細晶TC21鈦合金短時高溫蠕變與應力松弛行為及機理研究.pdf

1、細晶TC21鈦合金是一種α+β型Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb-X系高強、高韌、損傷容限型鈦合金。對于鈦合金,鈦板的應用最為廣泛,而限制鈦合金板材成形性主要有回彈、起皺和撕裂等原因,而在高溫熱激活的作用下,可以提高塑性,降低流動應力,同時使內應力減小,提高成形精度,因此熱成形技術成為了有效的解決辦法。目前,對于鈦合金的熱成形技術有較成熟的研究,但對熱校形機制還有待完善。一般認為熱校形工藝的實質為應力松弛,而應力松弛的變形機制是

2、材料發(fā)生了蠕變變形,本文結合細晶板材在性能和成形工藝上的優(yōu)勢,分別對細晶TC21鈦合金(2μm、4μm、7μm)進行了短時高溫蠕變和高溫拉伸應力松弛研究。
　　短時高溫蠕變試驗采用的溫度為600~750℃,應力為40~160MPa,在試驗過程中得到力學關系,然后通過OM、SEM、TEM等對變形后試件內部組織進行觀察,可以發(fā)現(xiàn):隨著溫度的增加,尤其高于700℃,蠕變速率加快,此時材料激活能較大,當溫度在700℃時,應力指數(shù)在3左右;

3、隨溫度和應力的增加,蠕變機制發(fā)生了較大變化,從回復蠕變(位錯的滑移和少量攀移)機制向擴散蠕變和晶界滑移蠕變機制轉變,并建立溫度為700℃的穩(wěn)態(tài)蠕變本構方程。
　　高溫拉伸應力松弛的溫度為600~750℃,保壓時間為0、1、10、60min,分析其力學行為和組織變化可以發(fā)現(xiàn):隨著溫度的增大,應力松弛的速率變快,最終應力也不斷的減小;隨著保溫時間的增多,彈性應變轉化為塑性應變逐漸增多,滯彈性應變不斷地減小;與相應溫度下短時蠕變行為有類

4、似的微觀組織形貌,如位錯攀移、亞晶界等結構。
　　通過比較短時高溫蠕變和應力松弛的力學行為變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)應力松弛過程中彈性應變向塑性應變轉化速率是與相同溫度和應力條件下蠕變過程的穩(wěn)態(tài)蠕變速率更加接近。
　　基于短時高溫蠕變和應力松弛的變形機制,研究了熱彎曲試驗校形過程,可發(fā)現(xiàn)溫度對板材回彈的影響有較為明顯的規(guī)律,回彈量隨保壓時間的變化規(guī)律與應力松弛隨保壓時間的變化趨勢具有一致性,隨著溫度的增高和保壓時間的增長,零件成形精度逐