ti600高温钛合金的热变形行为及加工图研究

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1、摘要摘要航空发动机的工作环境集高温、高压、高负载于一体，对材料要求极其苛刻，因此，世界各国都在竞相发展600"C高温钛合金，用来制各高推比航空发动机的压气机轮盘、叶片和机匣等。Ti600是我国自主研发的一种在600"C下使用的近a型合金，研究其高温变形特性，对Ti600的热加工具有重要意义。本文采用热模拟机热压缩试验，结合金相观察和TEM分析，对Ti600合金的高温热变形行为、显微组织演变及高温变形软化机制进行了研究。并根据耗散结构理论，基于动态材料模型建立了Ti600合金的热加工图，分析了其高温变形特性。主要结论如下：r1)揭示了变形条件对Ti600合金的高温流变应力的影响规律。发现Ti6

2、00是一种对温度和应变速率比较敏感的合金，其流变应力曲线具有应力峰值和流变软化特性，变形温度越低，这种软化效果越明显。在相变温度以上高应变速率(10so)变形条件下，发生了不连续屈服现象。该现象无法用传统的固溶原子钉扎一脱钉理论合理解释，应与晶界突然增殖大量可动位错有关。(2)揭示了变形条件对显微组织演变的影响。发现在相变点以下变形，主要发生片层组织球化。变形温度越高，片层组织球化越快，组织越均匀；变形速率越大片层Ⅱ弯曲、扭折趋势越明显，变形越不均匀。在相变点上变形，高温使得显微组织晶粒粗大。(3)首次建立了用Z参数表征的Ti600合金的稳态流变应力双曲正弦本构方程，获得了热变形激活能和相关

3、的材料参数。通过对本构方程进行实验验证，得到较好的回归效果。(4)研究了Ti600合金高温软化机制，发现在相变点以上变形，软化机制以动态回复为主；在相变点以下变形，主要以动态再结晶为主，表现为片层0c的球化，球化的主要机制是晶界分离。(5)根据热加工图理论，以动态材料模型为基础首次建立了Ti600合金的热加工图，结果表明：在功率耗散效率最大值处(温度为860—930。C，应变速率为0．001--4)．03s"1)，有超塑性趋势，其塑性可达130％。在温度800—950"C，应变速率O．003,-,0．03S～，发生片层组织球化，此区域对应的功率耗散效率为30％一45％左右。在温度800—93

4、00C，应变速率为0．03～10s。区域内产生流变失稳现象，形成绝热剪切带，进而发生开裂，在制定热加工工艺时应该避免流变失稳区域。关键词：Ti600高温合金，热压缩变形，流变应力，片层组织球化，热加工图AbstractHighperformanceaviationengine§usuallyworkatsevereworkingenvironmentofelevatedtemperature，highpressureandhighloading，ete，whichisveryharshforthematerials．Inrecentyears，moreandmoreattentionhasb

5、eenpaidontheresearchofhi曲temperaturetitaniumalloysusedat600。Callovertheworld．Thesealloysaremainlyusedascomponentsofhighratioaviationengine，e．g．compressordisks，bladesandcasings．Aspecialkindofnear-alphatitaniumalloynamedafterTi600usedat6000CWaSdevelopedinChina．Thealloyhasfavoritecomprehensiveproperti

6、esoftensilestrength，elevatedtemperaturecreepresistanceand80Oil-．SostudyinghightemperaturedeformationbehaviorofthealloyisverybeneficialforhotprocessofTi600alloy．Thehotdeformationbehavior,evolutionofthemicrostruetureandsofteningmechanismsofTi一600alloyhavebeenstudiedwiththeaidsofOMandTEMconductedonthe

7、rmalsimulatortestingmachine．TheprocessingmapsofTi600alloyWasestablishedbydynamicmaterialsmodelandthehJ【ghtemperaturedeformationcharacteristicshavebeenanalyzedusingprocessingmapindetail．ConclusionsCanbedrawn