基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一摘要：本文针对TA15钛合金热加工过程中的本构关系及微观组织演变进行了深入研究。
通过构建本构模型，探讨了热加工过程中材料流动应力与温度、应变速率及变形程度之间的关系，并利用该模型对微观组织进行了预测。
本文的研究不仅为TA15钛合金的优化热加工工艺提供了理论依据，而且为相关领域的金属材料热加工研究提供了有价值的参考。
一、引言钛合金作为一种轻质高强度的金属材料，因其良好的综合性能被广泛应用于航空、航天等重要领域。
TA15钛合金作为钛合金中的一种，其热加工性能对于产品的最终性能至关重要。
因此，研究TA15钛合金在热加工过程中的本构关系及微观组织演变，对于优化其热加工工艺、提高产品性能具有重要意义。
二、TA15钛合金热加工本构模型构建1. 实验方法与材料准备实验选用TA15钛合金为研究对象，通过单轴压缩实验，测定在不同温度、应变速率及变形程度下的流动应力。
实验材料经过适当的预处理，以保证实验结果的准确性。
2. 本构模型的建立基于实验数据，结合物理本构理论，建立TA15钛合金的热加工本构模型。
该模型能够描述材料流动应力与温度、应变速率及变形程度之间的关系，为后续的微观组织预测提供依据。
三、微观组织预测及分析1. 预测方法利用已建立的本构模型，结合有限元分析方法，对TA15钛合金在热加工过程中的微观组织进行预测。
预测过程中考虑了晶粒尺寸、相变等因素的影响。
2. 预测结果与分析根据预测结果，TA15钛合金在热加工过程中，随着温度的升高和应变速率的降低，晶粒尺寸逐渐增大，相变现象逐渐明显。
这表明在热加工过程中，合理控制加工参数对于获得良好的微观组织具有重要意义。
四、结论本文通过构建TA15钛合金热加工本构模型，探讨了材料流动应力与温度、应变速率及变形程度之间的关系，并利用该模型对微观组织进行了预测。
研究结果表明，本构模型能够较好地描述TA15钛合金的热加工行为，为优化其热加工工艺提供了理论依据。
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，钛合金因其优良的力学性能和耐腐蚀性，在航空、航天、医疗和汽车等领域得到了广泛应用。
TA15钛合金作为一种典型的近α型钛合金，具有高强度、良好的热稳定性和抗疲劳性能，因此备受关注。
然而，其热加工过程中的组织演变和性能控制一直是研究的重点和难点。
因此，本文旨在研究TA15钛合金热加工过程中的本构模型及微观组织预测，为优化其热加工工艺和改善其性能提供理论依据。
二、文献综述近年来，国内外学者对钛合金的热加工行为进行了广泛的研究。
其中，本构模型是描述材料在热加工过程中流变行为的重要工具，对于预测和控制材料的微观组织具有重要意义。
而微观组织的演变则直接关系到材料的力学性能和耐腐蚀性等关键性能。
因此，建立准确的本构模型并预测其微观组织演变是研究钛合金热加工过程的关键。
三、TA15钛合金热加工本构模型研究（一）实验方法采用Gleeble热模拟实验机对TA15钛合金进行热压缩实验，获取不同温度、应变速率和应变量下的流变应力数据。
同时，结合金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段，观察不同条件下的微观组织演变。
（二）本构模型建立基于Arrhenius方程，建立TA15钛合金的热加工本构模型。
通过流变应力数据，确定模型中的相关参数，进而得到描述TA15钛合金流变行为的本构方程。
（三）结果分析通过对比实验数据与本构模型的预测结果，验证了所建立的本构模型的准确性。
同时，分析了不同工艺参数对本构模型的影响，为优化热加工工艺提供了理论依据。
四、微观组织预测研究（一）微观组织演变规律通过金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等手段，观察TA15钛合金在不同温度、应变速率和应变量下的微观组织演变规律。
重点分析α相、β相的演变过程及相界面行为。
（二）微观组织预测模型结合热加工本构模型和微观组织演变规律，建立TA15钛合金的微观组织预测模型。
ta15钛合金板材高温变形行为及变速率热态气压成形研究
ta15钛合金板材高温变形行为及变速率热态气压成形研究ta15钛合金是一种广泛应用于航空航天、汽车和船舶等领域的重要金属材料。
在高温环境下，ta15钛合金的变形行为对于理解其力学性能和优化材料处理过程具有重要意义。
本文将探讨ta15钛合金板材在高温条件下的变形行为，并介绍变速率热态气压成形技术在此过程中的应用和研究。
在开始之前，让我们先了解一下ta15钛合金的基本特性。
ta15钛合金是一种α+β两相结构的钛合金，含有15%的钼和2.5%的铝。
它具有较高的强度、耐腐蚀性和热稳定性，因此被广泛应用于高温和高强度要求的工程领域。
1. 高温变形行为高温是ta15钛合金进行变形加工的常见工作条件之一。
在高温下，钛合金表现出与常温下不同的变形行为。
以ta15钛合金板材为例，其高温变形行为包括塑性变形和热蠕变。
1.1 塑性变形塑性变形是ta15钛合金在高温下的主要变形方式。
在高温条件下，钛合金的晶体结构发生变化，导致其具有较高的塑性和可变形性。
ta15钛合金板材在高温下可以通过压力、拉伸和弯曲等方式进行塑性变形。
1.2 热蠕变热蠕变是ta15钛合金在高温下的另一种变形行为。
热蠕变是指钛合金在高温和恶劣环境条件下受到外力作用而发生的变形。
在高温环境下，钛合金的晶体结构会发生相变和晶界滑移，从而导致材料发生形变。
2. 变速率热态气压成形技术变速率热态气压成形技术是一种应用于ta15钛合金板材的高温变形加工方法。
该技术结合了变速率冷热塑性变形和气压成形的优点，可以在高温下实现钛合金板材的复杂形状加工。
2.1 变速率冷热塑性变形变速率冷热塑性变形是指将钛合金板材在高温下进行快速冷却和加热的塑性变形过程。
通过快速冷却和加热的变形工艺，可以控制钛合金的晶体结构和相变行为，从而实现材料的形状调控和加工优化。
2.2 气压成形气压成形是利用气体压力对材料进行变形加工的一种方法。
在ta15钛合金板材的成形过程中，气压成形可以通过控制气体压力和温度来实现材料的精确变形和形状调控。
基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究
基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究晶体塑性理论将晶体塑性变形的物理机制及变形几何学与单晶或多晶的弹塑性本构方程相结合，从介观尺度（即晶粒尺度）上解释材料的各种塑性变形行为。
将晶体塑性理论与有限元方法相结合的方法称为晶体塑性有限元方法（Crystal Plastic Finite Element Method，CPFEM），该方法从材料变形的物理机制出发，可以较为准确的反映材料的微观特性。
目前晶体塑性有限元模拟已成为力学界和材料界的研究热点。
钛与钛合金是一种重要的结构材料，以其优异的性能广泛应用在航空航天等领域。
钛有两种同素异构晶型：密排六方(HCP)点阵的α-Ti相和体心立方(BCC)点阵的β-Ti相，由于晶格类型不同，其变形机制差别较大。
文中综合采用了有限元方法、晶体塑性理论、元胞自动机等现代科学技术方法。
从介观尺度出发，根据合金微观晶格结构的不同，研究新型近α型钛合金—TA15钛合金的高温塑性变形，研究在相变点温度以上及以下的TA15钛合金高温的高温塑性变形行为。
文中采用元胞自动机方法得到了相变点上的TA15钛合金的初始晶粒形貌。
建立了适用于变形温度在相变点以上的TA15合金的高温塑性变形的晶体塑性有限元模型。
模拟结果表明多晶体在塑性变形的过程中，晶粒与晶粒之间以及晶粒内部的应力分布存在着明显的差异，晶粒内部与晶粒外部的塑性变形非常不均匀。
通过对滑移系上的剪应变进行分析表明由于各晶粒的取向不同和晶粒间的取向差的差异，不同晶粒的滑移系开动情况差别很大；在同一晶粒内部，由于需要协调相邻晶粒的应变情况，因此滑移系开动的程度也不完全相同。
建立了适用于变形温度在相变点以下的TA15合金的高温塑性变形多晶晶体塑性有限元模型，研究HCP型多晶体在塑性变形后的应力应变状态及变形过程中晶粒的取向分布情况。
结果表明，基于HCP晶体的变形机制所建立的孪生为主滑移为辅的塑性本构关系可以相对较好的描述材料的应力应变状态。
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言钛合金作为一种具有高强度、低密度和优良耐腐蚀性的金属材料，广泛应用于航空、航天、船舶等关键领域。
其中，TA15钛合金因其在高温条件下的良好力学性能，在航空发动机等重要部件制造中具有举足轻重的地位。
因此，对其热加工性能和微观组织的研究具有重要的工程价值和理论意义。
本文旨在研究TA15钛合金热加工过程中的本构模型及微观组织预测，为优化其加工工艺和提升材料性能提供理论支持。
二、TA15钛合金的物理与化学性质TA15钛合金具有优异的力学性能和良好的高温稳定性，主要成分为钛（Ti）和其他合金元素如铝（Al）、钒（V）等。
这些元素的含量决定了其物理和化学性质，尤其是对热加工过程中的流变行为有着重要影响。
在高温环境下，TA15钛合金具有良好的塑性和抗蠕变性能，因此适用于高温、高应力环境下的工作条件。
三、热加工本构模型研究（一）本构模型的建立本构模型是描述材料在热加工过程中应力-应变-温度-时间等参数关系的数学模型。
对于TA15钛合金，我们通过实验方法，结合其流变行为的特点，建立了基于物理基础的Arrhenius型本构模型。
该模型能够有效地描述TA15钛合金在热加工过程中的流变行为，为优化加工工艺提供了理论依据。
（二）本构模型的验证与应用为验证本构模型的准确性，我们通过高温拉伸试验等手段收集了大量实验数据。
将实验数据与本构模型进行对比分析，结果表明，该模型能够较好地预测TA15钛合金在热加工过程中的应力-应变关系。
此外，我们还将本构模型应用于实际生产过程中，通过调整工艺参数，实现了对TA15钛合金性能的优化。
四、微观组织预测研究（一）微观组织的观察与描述微观组织是影响材料性能的重要因素之一。
通过对TA15钛合金在不同热加工条件下的微观组织进行观察，我们发现其微观组织主要由α相和β相组成。
不同温度和应变速率下，α相和β相的分布、大小和形态均有所不同。
这些变化对材料的力学性能和耐腐蚀性等有着重要影响。
TA15钛合金高温变形行为研究
TA15钛合金高温变形行为研究TA15钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，属于高Al当量的近α型钛合金。
该合金既具有α型钛合金良好的热强性和可焊性，又具有接近于α+β型钛合金的工艺塑性，是一种综合性能优良的钛合金，被广泛用于制造高性能飞机的重要构件。
对金属热态加工过程进行数值模拟，需要确定材料对热力参数的动态响应特征，即材料的流动应力与热力参数之间的本构关系，这对锻造工艺的合理制定，锻件组织的控制以及成型设备吨位的确定具有科学和实际的指导意义。
中国船舶重工集团公司725所的科研人员以TA15合金的热模拟压缩试验为基础，研究了变形工艺参数对TA15合金高温变形时流动应力的影响，这些研究对制定合理的TA15合金锻造热加工工艺，有效控制产品的性能、提高产品质量提供了借鉴。
热模拟压缩试验所用材料为轧制态Φ55mmTA15合金棒材，相变点为995±5℃，将该棒料切割加工成Φ8mm×12mm的小棒料进行试验。
研究结果表明：（1）TA15合金在高温变形过程中，流动应力首先随应变的增大而增加，达到峰值后再下降，最后趋于稳定值。
同一应变速率下，随着变形温度的升高，合金的流动应力降低；同一变形温度下，随着应变速率的减小，合金的流动应力减小。
（2）TA15合金属于热敏感型和应变速率敏感型材料。
应变速率较小时，变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较小；应变速率较大时，变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较大。
变形温度较低时，应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较大；变形温度较高时，应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较小。
（3）建立了TA15合金高温变形时的流动应力本构方程，经显著性检验和相关系数检验，证明所建立的方程具有较好的曲线拟合特性，方程的计算值与实验数据吻合较好。
TA15钛合金的动态热压缩行为及其机理研究
第25卷 第4期2005年8月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o.l 25,N o .4 A ugust 2005TA15钛合金的动态热压缩行为及其机理研究徐文臣,单德彬,李春峰,吕 炎(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001)摘要:为了研究TA 15(T -i 6A -l 2Z r -1M o -1V )钛合金的动态热变形行为,采用圆柱试样在G leeb l e -1500热模拟机上进行了恒应变速率压缩变形试验(变形温度550~1000e ,变形速率0101~1s -1),计算了材料的变形激活能Q 并观察了热变形组织。
结果表明,材料的流动应力随着变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大。
材料的流变行为表现为加工硬化(550~600e )、动态再结晶(650~900e )、动态回复(950~1000e )三种类型。
材料在(A +B )相区的热变形激活能为517kJ /mo ,l B 相区为205kJ /mo l 。
流动应力曲线、变形激活能以及变形组织分析表明,在A +B 相区动态再结晶是材料的主要软化机制,而在B 相区软化机制则以动态回复为主。
随着变形速率的降低,在(A +B )双相区动态再结晶进行得更加充分,而在B 相区则动态回复的亚晶趋于长大。
关键词:热压缩;变形激活能;加工硬化;动态再结晶;动态回复;亚晶中图分类号:TG146.23 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2005)04-0010-07收稿日期:2004-09-10;修订日期:2005-04-01作者简介:徐文臣(1976-),男,博士研究生。
TA15(T -i 6A -l 2Zr -1M o -1V )是与俄罗斯研制的BT20钛合金相似的一种近A 钛合金,具有较高的比强度、抗蠕变性、耐腐蚀性以及良好的焊接性能,在航空航天工业中广泛应用,如在前苏联第三代先进歼击机上,BT20钛合金的单机毛坯用量占整个钛合金毛坯用量的70%左右,应用在中央翼下壁板、承力框和进气道格栅防护罩等关键零件上[1~3]。
TA15钛合金高温压缩变形行为与组织研究
， 因此 ，
本工作探究 了 Ｔ Ａ １ ５钛 合 金 在 高 温 下 变 形 过 程 中 应力． 应 变 特 点 和 组 织 演 化 的规 律 ， 并 研 究 了 变 形 量、 温度 和应 变 速 率对 Ｔ Ａ １ ５钛 合 金 高 温 变形 行 为
的影 响 。
晶粒 过 度长 大 ， 变形 过 程 采用 Ｂ型 热 电偶 对温 度进 行实 时测 量 以保证试 样 温度 能够 准确反 馈并 对其 进 行 有 效控 制 。在变形 后立 即喷雾水 淬 以保持 高温 变
ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ５ — ５ ０ ５ ３ ． ２ ０１ ３ ． ３ ． ０ ０ ５
中图分类号 ： Ｔ Ｇ １ ４ ６ ． ２ ３
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１ ０ ０ ５ ． ５ ０ ５ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ０ ０ ２ ５ — ０ ５
圆柱 体 ， 实验 材料经差 热分析法 （ Ｄ Ｓ Ｃ） 测定 （ ＋
Ｂ ） ／ １ ３ 相变 点在 ９ ７ ０～ ９ ８ ０ ｏ Ｃ之 间 。在 Ｇ ｌ ｅ ｅ ｂ ｌ ｅ 一 ３ ５ ０ ０
Ｔ Ａ １ ５钛 合 金 具 有 高 比强 度 、 抗 蠕 变 性 和 耐 腐 蚀性 及 良好 的 焊 接 性 能 ， 在航 空领域应用广泛 ， 如
Ｔ Ａ １ ５是一 种 高 Ａ ｌ 当量 近 钛合 金 ， 其 名 义 化
学 成分 （ 质量 分数／ ％） 为 Ａ １ ６ ． ９ ６ ， Ｖ ２ ． ３ １ ， Ｚ ｎ ２， Ｍ ￣ ｂ ｌ Ｏ ｍｍ×１ ５ ａ ｒ ｍ 的
量４ ０ ％和 ６ ０ ％； 变形 温 度 ９ ０ ０～１ ０ ５ ０ ℃ 。在 １ ０ ０ ０ ｏ Ｃ
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言钛合金作为一种具有重要工业应用价值的金属材料，因其优良的力学性能和耐腐蚀性而备受关注。
TA15钛合金作为其中的一种典型代表，其热加工性能及微观组织预测研究对于优化其加工工艺、提高材料性能具有重要意义。
本文旨在通过建立TA15钛合金热加工本构模型，以及对其微观组织进行预测研究，为TA15钛合金的加工工艺优化和性能提升提供理论支持。
二、TA15钛合金热加工本构模型1. 材料与实验方法实验材料选用TA15钛合金，通过热模拟实验，获取不同温度、应变速率及应变条件下的流变行为数据。
实验过程中，采用先进的测控设备记录相关数据，确保数据的准确性和可靠性。
2. 本构方程的建立基于实验数据，通过数学方法建立TA15钛合金的热加工本构方程。
本构方程描述了材料在热加工过程中的流变应力、温度、应变速率及应变之间的关系，是预测材料热加工行为的重要依据。
3. 本构模型的验证与应用通过将本构模型预测结果与实际实验数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。
同时，将本构模型应用于TA15钛合金的实际热加工过程，为优化加工工艺提供理论支持。
三、微观组织预测研究1. 微观组织观察通过金相显微镜、扫描电子显微镜等手段，观察TA15钛合金在不同热加工条件下的微观组织变化。
这些变化包括晶粒大小、形状、分布以及相的变化等。
2. 微观组织预测模型的建立基于微观组织观察结果，结合热力学和相变理论，建立TA15钛合金的微观组织预测模型。
该模型能够预测不同热加工条件下TA15钛合金的微观组织演变规律。
3. 预测结果的分析与讨论通过对预测结果的分析，揭示TA15钛合金微观组织演变与热加工条件之间的关系。
同时，结合实际加工过程中的问题，讨论如何通过调整热加工条件来优化TA15钛合金的微观组织，进而提高其力学性能和耐腐蚀性。
四、结论本文通过建立TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究，得出以下结论：1. 建立的TA15钛合金热加工本构模型能够较好地描述材料在热加工过程中的流变行为，为优化加工工艺提供理论支持。
TA15_钛合金高温摩擦磨损性能研究
第52卷第10期表面技术2023年10月SURFACE TECHNOLOGY·151·TA15钛合金高温摩擦磨损性能研究刘彬1，李晟1，毛玉刚1，李鹏飞1*，李亮亮2,3，孟宪凯1，王赛兰1，吴嘉诚1（1.江苏大学 机械工程学院，江苏 镇江 212013；2.吉林大学 机械与航空航天工程学院，长春 130025；3.沈阳飞机工业（集团）有限公司 创新研究院，沈阳 110000）摘要：目的为探究TA15钛合金高温耐磨性能的潜力，研究了TA15钛合金在室温~800 ℃下的摩擦磨损性能。
方法利用Rtec摩擦磨损试验机（Rtec，San Jose，USA）进行TA15钛合金的摩擦磨损性能测试，通过激光共聚焦显微镜、JSM-7800F扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）等手段，分析了TA15钛合金在不同温度下的磨痕形貌、成分变化以及磨损机理。
结果在不同试验温度下，微观组织没有出现明显变化，主要为等轴α相和β相；不同温度下的摩擦因数波动不大，从室温的0.279下降到600 ℃的0.224，而在800 ℃时，表面严重氧化导致摩擦因数增大到0.309；在室温~400 ℃时，试样表面磨痕不断变窄变浅，犁沟和磨屑不断减少，而到400 ℃以上时磨痕逐渐变宽，比磨损率也大幅增大，且在600 ℃时的磨损量最大；在600 ℃时，以氧化磨损为主，并伴随着磨粒磨损和黏着磨损，且表面磨痕形貌和宽度比较均匀；在800 ℃时磨损表面以黏着磨损和氧化磨损为主，并伴随着高温焊接的发生。
结论TA15合金表面的O元素含量随温度的升高而逐渐升高，并且氧化反应主要发生在β相内。
随着试验温度的升高，TA15钛合金磨损表面的氧化磨损现象也更加明显。
关键词：TA15钛合金；高温性能；磨损机理；氧化磨损；摩擦因数中图分类号：TG147 文献标识码：A 文章编号：1001-3660(2023)10-0151-09DOI：10.16490/ki.issn.1001-3660.2023.10.011Tribological Properties of TA15 Titanium Alloyat Different High TemperaturesLIU Bin1, LI Sheng1, MAO Yu-gang1, LI Peng-fei1*, LI Liang-liang2,3,MENG Xian-kai1, WANG Sai-lan1, WU Jia-cheng1(1. School of Mechanical Engineering, Jiangsu University, Jiangsu Zhenjiang 212013, China;2. School of Mechanical and Aerospace Engineering, Jilin University, Changchun 130025, China;3. Innovation Research Institute, Shenyang Aircraft Corporation, Shenyang 110000, China)收稿日期：2022-09-15；修订日期：2023-03-31Received：2022-09-15；Revised：2023-03-31基金项目：国家科技重大专项（2017ZX04001001）；江苏省自然科学基金青年基金（BK20210758）；中国博士后科学基金面上一等资助项目（2022M710060）；航空动力装备振动及控制教育部重点实验室开放基金（VCAME202208）；江苏省研究生实践创新计划（SJCX22_1849，KYCX22_3626）Fund：National Science and Technology Major Project (2017ZX04001001); Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20210758); China Postdoctoral Science Foundation Funded Project (2022M710060); Open Fund for the Key Laboratory of Vibration and Control of Aviation Power Equipment, Ministry of Education (VCAME202208); Postgraduate Research & Practice Innovation Program of Jiangsu Province (SJCX22_1849, KYCX22_3626)引文格式：刘彬, 李晟, 毛玉刚, 等. TA15钛合金高温摩擦磨损性能研究[J]. 表面技术, 2023, 52(10): 151-159.LIU Bin, LI Sheng, MAO Yu-gang, et al. Tribological Properties of TA15 Titanium Alloy at Different High Temperatures[J]. Surface Technology, 2023, 52(10): 151-159.*通信作者（Corresponding author）·152·表面技术 2023年10月ABSTRACT: To investigate the high-temperature wear resistance potential of the TA15 titanium alloy, its tribological properties were studied at various temperatures, ranging from room temperature to 800 ℃. The Rtec Universal Tribometer (Rtec, San Jose, USA) equipped with a high-temperature furnace capable of reaching 1 000 ℃, with a heating rate of 100 ℃/min, was used to conduct friction and wear property tests on the TA15 titanium alloy. The impact of temperature on the friction coefficient and wear rate was analyzed. The wear morphology, composition changes, and wear mechanism of the TA15 titanium alloy at different temperatures were analyzed with a laser confocal microscope, a JSM-7800F scanning electron microscope (SEM), energy dispersive spectrum (EDS), and X-ray diffraction (XRD). The study showed that there were no significant changes in the microstructure at different test temperatures, and the microstructure was primarily composed of equiaxed α and β phases. As the test temperature increased, the O element content on the surface of the TA15 titanium alloy continuously increased, and the oxidation wear phenomenon on the wear surface became more apparent. The wear width varied significantly at 200 ℃ and 400 ℃, owing to the small average width and depth at these temperatures. Although the wear width error was the smallest at 600 ℃, the wear depth error was the highest due to too deep partial scratches, indicating that abrasive wear was the primary factor. At 800 ℃, the specimen was extruded and deformed, resulting in a significantly increased wear width (about 2 300 μm).Furthermore, increased adhesive wear caused noticeable local tearing. At temperatures below the service temperature of 500 ℃, wear losses only slightly varied from 0.005 1 g to 0.004 3 g. However, at 600 ℃, the wear loss abruptly increased to 0.019 1 g, which was mainly due to TA15's excellent plasticity at that temperature. Additionally, the high temperature microhardness affected the wear loss and mechanism. Unexpectedly, at a test temperature of 800 ℃, the total mass increased by 0.019 4 g due to the softened TA15's compaction and obvious adhesive wear. The wear mechanism of TA15 at room temperature was primarily abrasive wear. At 200 ℃ and 400 ℃, the wear was mainly stripping wear and adhesive wear, accompanied by minor abrasive wear and oxidation wear. At 600 ℃, the wear was primarily oxidized, accompanied by abrasive wear and adhesive wear, with uniform surface wear morphology and width. At 800 ℃, the wear surface was mainly affected by adhesive wear and oxidation wear, accompanied by high temperature welding. At high temperatures, TA15's surface wear is mainly influenced by high temperature softening and surface oxidation. Worn surfaces are distributed with various particles of different morphologies, with Ti as the main element and N element detected at various spots, indicating that grinding ball particles are embedded in the substrate regardless of test temperature. Owing to Ti's high chemical activity, oxidation is inevitable, and the content of O element increases gradually with the rise in test temperature.KEY WORDS: TA15 titanium alloy; high-temperature properties; wear mechanism; oxidation wear; friction coefficientTA15（Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V）合金是典型的近α型中强度钛合金，具有高比强度、良好的热稳定性、较好的耐腐蚀性及焊接性能等优点，广泛应用于航空航天、船舶等领域[1]，因其优异的综合力学性能，成为承载复杂载荷结构件的重要材料之一，也是燃气轮机压气机叶片和压气机盘的重要材料[2-3]。
基于m值高效法的TA15合金超塑性变形
基于m值高效法的TA15合金超塑性变形孙前江;王高潮【摘要】对TAl5合金在拉伸试验机上进行应变速率敏感因子(m值)高效超塑性变形试验,研究合金的超塑性性能和显微组织.结果表明:在780～950℃变形时,TAl5合金呈现出良好的超塑性能;900℃变形时,该合金的超塑性能最好,m值达到0.62,最大伸长率为1287％;随着变形温度的升高,合金的超塑性能降低,950℃时伸长率仅为567％.显微组织分析表明:TAl5合金在超塑性变形过程中,晶粒始终保持等轴状;由于变形温度升高,晶粒合并长大,950℃时发生α→β相转变,初生α相体积分数大幅度降低.与最大m值法相比较,m值高效超塑性变形不仅使TAl5合金获得了良好超塑性能,变形效率也显著提高.%The high efficient superplastic deformation experiments of TA15 alloy based on m value were performed on the tensile testing machine.The superplastic properties and microstructure were studied.The results indicate that TA15 alloy exhibits excellent superplasticity at temperatures of 780-950 ℃.The superplasticity is the best at 900 ℃.The m value is 0.62 and the maximum elongation is 1287％.With temperature increases,the superplasticity decreases and the elongation is only 567％at 950 ℃.The microstructure analysis shows that the equiaxed grains are kept during deformation.The grains merge and grow up due to increasing temperature.The volume fraction of primary α phase decreases greatly because α--→ β phase transformation occu rs at 950 ℃.Compared with the method of maximum m value,not only the excellent superplasticity of TA15 alloy is obtained by the high efficientsuperplastic deformation,but also the deformation efficiency is enhanced obviously.【期刊名称】《中国有色金属学报》【年(卷),期】2017(027)004【总页数】8页(P716-723)【关键词】TAl5合金;超塑性;m值;显微组织【作者】孙前江;王高潮【作者单位】南昌航空大学航空制造工程学院轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌330063;南昌航空大学航空制造工程学院轻合金加工科学与技术国防重点学科实验室,南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TG146.2TA15合金属一种高Al当量的近型钛合金，既具有型钛合金良好的热强性和可焊性，又具有接近于型钛合金的工艺塑性[1−2]。
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》范文
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一摘要：本文针对TA15钛合金热加工过程中的本构关系及微观组织演变进行深入研究。
通过构建热加工本构模型，揭示了材料在热加工过程中的力学行为与工艺参数之间的内在联系。
同时，结合微观组织预测研究，对材料在热处理过程中的组织演变进行了模拟分析，为TA15钛合金的优化设计和加工工艺提供了理论依据。
一、引言TA15钛合金作为一种重要的航空结构材料，具有优异的力学性能和高温稳定性。
在航空、航天等领域的广泛应用中，其热加工过程对最终产品的性能起着决定性作用。
因此，研究TA15钛合金热加工过程中的本构关系及微观组织演变，对于优化其加工工艺、提高产品性能具有重要意义。
二、TA15钛合金热加工本构模型构建1. 材料与实验方法采用TA15钛合金作为研究对象，通过热模拟实验，获取不同温度、应变速率和变形程度下的力学性能数据。
2. 本构方程的建立基于实验数据，运用数理统计方法，建立TA15钛合金的热加工本构模型。
该模型能够反映材料在热加工过程中的流变行为与温度、应变速率及变形程度之间的内在联系。
3. 模型验证与分析通过对比实验结果与模型预测值，验证了所建立的本构模型的准确性。
分析表明，该模型能够有效地描述TA15钛合金在热加工过程中的力学行为。
三、微观组织预测研究1. 微观组织演变机理通过金相显微镜、扫描电镜等手段，观察TA15钛合金在热处理过程中的微观组织演变。
分析表明，材料的微观组织演变受温度、时间及应变速率等因素的影响。
2. 微观组织预测模型的建立基于材料科学原理和热力学理论，建立TA15钛合金的微观组织预测模型。
该模型能够模拟材料在热处理过程中的组织演变过程。
3. 预测结果与分析利用所建立的微观组织预测模型，对TA15钛合金在热处理过程中的组织演变进行模拟分析。
结果表明，预测结果与实际观察结果吻合度较高，证明了模型的准确性。
四、结论本文通过构建TA15钛合金的热加工本构模型和微观组织预测研究，揭示了材料在热加工过程中的力学行为与工艺参数之间的内在联系，以及微观组织演变规律。
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》范文
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，钛合金因其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性，广泛应用于航空、航天、海洋工程等高技术领域。
其中，TA15钛合金作为一种高强度、低密度的金属材料，在许多应用领域表现出了显著的优势。
为了进一步探索TA15钛合金的性能特点及其应用潜力，本文将对其热加工本构模型及微观组织预测进行研究。
二、TA15钛合金热加工本构模型研究（一）本构模型概述本构模型是描述材料在热加工过程中应力、应变、温度和速度等参数之间关系的数学模型。
对于TA15钛合金而言，建立准确的热加工本构模型，有助于更好地掌握其热加工过程中的力学行为和工艺特点。
（二）模型建立与验证本研究通过实验方法获取了TA15钛合金在不同温度、应变速率和变形程度下的力学性能数据。
基于这些数据，建立了TA15钛合金的热加工本构模型。
同时，通过与实际生产过程中的数据进行对比，验证了模型的准确性和可靠性。
（三）模型应用TA15钛合金热加工本构模型的应用，主要包括优化工艺参数、预测材料性能和指导生产实践等方面。
通过该模型，可以更好地掌握TA15钛合金在热加工过程中的力学行为，从而为优化工艺参数和预测材料性能提供有力支持。
同时，该模型还可以为指导生产实践提供重要依据，提高生产效率和产品质量。
三、微观组织预测研究（一）微观组织概述微观组织是材料性能的重要决定因素之一。
对于TA15钛合金而言，其微观组织主要包括晶粒大小、相组成和分布等。
通过研究这些微观组织的演变规律，可以更好地掌握TA15钛合金的性能特点和应用潜力。
（二）预测方法本研究采用先进的计算机模拟技术，结合TA15钛合金的热加工本构模型和微观组织演变规律，建立了微观组织预测模型。
该模型可以有效地预测TA15钛合金在不同热加工条件下的微观组织演变情况。
（三）预测结果与分析通过微观组织预测模型，我们可以预测TA15钛合金在不同热加工条件下的晶粒大小、相组成和分布等情况。
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》范文
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言TA15钛合金因其良好的机械性能、高强度以及优秀的耐腐蚀性等优点，被广泛应用于航空、航天和造船等领域。
热加工过程对钛合金的微观组织和性能具有重要影响，因此，建立准确的热加工本构模型和预测微观组织变化，对于优化钛合金的加工工艺、提高产品性能具有重要意义。
本文将就TA15钛合金的热加工本构模型及微观组织预测进行深入研究。
二、TA15钛合金热加工本构模型研究（一）模型建立热加工本构模型是描述材料在热加工过程中应力、应变、温度和时间等因素关系的数学模型。
本文采用基于物理基础的Arrhenius型本构方程，通过引入应力和应变速率敏感因子，建立TA15钛合金的热加工本构模型。
（二）模型验证为了验证模型的准确性，我们进行了多组不同温度、应变速率和应力的热模拟实验。
通过将实验结果与模型预测结果进行对比，发现模型能够较好地反映TA15钛合金在热加工过程中的应力应变行为。
三、微观组织预测研究（一）预测方法微观组织的演变受多种因素影响，包括合金成分、热加工工艺等。
本文采用基于相场理论的微观组织模拟方法，结合TA15钛合金的热加工本构模型，预测其在不同热加工条件下的微观组织演变。
（二）预测结果分析通过模拟不同温度、应变速率和变形程度等工艺参数下的微观组织演变，我们发现TA15钛合金在高温低应变速率条件下，有利于获得均匀细小的微观组织；而在低温高应变速率条件下，则容易出现粗大晶粒和第二相粒子聚集等现象。
这些结果为优化TA15钛合金的热加工工艺提供了重要依据。
四、结论本文建立了TA15钛合金的热加工本构模型，并通过实验验证了模型的准确性。
同时，采用基于相场理论的微观组织模拟方法，预测了TA15钛合金在不同热加工条件下的微观组织演变。
研究结果表明，合理的热加工工艺参数对于获得优良的TA15钛合金微观组织和性能具有重要意义。
五、展望未来，我们将进一步深入研究TA15钛合金的热加工性能和微观组织演变规律，优化热加工工艺参数，以提高TA15钛合金的性能和降低成本。
TA15钛合金高压电子束焊接接头力学性能研究
微孔聚集型塑性断裂。韧窝和撕裂棱高度反
映了试样断裂时塑性变形的程度,同时也反
映了裂纹扩展时消耗能量的大小,观察韧窝 b)
和撕裂棱高度可以定性地分析材料的断裂
韧性和止裂能力。韧窝是由正应力拉断时形
成的。
对疲劳源进行能谱分析，发现疲劳源区
小球体与 TA15 标准化学成分比较，Mo、V
偏高，Al、Zr 偏低，由于 Mo、V 为 β 相稳
重要因素。疲劳破坏是机械零部件早期失效 的主要形式。据统计，约有80％以上零部件 失效是由疲劳引起的，其中大多数是突然断 裂。随着现代机械向高速和大型化方向发 展，许多零部件在高温、高压、重载和腐蚀 等恶劣工况下运行，疲劳破坏事故更是层出 不穷。因此，研究焊接接头的疲劳性能对提 高焊接构件的使用可靠件和使用寿命有着 十分重要的意义【4】。
2674456,2548932
470
7572936
指定寿命 N=1×107
462 ＞10000000,7407699,2001369σD=453.43MPa
＞10000000,＞10000000
454 5810631,7852455,4654502
8566449,＞10000000,＞
446
10000000,＞10000000
表 2 TA15 钛合金高压电子束焊接工艺参数
加速 电压
焊接 束流
聚焦 电流
焊接 高度
焊接 速度
150 kV 27mA 356mA 292mm 0.8m/min
针对 TA15 钛合金，根据以往的经验，
我们选择五种焊后真空热处理制度，通过静
力试验，优化出较好的热处理工艺，各种热
处理规范工艺参数如表 3 所示。
4
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》范文
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一摘要：本文针对TA15钛合金热加工过程中的本构关系及微观组织演变进行了深入研究。
通过构建本构模型，预测了TA15钛合金在热加工过程中的流动应力及变形行为；同时，结合微观组织观察，对材料在加工过程中的组织演变进行了分析。
本文旨在为TA15钛合金的优化设计及生产过程中的工艺参数提供理论依据和指导。
一、引言TA15钛合金以其优良的力学性能和高温稳定性在航空航天等领域得到广泛应用。
其热加工过程中的本构关系及微观组织演变是影响材料性能的关键因素。
因此，研究TA15钛合金在热加工过程中的本构模型及微观组织预测具有重要意义。
二、材料与实验方法本实验选用TA15钛合金作为研究对象，采用高温压缩实验法获取实验数据。
在热模拟试验机上对材料进行不同温度、不同应变速度下的高温压缩实验，记录实验过程中的应力-应变曲线。
同时，通过光学显微镜、电子显微镜等手段对材料进行微观组织观察。
三、本构模型构建根据实验数据，构建了TA15钛合金的热加工本构模型。
本构模型采用Arrhenius方程为基础，结合材料在热加工过程中的流动应力、变形温度和应变速度等因素，建立了数学模型。
通过回归分析，确定了模型中的各项参数，并验证了模型的准确性。
四、流动应力及变形行为分析根据构建的本构模型，对TA15钛合金在热加工过程中的流动应力及变形行为进行了预测。
结果表明，随着变形温度的升高和应变速度的降低，材料的流动应力呈现降低趋势。
同时，材料的变形行为也受到温度和应变速度的影响，表现为在不同条件下具有不同的变形机制。
五、微观组织演变分析通过光学显微镜和电子显微镜对TA15钛合金在热加工过程中的微观组织进行观察，发现材料在加热过程中发生动态再结晶、晶粒长大等现象。
随着变形程度的增加，晶粒形状和大小发生变化，出现亚结构、位错等微观缺陷。
这些变化对材料的力学性能和高温稳定性具有重要影响。
六、结论本文通过构建TA15钛合金的热加工本构模型，预测了材料在热加工过程中的流动应力及变形行为。
TA15钛合金高温变形多晶体塑性有限元模拟
ｈαβ
＝
ｑαβ ｈβ ， ｈβ
＝
ｈ０β （１
－
τβ ａ（β） ） β τｓ
（５ ）
式中 ｈαβ ——— 硬化模量 ， 表示 β 滑移系的作用对 α
滑移系所造成的应变硬化率 ， 范围包
括所有的活性滑移系
ｑαβ ——— 描述潜硬化行为的矩阵 ｈβ ——— 单滑移系硬化率 ｈ０β ， ａ ， τβｓ ——— 滑移硬化的材料参数 其中 ， ｈ０β 为初始自硬化率 ， ａ 决定自硬化曲线 的形状 ， τβｓ 为饱和剪切应力 。 ｑαβ 对真应力应变曲线 的影响较大 ， 对于本文钛合金 ， 滑移系之间的潜硬
Ｆｉｇ畅 ３ Ｍ ｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
图 ２ Ｔ Ａ１５ 钛合金在模拟和实验条件下的 真应力‐应变曲线对比
Ｆｉｇ畅 ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ
ｓｔｒｅｓｓ‐ｓｔｒａｉｎ ｃｕｒｖｅｓ
潜硬化速率 ，ｑαβ 硬化参数 ，ｈ０β ／Ｍ Ｐａ
饱和值 τβｓ ／Ｍ Ｐａ 硬化率指数 ，ａ
数值 １２９ ０畅 ３３ ０畅 １２ ０畅 ０１ ８ １ ４５５ １１８ ２
图 ３ 变形前后的模拟组织形貌
ａ） 初始组织形貌 ； ｂ） 在应变速率为 ０畅 ０１ｓ － １ ， 变形量为 ４０ ％ ， 变形温度 １ ０５０ ℃ 压缩后组织形貌
８７
变形行为 。
为方便描述 ， 本文基于经典塑性的理论 ， 考虑
晶体在变形时的滑移带 ， 将晶体变形过程乘法分解
为初始构形 、 中间构形和当前构形即将整个变形分
解为两阶段 ， 即材料由初始构形以变形梯度 Ｆｐ 运
TA15钛合金高温塑性变形流变应力行为研究
TA15钛合金高温塑性变形流变应力行为研究
纪仁峰;闵新华;胡弘剑;廖洪军
【期刊名称】《稀有金属与硬质合金》
【年(卷),期】2009(37)2
【摘要】通过热/力模拟实验对TA15钛合金高温塑性变形流变应力进行了研究。
实验结果表明:应变速率和变形温度的变化显著影响合金流变应力的大小,流变应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大。
根据实验数据,计算了合金的高温塑性本构方程常数,并采用Zener-Hollomon参数的双曲正弦函数形式描述了合金的流变应力行为。
【总页数】5页(P12-16)
【关键词】TA15钛合金;高温塑性变形;Zener—Hollomon参数;流变应力
【作者】纪仁峰;闵新华;胡弘剑;廖洪军
【作者单位】宝钢股份特殊钢分公司制造管理部
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.23
【相关文献】
1.TA15钛合金高温压缩变形行为与组织研究 [J], 李成铭;李萍;赵蒙;薛克敏
2.粉末冶金TA15钛合金的高温塑性变形行为 [J], 王琪;文智;王斌;易丹青;钱锋
3.TA15合金高温应力松弛和流变应力行为 [J], 申发兰;陈明和;冯建超
4.纯钼高温塑性变形及流变应力行为 [J], 孙晓云;胡贤磊;冯雪;张威
5.2E12铝合金的高温塑性变形流变应力行为 [J], 黄裕金;陈志国;舒军;刘瑶琼;周娴因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究晶体塑性理论将晶体塑性变形的物理机制及变形几何学与单晶或多晶的弹塑性本构方程相结合，从介观尺度（即晶粒尺度）上解释材料的各种塑性变形行为。
将晶体塑性理论与有限元方法相结合的方法称为晶体塑性有限元方法（Crystal Plastic Finite Element Method，CPFEM），该方法从材料变形的物理机制出发，可以较为准确的反映材料的微观特性。
目前晶体塑性有限元模拟已成为力学界和材料界的研究热点。
钛与钛合金是一种重要的结构材料，以其优异的性能广泛应用在航空航天等领域。
钛有两种同素异构晶型：密排六方(HCP)点阵的α-Ti相和体心立方(BCC)点阵的β-Ti相，由于晶格类型不同，其变形机制差别较大。
文中综合采用了有限元方法、晶体塑性理论、元胞自动机等现代科学技术方法。
从介观尺度出发，根据合金微观晶格结构的不同，研究新型近α型钛合金—TA15钛合金的高温塑性变形，研究在相变点温度以上及以下的TA15钛合金高温的高温塑性变形行为。
文中采用元胞自动机方法得到了相变点上的TA15钛合金的初始晶粒形貌。
建立了适用于变形温度在相变点以上的TA15合金的高温塑性变形的晶体塑性有限元模型。
模拟结果表明多晶体在塑性变形的过程中，晶粒与晶粒之间以及晶粒内部的应力分布存在着明显的差异，晶粒内部与晶粒外部的塑性变形非常不均匀。
通过对滑移系上的剪应变进行分析表明由于各晶粒的取向不同和晶粒间的取向差的差异，不同晶粒的滑移系开动情况差别很大；在同一晶粒内部，由于需要协调相邻晶粒的应变情况，因此滑移系开动的程度也不完全相同。
建立了适用
于变形温度在相变点以下的TA15合金的高温塑性变形多晶晶体塑性有限元模型，研究HCP型多晶体在塑性变形后的应力应变状态及变形过程中晶粒的取向分布
情况。
结果表明，基于HCP晶体的变形机制所建立的孪生为主滑移为辅的塑性本构关系可以相对较好的描述材料的应力应变状态。
对变形过程中模型代表单元中晶粒的取向分布情况的研究表明，随着变形的增加，同一面上的晶粒取向分布的改变有一定规律，不会发生突变；不同面上的晶粒取向分布情况有较大差别。