tc11热加工过程中组织演变的规律及裂纹形成的机理

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1、大连理工大学硕上学位论文摘要TCll钛合金是一种重要的航空和宇航材料，属于两相组织a+13热强钛合金，其相变点约为998～1020℃，具有屈服强度高、疲劳强度大等特点，可在500℃以上长期使用，是航空航天发动机零部件的理想材料。但由于其在锻造过程中容易出现破裂、起皱等现象，这些问题严重阻碍了TCII钛合金的应用。而目前通用的试错型的经验方法，无法从根本上解决这些问题。因此，可以有效的对断裂缺陷进行预测将会大大提高TCll合金锻件的质量和生产效率，促进其发展和应用。本文在TCll合金的热变形行为研究的基础上，通过连续损伤力学伤理论推导出了可以预测材料断裂的损伤演化模

2、型，同时通过微观分析得到了TCll微观组织及其结构参数对材料断裂的影响以及其断裂的微观机理。本文通过对TCll钛合金热模拟实验研究，得到了材料在高温变形条件下的真实应力应变曲线、探讨了变形工艺参数(如变形温度、应变速率等)对材料流动应力的影响并建立了材料的高温本构方程。在此基础上，基于连续损伤力学理论，并考虑变形温度与应变速率对高温变形损伤的作用，建立了材料高温变形条件下的损伤演化模型。通过高温单向拉伸实验确定了模型参数，并利用所建立的模型进行了TCll钛合金等温压缩变形断裂的预测，预测结果表明，该模型能够很好的预测TCll合金在低应变速率变形时的断裂行为。研究了

3、材料的微观组织及其结构参数对材料断裂性能的影响及断裂机理。通过改变热处理条件得到了不同的微观组织结构，并分析了TCll钛合金微观组织随热处理条件的演化规律以及a片层厚度、a相百分含量等微观结构参数随热处理条件的变化规律。进而通过拉伸实验，得到了不同微观结构参数在不同变形工艺条件下的关系曲线，分析了力学性能、损伤演化速率随微观组织参数(a片层厚度、a相百分含量等)的变化规律。最后，通过金相显微观察、扫描电镜观察等微观分析的方法观察了TCII合金由于变形所产生的微观缺陷，研究了材料断裂的微观机理。研究发现，导致TCl1钛合金断裂的根本原因是由于叶B两相变形不协调，导致

4、孔洞在两相边界处产生，然后孔洞连接并沿着B晶粒边界扩展，最终导致材料的断裂。关键词：TClI钛合金，损伤演化模型，微观结构参数，a片层厚度，a相百分含量，断裂机理TC3l热成型过程中缺陷形成与演化的机理及规律AbstractAsanimportantaerospacematerial，TCI1alloyisa口唯dualphasetitaniumalloywiththephosotransfertemperaturer∞=tweon998and]020℃．Becauseof礁excellentpropertiessuchashighstrengthandfatig

5、ueresistance，itbeeomas锄idealmaterialtomakepartsof勰rospaceengine．However,theapplicationofTCllalloywassoIimitednowbecauseoftheeasilyoccurreddefectssuch鹤fi'actlweandfoIdduringforgingprocessandtheproblemcannotbesolvedcompletelyonlybythepresenttry—and埘rmethod．Sopossibleeffectivepredictiono

6、ffracturecanimprovetheeffiei锄eyandqualityoftheforgedTCllalloypartsandthenpromotethedevelopmentandapplicationofTCllalloy．Inthiswork,adamageevolutionmodelbasedoncontinuumdamagemechanicstheorywasproposedtobeusedforfractureprediction．Andtheeffectofmierostructme越dthemicrostructure10atamcte

7、rsonthefracturepro∞sswasamtyzed．ThenthefractmemechanismofTCllalloywasdiscussed．Firstthestress-straincurveswereobtainedbyphysicalsimulationexperimentsandtheeffectsofdeformationconditionsftemperature,Sll{linrag)onthedeformationbehaviorswefedimussedandthentheconstitutiveequationw∞establi

8、shed．