TB5钛合金高温变形行为与微观组织演变研究

论文摘要

本课题为宝钢“特种金属与合金板带轧制工艺技术”项目的子课题。该项目主要结合宝钢股份特殊钢分公司板带工程的建设而提出,其主要目的是为了确保该项工程的顺利实施和生产顺利进行,开展特殊钢板带炉卷轧机热轧工艺研究,并对特钢轧制过程的温度制度、轧制规程、组织性能控制、板形控制和表面质量控制技术等进行研究。本文利用高温热压缩试验,结合金相观察、透射电镜试验及电子背散射衍射试验,对TB5钛合金的高温热变形行为、高温组织演变及变形软化机制进行了研究,并根据功率耗散理论,利用动态材料模型建立了TB5合金的热加工图,分析了其高温变形特性,为其热加工工艺提供了理论参考。论文的主要工作如下：（1）利用采集的数据绘制TB5合金的真应力-真应变曲线,并分析其特点。分析热变形参数对TB5合金流变应力的影响,通过模型对比建立TB5合金的变形抗力模型,利用Z参数法建立TB5合金稳态流变应力的双曲正弦模型的本构方程,确定其材料常数和热变形激活能,并通过四次样条插值拟合其不同稳态应变时的材料常数和热变形激活能。（2）通过热模拟后保留的水淬组织的金相照片观察,分析热变形参数对TB5合金其微观组织的影响规律。通过透射试验分析TB5合金动态回复发生条件,通过EBSD试验和金相照片观察分析其再结晶发生条件和再结晶机制。分析发现,TB5合金在晶界上是晶界“弓出”引起的不连续动态再结晶,晶内是亚晶长大的连续动态再结晶。（3）根据热加工图理论,以动态材料模型建立TB5合金的热加工图。对热加工图的各个区域进行分析,通过金相照片对比分析其稳定区和失稳区的显微组织变形机制。结果表明：本次试验条件下,TB5合金的功率耗散系数和应变速率敏感系数图共有五个峰值区域和两个“低谷”区域,通过金相照片观察,在峰值区域内发生了较明显的动态再结晶,其变形机制较好,有利于后续的加工。在“低谷”区域内,发生了流变失稳现象,出现了局部塑性流动和绝热剪切带,不利于后续的加工处理,因此在制定热加工工艺时要避开流变失稳区域。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 钛及钛合金概述
• 1.1.1 钛及钛合金的特点
• 1.1.2 钛及钛合金的发展及应用
• 1.2 钛合金的分类
• 1.2.1 β稳定系数
• 1.2.2 钛合金的分类
• 1.3 亚稳态β钛合金的特点
• 1.3.1 亚稳态β钛合金
• 1.3.2 亚稳态β钛合金设计特点
• 1.4 TB5钛合金概况
• 1.4.1 TB5钛合金的研究现状
• 1.4.2 TB5钛合金的物性参数和力学性能
• 1.4.3 TB5钛合金相变及显微组织
• 1.5 钛合金的热加工图研究
• 1.5.1 热加工图理论
• 1.5.2 热加工图在钛合金中的应用
• 1.5.3 钛合金热加工图研究现状
• 1.6 本文研究的目的及意义
• 1.7 本文研究的主要内容
• 第2章 实验材料及方案
• 2.1 实验材料
• 2.2 单道次压缩试验
• 2.3 显微组织观察
• 2.4 本章小结
• 第3章 TB5合金变形抗力模型的研究
• 3.1 影响金属变形抗力的因素
• 3.2 两种真应力-应变曲线的比较
• 3.3 TB5合金真应力-应变曲线
• 3.4 热变形参数对TB5合金流变应力的影响
• 3.4.1 变形程度对变形抗力的影响
• 3.4.2 应变速率对变形抗力的影响
• 3.4.3 变形温度对变形抗力的影响
• 3.4.4 变形抗力模型的建立
• 3.5 本构方程的建立
• 3.5.1 本构关系模型
• 3.5.2 材料常数的确定
• 3.6 考虑应变量的参数拟合
• 3.7 热变形激活能
• 3.8 本章小结
• 第4章 TB5合金高温变形过程中微观组织演变及软化机制
• 4.1 热变形参数对TB5合金显微组织的影响
• 4.1.1 变形不均匀性对显微组织的影响
• 4.1.2 变形温度对显微组织的影响
• 4.1.3 应变速率对显微组织的影响
• 4.1.4 变形程度对显微组织的影响
• 4.2 TB5合金的热变形软化机制
• 4.2.1 动态回复机制
• 4.2.2 高层错能金属动态再结晶初步分析
• 4.2.3 不连续动态再结晶
• 4.3 本章小结
• 第5章 TB5合金的热加工图
• 5.1 加工性
• 5.2 材料热变形模型
• 5.3 基于动态材料模型的加工图
• 5.3.1 动态材料模型（DMM）
• 5.3.2 基于DMM的判据
• 5.4 基于DMM的加工图的绘制
• 5.5 基于DMM的加工图的应用
• 5.6 TB5钛合金热加工图的绘制
• 5.6.1 基于DMM的功率耗散图分析
• 5.6.2 基于Prasad判据的失稳图分析
• 5.6.3 稳定区的显微组织分析
• 5.6.4 损伤失稳区的显微组织分析
• 5.7 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 致谢