鈦彎頭不同熱變形下的流變應(yīng)力研究

鈦彎頭不同熱變形下的流變應(yīng)力研究

       目前航空結(jié)構(gòu)材料的設(shè)計理念逐漸由單純的靜強(qiáng)度設(shè)計向現(xiàn)代的損壞容限設(shè)計轉(zhuǎn)變，要求鈦彎頭在具有一定強(qiáng)度條件下，還要有較高的斷裂韌性與較低的疲勞裂紋擴(kuò)展速率。TC4-DT鈦合金正是在此理念下由我國自行研發(fā)的新型損壞容限型鈦合金。目前對TC4-DT鈦合金的研究主要集中在損壞容限性能方面，對其熱成形行為的研究較少。由于微觀組織對損壞容限性能的影響很大，研究高溫條件下TC4-DT鈦合金的變形機(jī)制很有意義。本文主要研究TC4-DT鈦合金熱壓縮變形過程中變形溫度、應(yīng)變速率及變形程度對流變應(yīng)力和顯微組織的影響，建立鈦合金的 Arrhenius型熱變形本構(gòu)方程，分析其中的動態(tài)再結(jié)晶行為，為實際生產(chǎn)提供理論參考。
 

　　經(jīng)過相關(guān)實驗，從TC4-DT鈦彎頭合金在不同熱變形條件下的真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線，可以看出，在變形初始階段，鈦合金發(fā)生加工硬化效應(yīng)，流變應(yīng)力隨應(yīng)變增加而速度增加，在很小的應(yīng)變下的流變應(yīng)力達(dá)到峰值;而后軟化機(jī)制占據(jù)主要位置，流變應(yīng)力的流變軟化比低應(yīng)變速率時越為顯明，鈦合金的變形抗力隨溫度升高而減低。在較低溫度(如850℃和900℃)時，應(yīng)力軟化隨應(yīng)變增加而逐漸下降，發(fā)生軟化現(xiàn)象。另外，高應(yīng)變速率時現(xiàn)象相當(dāng)顯明，應(yīng)力峰值過后流變應(yīng)力隨應(yīng)變的增加而速度下降，流變應(yīng)力的下降在應(yīng)變達(dá)到一定程度時趨于緩和;當(dāng)在較高溫度(如950~1000℃)，而應(yīng)變速率低于10s-1時，流變應(yīng)力呈穩(wěn)態(tài)鋸齒狀波動，表現(xiàn)為連續(xù)軟化過程;當(dāng)變形溫度為950%和1000°應(yīng)變速率為10s1時應(yīng)力隨應(yīng)變一直呈上升趨勢，表明加工硬化一直占主導(dǎo)位置。
 

　　實驗測得TC4-DT鈦彎頭合金熱激發(fā)力為971.67kJ?mol-，遠(yuǎn)大于純a、B鈦合金的自擴(kuò)散激發(fā)力，原因可能與熱變形中同時發(fā)生相變行為有關(guān)。低溫下鈦合金中能開動的滑移系較少，位錯在晶界等缺陷處產(chǎn)生塞積，無法通過由擴(kuò)散控制的回復(fù)機(jī)制得到有效釋放，說明在此條件下鈦合金的熱變形是由高溫擴(kuò)散以外的過程控制。同時觀察鈦合金的流變應(yīng)力曲線，發(fā)現(xiàn)低溫時其變化過程呈動態(tài)再結(jié)晶型曲線的特征，表明動態(tài)再結(jié)晶軟化機(jī)制在合金的熱變形過程占主導(dǎo)位置，因此認(rèn)為鈦合金的熱變形過程中有動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生。
 

　　結(jié)論：

　　1、TC4-DT鈦合金熱壓縮變形的流變應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增加顯明增加，并且較低溫度時高應(yīng)變速率時的流變軟化比低應(yīng)變速率時的越為顯明，而在較高溫度時乃至不發(fā)生軟化現(xiàn)象，仍是加工硬化占主導(dǎo)位置。
 

　　2、實驗測得TC4-DT鈦彎頭合金的熱變形激發(fā)能為971.67kJ?mol-l，遠(yuǎn)大于純a，B鈦合金的自擴(kuò)散激發(fā)能，認(rèn)為有動態(tài)再結(jié)晶發(fā)生。