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钛合金基于m值的高效超塑性成形机制研究

作　者: 李娟
导　师: 王高潮
学　校: 南昌航空大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 应变速率敏感性指数m值高效超塑性控制系统 TC6合金
分类号: TG146.23
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

钛合金是极其重要的轻质结构材料,它具有良好的高温性能、高的比强度和优异的抗腐蚀性能,因此在航空航天工业、汽车工业和化学工业等领域获得了广泛应用。超塑性成形具有成形压力低、变形大和能获得精确的外形尺寸等优点,开展钛合金的超塑性研究不仅可以解决钛合金加工过程中的一些难题,而且可以降低零件的制造成本,扩大钛合金的使用范围,因此具有非常重要的现实意义。本课题在钛合金的最大m值(应变速率敏感性指数,以下简称m值)超塑性研究、钛合金应变速率循环超塑性研究的基础上,提出了钛合金基于m值的高效超塑性变形理论,探索钛合金在超塑性变形过程中不仅有良好的超塑性变形,还能大大提高超塑性变形效率的实验方法,该理论具有广阔的应用前景。在Visual Basic环境下编写了基于m值的高效超塑性拉伸控制系统的程序,该控制系统能很好地实现对拉伸机的控制、实验过程中的数据采集、分析和处理,并具有绘制实时监控曲线等功能。最后,将各子程序整合后,形成了一套完整、高效的超塑性研究方法。随后,本文对TC6合金的超塑性进行了研究,在850℃~950℃之间不同的变形温度下,分别采用基于m值的高效法、最大m值法、应变速率循环法对不同显微组织的TC6合金进行高温拉伸试验。实验结果表明:钛合金基于m值的高效超塑变形方法极大地提高了超塑变形的效率并获得了良好的延伸率,在900℃,当最小m值设置为0.3时,细晶试样的最大延伸率为1696%,拉伸时间仅需57.6分,变形效率提高了1029%,粗晶试样的最大延伸率为604%,拉伸时间45.1分,变形效率提高了246%。最后,对TC6钛合金基于m值的高效超塑变形方法进行了系统的研究。研究了m值、实验温度、晶粒尺寸等变形工艺参数对变形的高效性和超塑性的影响,并对变形过程中的流动应力与变形温度、应变速率的关系以及变形后的显微组织进行了研究。研究结果表明:(1)TC6钛合金采用基于m值的高效超塑性方法,m值始终是在设定的最小m值和0.9之间不断地波动变化,并且最小m值设定越大,拉伸时间略长,延伸率也略好。(2)温度和晶粒尺寸对超塑性能有显著的影响,随着温度的升高,延伸率呈现先增后减的趋势,并且在相同的温度下,晶粒越细,最大流动应力越小,应变硬化的速率越慢,应力达到峰值的时间越长。(3)基于m值的高效超塑性方法以晶界滑移为主要变形机制,在变形初期应变硬化效果显著,流动应力迅速增加到峰值,随后伴随着动态回复与再结晶的发生,流动应力不断波动并逐渐减小至试样断裂。变形过程中应变速率随着时间的变化不断波动并呈降低的趋势,相应的速度呈现递增趋势。(4)变形温度和变形量对显微组织有显著影响,温度越高、变形量越大晶粒长大越明显,在变形的过程中发生了动态再结晶使晶粒呈现等轴化。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第1章绪论  11-27
  1.1 引言  11
  1.2 选题依据、目的和意义  11-13
  1.3 文献综述  13-26
    1.3.1 钛合金的特点  13
    1.3.2 钛合金的分类  13-14
    1.3.3 钛合金的应用  14
    1.3.4 超塑性的概念及分类  14-16
    1.3.5 超塑性的本构方程  16
    1.3.6 应变速率敏感性指数m 值的研究  16-20
    1.3.7 钛合金的超塑性  20-21
    1.3.8 钛合金超塑性的变形机理  21-24
    1.3.9 钛合金超塑性国内外研究发展状况  24-26
  1.4 课题来源  26
  1.5 研究内容  26-27
第2章试验材料与试验方法  27-35
  2.1 引言  27
  2.2 试验材料  27-28
  2.3 拉伸试样制备  28-29
  2.4 试验设备  29-30
    2.4.1 电子万能拉伸试验机  29
    2.4.2 玻璃防护氧化剂和水石墨润滑剂  29-30
  2.5 基于m 值的高效超塑性研究方法  30-33
    2.5.1 基于m 值的高效超塑性方法的基本原理  30-31
    2.5.2 基于m 值的高效超塑性方法的基本思路  31-32
    2.5.3 超塑性试验方案  32-33
  2.6 显微组织观察  33
  2.7 本章小结  33-35
第3章基于m值的高效超塑性实验控制系统  35-50
  3.1 引言  35
  3.2 实验控制系统简介  35-38
    3.2.1 控制系统研制的意义及设计思路  35-36
    3.2.2 硬件工作原理及实现方法  36
    3.2.3 控制软件开发环境  36-37
    3.2.4 动态链接库  37-38
    3.2.5 软件实现的功能  38
  3.3 控制程序的开发  38-41
    3.3.1 开发流程  38-39
    3.3.2 实验方法的集成  39-40
    3.3.3 窗体的设计  40
    3.3.4 软件的调试及打包  40-41
  3.4 基于m 值的高效超塑性方法程序设计  41-48
    3.4.1 程序流程图  41-42
    3.4.2 核心程序设计  42-44
    3.4.3 工作界面  44-45
    3.4.4 关键语句分析  45-48
  3.5 实时监控曲线  48-49
  3.6 本章小结  49-50
第4章超塑性试验结果及分析  50-66
  4.1 引言  50
  4.2 超塑性试验结果  50-57
    4.2.1 细晶试样超塑性试验结果  51-53
    4.2.2 粗晶试样超塑性试验结果  53-56
    4.2.3 试验结果对比分析  56-57
  4.3 基于m 值的高效超塑性方法试验结果分析与讨论  57-64
    4.3.1 关于m 值的讨论  57-58
    4.3.2 温度对超塑性能的影响  58-59
    4.3.3 晶粒尺寸对超塑性能的影响  59-60
    4.3.4 流动应力-真应变曲线  60-61
    4.3.5 应变速率-时间曲线及速度-时间曲线  61-62
    4.3.6 显微组织的分析  62-64
  4.4 本章小结  64-66
第5章结论  66-67
参考文献  67-70
发表论文和参加科研情况说明  70-71
致谢  71-72

钛合金基于m值的高效超塑性成形机制研究

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