TC4-DT钛合金高温热变形行为研究.pdf

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1、第32卷第1期航空材料学报Vo1．32，No．12012年2月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSFebruary2012TC4-DT钛合金高温热变形行为研究王小芳，陈明和，陈伟，朱知寿(1．南京航空航天大学机电学院，南京210016；2．苏州有色金属研究院，江苏苏州215026；3．北京航空材料研究院，北京100095)摘要：利用Gleeble一3500型热模拟实验机，研究了TC4-DT损伤容限型钛合金在温度850℃～1000~、应变速率0．01～10s～、变形程度为40％一70％条件

2、下的热变形行为，分析了该合金的流变应力行为及微观组织演变规律，并建立了本构关系模型。研究结果表明，TC4一DT合金在950％以下的较低温度变形时应力软化现象非常明显，变形机制和热变形激活能不同于950℃以上的较高温度变形机制；在950℃以上高温度变形时，低应变速率(如=0．01S)促进了动态再结晶行为的发生，而在较高的应变速率(如=10s)时，一般只发生动态回复现象，动态再结晶行为受抑制。关键词：TC4一DT钛合金；高温锻造；动态再结晶；微观组织DOI：10．3969／j．issn．1005—5053．2012

3、．1．007中图分类号：TG146．2文献标识码：A文章编号：1005—5053(2012)0l一0030—05近年来国际航空结构材料的设计理念逐渐由TC4一DT合金的进一步开发和利用。因此本文主要单纯的静强度设计向现代的损伤容限设计准则转研究TC4一DT合金热压缩变形过程中变形温度、应变，要求钛合金在具有一定强度水平条件下，还要变速率及变形程度对流变应力和显微组织的影响，具有较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速建立合金的Arrhenius型热变形本构方程，分析热变率。TC4一DT和TC21钛合金都是在此理念下

4、我国形过程中的动态再结晶行为，为制订生产工艺参数自主研发的新型损伤容限型钛合金，这两种合金提供一定的理论参考。形成了强度高低搭配、性能优势互补的损伤容限型飞机结构件用钛合金系列。此类结构件常用的1实验材料和方法加工方法是高温锻造，如准p锻造、B锻造，这是由于在B相区附近变形后零件的组织主要是在高实验材料选用TC4一DT合金准B锻造棒材，相温蠕变度、断裂韧性、疲劳裂纹扩展率等方面有明变点为(970±5)℃。原材料显微组织为粗片层魏显优越性的魏氏组织和网篮组织¨，这正是损伤氏组织，如图1所示。将试样线切割成热压缩标

5、准容限设计的关键所在。由于B工艺本身与材料的试样，尺寸为西8mm×12mm。热变形条件密切相关，因此研究合金在不同条件采用常用模拟锻造过程的方法，即轴对称等下的高温热变形特征对于继续深入研究其损伤容温压缩试验，在Gleeble一3500型热模拟试验机上限性能很有意义。对试样进行恒温、恒应变速率条件下的热压缩变目前国内对TC21和TC4一DT钛合金的损伤容形。试样采用电阻加热法，加热速度为3℃／s，到限性能研究比较多，也得到了相应的应用。另达试验温度后保温2min使试样内部温度均匀；外对TC21的热变形行为研究也

6、比较多，而对压缩过程中，试样两端用石墨片加以润滑，同时TC4DT合金的热成形行为的研究则较少，不利于通入氩气，防止试样氧化。根据材料常用加工方法以及实验条件选定实验条件为：变形温度分别收稿日期：2010—09—20；修订日期：2011—02—02为850oC，900oC，950oC，975oC和1000oC，应变速基金项目：某重大型号钛合金工程技术研究(KZ23071520)率分别为0．01s～，0．1s～，1．0s和10s～，变形作者简介：王小芳(1986一)，女，硕士研究生，主要研究方向量为40％，60％和

7、70％。整个实验过程中试验为钛合金热加工过程中微观组织演变模拟，(E—mail)wangxf机自动记录压缩数据，直接获得真应力一真应变曲3213O1@163．com通信作者：陈明和，教授，博士生导师(E—mail)meemhchen@线。利用正置金相显微镜L2003／L2030观察变nuaa．edu．cn。形后试样微观组织。32航空材料学报第32卷·mol)；13"可表示峰值应力或稳态流变应力，或相并对1／T求偏导，整理得到热变形激活能Q的表达当于指定某应变量时对应的流变应力(MPa)；n，n，式：，为应力指数

8、，为绝对温度(K)；R为气体常数Q⋯dl／』，lI(8．314J·tool～·K)；，A1，A：，A为与材料有绘制In[sinh(OLO"。)]一1／T曲线(见图3d)。其关的常数，otrt2和nl之间满足=n2／nI。中，在850～950'E温度区间时，=4．99，Q=当为常数时，根据式(1)，(2)，(3)可得：1216．64kJ·tool～，A=3．644X10，热变形本构aln