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基于加工图技术的Ti₃Al基合金锻造工艺优化

作　者: 上官姝哲
导　师: 李鑫
学　校: 南昌航空大学
专　业: 材料工程
关键词: Ti3Al基合金流动应力模型动态材料模型加工图微观组织
分类号: TG319
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

Ti₃Al基合金是一种金属间化合物材料，因具有较低的密度和良好的高温性能而广泛运用于航空领域。但是，该材料变形抗力大、锻造变形热力参数范围窄，因而容易出现缺陷，给锻造成形带来困难。基于动态材料模型理论的加工图技术可预测流动失稳区，获得优化的可加工温度和应变速率范围，在研究金属热变形行为方面应用较为广泛。本文以Ti₃Al基合金为研究对象，在950℃～1350℃、0.001s^-1～10s^-1范围内进行了等温恒应变速率压缩试验，通过分析流动应力^应变曲线，构建了本构方程。采用Prasad塑性失稳判据及Murty塑性失稳判据绘制出该合金在不同应变下的加工图，通过分析加工图，并结合微观组织观察，获得失稳变形参数范围、较佳的变形参数范围、最佳变性参数范围及相应的变形机制。主要结论如下。Ti₃Al基合金的流动应力对变形温度和应变速率均敏感，并随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小。其流动应力～应变曲线在应变速率较低时为稳态流动型，而在应变速率较高时为应变软化型。误差分析表明，所建立的流动应力模型具有较高的精度。在所有数据点中误差小于15%的数据点占总数据点的96.4%，误差小于10%的数据点占总数据点的89.7%。基于Prasad判据绘制出的Ti₃Al基合金加工图和基于Murty判据绘制出的Ti₃Al基合金加工图基本相同。结合金相组织观察发现基于Prasad判据的加工图更准确些，所以选择基于Prasad判据的加工图的优化结果为参考。根据基于Prasad判据的加工图得出失稳变形区对应的失稳现象为绝热剪切带局部流动、裂纹、β晶粒拉长、“项链”状的混和组织以及晶粒粗大。优化出的较佳锻造热力参数区为975℃～1050℃、0.001s^-1～0.05s^-1，1150℃～1200℃、0.001s^-1～0.03s^-1，1300℃～1350℃、0.056s^-1～1.778s^-1，当应变小于1.0时，除了有以上三个较佳锻造参数范围，在温度1220℃～1275℃，应变速率0.001s^-1～0.003s^-1还多了一个较小的较佳锻造参数区域。最佳锻造热力参数位于985℃¹020℃、0.001s^-1，1140℃～1175℃、0.001s^-1⁰.031s^-1，1350℃、0.1s^-1⁰.178s^-1附近；当应变小于1.0时，除了有以上三个最佳锻造热力参数外，还有一个最佳锻造热力参数位于1245℃¹260℃、0.001s^-1附近。对应变形机制为片层组织球化、超塑性、动态再结晶及出现亚晶。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第1章绪论  8-16
  1.1 金属间化合物简介  8-10
    1.1.1 金属间化合物概述  8
    1.1.2 金属间化合物的分类  8-9
    1.1.3 金属间化合物的应用及发展状况  9-10
  1.2 Ti_3Al基合金简介  10-14
    1.2.1 Ti_3Al基合金的基本相组成  11-12
    1.2.2 Ti_3Al基合金性能  12-13
    1.2.3 Ti_3Al基合金的分类及发展  13-14
  1.3 研究目的及意义  14-15
  1.4 主要研究内容  15-16
第2章基于动态材料模型的加工图简介  16-22
  2.1 基于原子模型的加工图  16-17
  2.2 基于动态材料模型的加工图  17-22
    2.2.1 动态材料模型的基本理论  17-19
    2.2.2 失稳变形和稳定变形判据  19-21
    2.2.3 基于动态材料模型的加工图研究进展  21-22
第3章实验材料与方法  22-24
  3.1 实验材料  22
  3.2 等温恒应变速率压缩实验  22-24
    3.2.1 实验方法  22-23
    3.2.2 实验方案  23-24
第4章 Ti_3Al基合金的热变形行为  24-37
  4.1 Ti_3Al基合金的流动应力~ 应变曲线  24-28
    4.1.1 应变速率对流动应力的影响  24-26
    4.1.2 变形温度对流动应力的影响  26-28
    4.1.3 变形参数对峰值应力的影响  28
  4.2 Ti_3Al基合金的变形激活能的确定  28-31
  4.3 Ti_3Al基合金的流动应力模型  31-36
    4.3.1 逐步回归法的基本思路和具体算法  32-33
    4.3.2 Ti_3Al基合金流动应力模型的建立  33-34
    4.3.3 回归模型的检验与评估  34-35
    4.3.4 回归模型的精度分析  35-36
  4.4 小结  36-37
第5章 Ti_3Al基合金的加工图  37-55
  5.1 基于Prasad判据的Ti_3Al基合金加工图  37-42
    5.1.1 加工图的制作  37
    5.1.2 加工图分析与锻造工艺优化  37-42
  5.2 基于Murty判据的Ti_3Al基合金的加工图  42-47
    5.2.1 加工图的制作  42
    5.2.2 加工图分析与锻造工艺优化  42-47
  5.3 加工图中各区域的变形组织及其变形机制研究  47-52
    5.3.1 失稳区组织验证及变形机制分析  47-50
    5.3.2 稳定区组织验证及变形机制分析  50-52
  5.4 基于两种判据的加工图比较  52-53
  5.5 小结  53-55
第6章结论  55-57
参考文献  57-61
攻读硕士期间发表的论文  61-62
致谢  62-63

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