轧制态TC4钛合金α%2Bβ两相区热变形行为及其低温超塑性研究

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1、分类号：密级：UDC：学号：355906311012南昌大学博士研究生学位论文轧制态TC4钛合金α+β两相区热变形行为及其低温超塑性研究HotDeformationBehaviorandLowTemperatureSuperplasticityofRolledTC4TitaniumAlloyintheα+βPhaseField徐勇培养单位（院、系）：机电工程学院指导教师姓名、职称：杨湘杰教授申请学位的学科门类：工学学科专业名称：材料加工工程论文答辩日期：2018年6月4日答辩委员会主席：评阅人：年月日摘要摘要钛合金因具有密度小、比强度高、抗腐蚀和耐高温好等优点，成为航

2、空、航天、船舶领域的关键结构材料并广泛应用。由于钛合金变形抗力大、导热性差，对大型复杂的钛合金构件，常规成形方法成形困难。因此，超塑性成形技术是解决钛合金复杂构件成形困难的有效途径。本文通过对热轧态TC4钛合金在α+β两相区温度800℃~950℃、应变速-1-1率0.001s~10s范围进行等温恒应变速率压缩实验，研究了热变形参数对热轧态TC4合金流动应力的影响规律。实验条件下TC4合金的平均热变形表观激活能为403kJ/mol，建立了考虑应变参数的热轧TC4钛合金Arrhenius本构模型和动态再结晶临界应变模型。利用加工图技术对热轧态TC4合金α+β两相区的热加工

3、性能进行预测，优化了其热加工工艺参数范围。热轧TC4合金较佳的加工区域为：温度830℃-1-1~880℃、应变速率0.001s~0.01s；此时微观组织中片状α相发生了较大程度的等轴化；预测的适宜加工区域为；温度800℃~830℃、应变速率0.001-1-1-1-1s~0.18s，温度830℃~880℃、应变速率0.01s~0.18s和温度880℃~950℃、-1-1应变速率0.001s~10s。塑性流动失稳区域为：温度800℃~880℃、应变速-1-1率0.18s~10s，塑性流动失稳缺陷主要为局部流动和宏观剪切裂纹。通过多道次两向轧制+单向轧制方法，制备了亚微米晶

4、TC4钛合金板材，其微观组织明显细化、均匀，α相细化至纳米级，β相破碎弥散分布。较佳的多道次轧制温度为700℃~750℃。随着温度升高，α晶粒增大，β相聚集。低温下，多道次轧制细化TC4钛合金组织的主要机制为位错细化机制。温度升高后，位错和动态再结晶共同导致微观组织的细化。制备的亚微米晶TC4板材表现出良好的热稳定性和室温力学性能。通过恒应变速率拉伸实验研究了多道次轧制TC4钛合金的超塑性性能。轧制温度对多道次轧制TC4板材的超塑性延伸率有重要影响，700℃多道次轧制TC4板材的超塑性最佳，实验获得的最大延伸率为1550%，其超塑性-1变形工艺为拉伸温度800℃、应变

5、速率0.001s。当拉伸温度下降到700℃，-1-1在应变速率为0.001s和0.01s条件下，延伸率仍可达到576%和356%。多道次轧制TC4板材低温超塑性的提高与多道次轧制形成的细小、等轴α相晶粒，破碎的、弥散分布的β相，高的晶界位错密度以及超塑性变形过程中的动态再结晶行为相关。多道次轧制TC4钛合金在800℃~870℃超塑性变形时的表观激活能为I摘要223.5kJ/mol，接近TC4的晶界自扩散激活能，超塑性变形机制以形变诱发晶粒长大与加速晶界扩散的晶界滑移为主；在700℃变形时，位错运动更加活跃导致变形的表观激活能增大（377.5kJ/mol），远大于其晶界

6、自扩散表观激活能，超塑性变形机制以位错运动调节的晶界滑移为主。晶界滑移模式为晶粒簇协同滑移方式。超塑变形过程晶界滑移导致空洞形成并发生连接，不同条件下拉伸试样断口均有明显的宏观缩颈，其超塑性断裂是由外部几何缩颈和内部空洞长大连接共同导致的。关键词：TC4钛合金；多道次轧制；热变形行为；低温超塑性IIAbstractABSTRACTAsthemainstructuralmaterialusedinaerospace,aeronauticalandshipsfield,titaniumalloyshavehighspecificstrength,excellentcorr

7、osionandheatresistance.Becauseofthehighdeformationresistanceandpoorthermalconductivity,itisdifficulttoproformlargeandcomplexstructuralcomponentswithuniformmicrostructureandexcellentperformancebytheconventionalformingmethod.Therefore,superplasticformingisaneffectiveapproachtosol