingtemperatureisallbetween550℃and650℃.Ti750titaniumalloyisdevelopmentedby