粗晶Ti40阻燃钛合金超塑性变形行为及组织协调机制研究

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1、分类号:TG14610710-2015231012专业硕士学位论文粗晶Ti40阻燃钛合金超塑性变形行为及组织协调机制研究李悦导师姓名职称张学敏副教授专业学位类别申请学位类别专业硕士材料工程及领域名称论文提交日期2018年4月30日论文答辩日期2018年5月24日学位授予单位长安大学Studyonsuperplasticdeformationbehaviorandmicrostructurecoordinationmechanismofcoarse-grainedTi40burn-resistan

2、ttitaniumalloyAThesisSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：LiYueSupervisor：ZhangXueminChang’anUniversity,Xi’an,China摘要Ti40合金是为解决―钛火‖问题而研制的一种阻燃钛合金，具有优良的综合性能，但其热加工时易开裂，变形抗力大，难以通过传统热加工方式成形。流变性能好且成形精度高的超塑性变形是加工难变形钛合金的有效方式之一。然而，Ti40阻燃合金自身所具有的单相粗大β晶粒无法满足细

3、晶超塑性的组织要求，因此本文以粗晶Ti40阻燃合金为研究对象，系统研究了粗晶状态下Ti40合金的超塑性力学行为、组织演变规律，探讨了其主要变形机制及组织协调机制，以期为减少材料的预处理成本，实现粗晶超塑性成形提供一定的理论依据。主要研究内容与结果如下：分析了Ti40合金超塑性变形的力学行为，结果表明原始晶粒尺寸为135μm的Ti40oo-4-1-2-1合金在变形温度800C~880C、应变速率5×10s~1×10s的区间内均具有良好的超塑o-3-1性，最大延伸率436%在840C、1×10s条件

4、下获得；Ti40合金超塑性变形的真应力-真应变曲线大致可分为四个不同的阶段；随变形温度的增加，应变速率敏感指数m值先o增加后保持不变，在840C时达到最大值0.41；Ti40合金超塑性变形的激活能为263.3KJ/mol接近于其自扩散激活能；与Arrhenius方程构建的本构模型相比，通过BP神经网络构建的本构模型具有更高的精度，可满足数值模拟的精度要求。研究了Ti40合金超塑性变形过程中的组织演变，发现Ti40合金超塑性变形过程中原始晶粒被拉长，原始晶界发生凸起和宽化并伴随有动态再结晶现象。当

5、变形温度为ooo-3-1760C时软化机制以动态回复为主；当变形温度在800C~840C、应变速率在1×10s~1-2-1oo×10s时，软化机制以动态再结晶的形核为主；当变形温度为840C~880C、低应变-4-1速率（5×10s）时，再结晶晶粒以长大为主；基于Sellars模型和KM方程分别建立了Ti40合金超塑性变形的临界应变模型和位错密度演变模型。探究了Ti40合金超塑性变形的组织协调规律，发现Ti40合金变形过程中粗大晶粒发生了明显的再结晶，且再结晶方式以连续动态再结晶为主，不连续动态

6、再结晶为辅。随着变形条件的变化，小角度晶界的数量随之而变：当发生动态回复时原始晶界附近形成大量小角度晶界导致其数量增多；而发生动态再结晶时，一方面小角度晶界吸收位错使取向差逐渐增大转变为大角度晶界，另一方面原始组织发生动态回复不断产生新的小角度晶界，造成不同变形条件下小角度晶界数量的相对稳定。分析了Ti40合金超塑性变形的机制，发现Ti40合金变形过程中位错在形变储存能的驱动下相继形成位错胞、亚晶，亚晶通过亚晶界迁移而长大并发展为再结晶的核心；ITi40合金变形初期以晶内和晶界位错的运动（交滑移

7、、攀移）为主要变形机制，变形形式为发生动态回复；变形中后期的机制以连续动态回复和再结晶为主，辅助机制为细小再结晶晶粒的晶界滑动。关键词：Ti40阻燃钛合金，粗晶，超塑性变形，力学行为，组织演变IIAbstractTi40alloyisakindofburnresistanttitaniumalloywhichwasdevelopedtosolvetheproblemof"titaniumfire"andithasexcellentcomprehensiveperformance.However，

8、itisdifficulttoformthroughtraditionalhotprocessingmethodbyeasycrackingandstrongresistancetodeformationatelevatedtemperature.Superplasticformingtechnology(SPF)isoneoftheeffectivewaystoprocesstitaniumalloyswhicharehardtodeform.However,Ti40alloycannotme