TC4-DT钛合金高温热变形行为研究
TC4_DT钛合金的热变形行为研究
TC4-DT 合金显微组织影响显著， 随着变形温度的升高及应变速率的降低，片层组织球化现象越明显；应变速率敏感
指数随变形温度的升高而增大；在本实验条件下，TC4-DT 合金的热变形激活能为 603.51 kJ/mol，表明该合金的热
变形主要是由高温扩散以外的过程控制，认为有动态再结晶发生。
关键词：TC4-DT 合金； 热变形； 本构方程
速率条件下的真应力-真应变曲线。 可以看出， 合金在不同应变速率下的真应力-真应变曲线变 化规律很相似 ， 即变形初始阶段， 合金发生加工 硬化效应，流变应力随应变增加而急剧增大， 在 很小的应变下流变应力达到峰值； 而后软化机制 占据主要地位， 流变应力随应变增加而逐渐下 降， 发生软化现象。 在同一温度下， 流变应力随
Key words：TC4-DT alloy; hot deformation; constitutive equation
钛合金以其密度小，比强度高，耐高温，耐蚀， 可焊等优良特性而成为航空航天领域一种重要的 结构材料。 近年来， 随着损伤容限准则在结构材 料设计中的广泛应用，损伤容限型钛合金受到更 多的重视[1]。 TC4-DT 合金是我国研发的一种具有 自主知识产权的损伤容限型钛合金， 它是在普通 TC4 合金基础上通过成分设计优化、纯净化熔炼和 β热加工工艺等途径获得的，该合金在具有一定强度 水平(900 MPa)的同时，还具有较低的裂纹扩展速率 da/dN 和较高 的 断 裂 韧 性 K1C (≥90 MPa·m1/2)，可
(1. State Key Laboratory of Solidification Processing, Northwestern Polytechnical University, Xi'an 710072, China; 2. Western Superconducting Technologies Co., Ltd., Xi'an 710016, China; 3. Xi'an Super-crystals Science ＆ Technology Development Co.,Ltd., Xi'an 710000, China)
细晶TC4钛合金高温拉伸变形行为研究
工学硕士学位论文细晶TC4钛合金高温拉伸变形行为研究金明月哈尔滨工业大学2006年6月国内图书分类号： TG166.5国际图书分类号： 669.295工学硕士学位论文细晶TC4钛合金高温拉伸变形行为研究硕士研究生：金明月导师：刘林华 教授副导师：单德彬 教授申请学位级别：工学硕士学科、专业：材料加工工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2006年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classified Index：TG166.5U.D.C.: 669.295A Dissertation for the Degree of M. Eng.TENSILE DEFORMATION BEHA VIOR OF FINE-GRAINED TC4 TITANIUMALLOY AT HIGH TEMPERATURECandidate：Jin MingyueSupervisor：Prof. Liu LinhuaAssociate Supervisor：Prof. Shan DebinAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Specialty：Material Processing EngineeringAffiliation：School of Energy Science and EngineeringDate of Oral Examination：June, 2006Harbin Institute of Technology University：哈尔滨工业大学工学硕士学位论文- I -摘 要钛合金是航空工业中应用广泛的金属结构材料。
由于钛合金的组织和性能对变形时的热加工参数比较敏感，所以适合其热加工的参数范围较小。
因此，研究不同变形条件下材料的变形行为及内部微观组织的变化，可为合理确定材料的热加工工艺和控制产品质量提供科学依据和理论指导。
本文采用室温拉伸及高温拉伸等实验方法，系统地研究了细晶TC4钛合金的塑性变形行为。
高温高压条件下钛合金的变形行为研究
高温高压条件下钛合金的变形行为研究近几十年来，钛合金因其优异的力学性能、耐腐蚀性和耐高温性能而被广泛应用于航空航天、船舶制造、核工程和医疗等领域。
然而，在复杂的工况条件下，如高温高压、大变形速率等情况下，钛合金的力学性能会发生变化，这对于工业应用来说是一个重要的问题。
因此，对钛合金在高温高压条件下的变形行为进行研究，对于掌握其力学性能、优化材料结构和加工工艺，具有重要的实际意义。
高温高压下钛合金的变形行为高温高压是指在高温（800-1200℃）和高压（100-300MPa）的条件下，钛合金在拉伸或压缩过程中发生的变形行为。
研究表明，在高温高压下，钛合金的力学性能发生了明显的改变，包括屈服强度、塑性变形、变形硬化和断裂行为等。
这与高温高压下的材料微观结构和变形机制有着密切的关系。
在高温高压下，钛合金的变形机制主要有晶界滑移、晶内滑移、晶体旋转和相变等。
其中，晶界滑移是最主要的变形机制，这是因为钛合金晶界的热稳定性较差，容易形成滑移位错。
同时，高温高压下，晶内滑移也会逐渐占据主导地位，这是由于高温下晶内扩散速率增加，使得空位浓度增大，导致滑移位错的形成。
除此之外，高温高压下相变现象也容易发生，钛合金的相变严重影响了其力学性能。
高温高压下的钛合金变形行为研究方法要对高温高压下钛合金的变形行为进行研究，需要运用一定的实验方法。
当前，常用的方法包括微观分析和力学测试等。
微观分析是研究钛合金变形行为的一种重要方法，常用的方法包括TEM、SEM、EBSD和XRD等。
其中TEM和SEM主要用于观察钛合金在变形过程中的微观结构和变形机制，可以直观地观察到钛合金中的晶界位错、滑移带和裂纹等。
EBSD可以对钛合金晶体的取向进行测量，揭示晶体的疲劳与变形行为。
XRD常用于研究钛合金的晶体结构和相变。
力学测试是研究钛合金变形行为的另一种重要方法，常用的方法包括拉伸、压缩、扭转和剪切等测试。
这些测试可以测量钛合金在高温高压下的力学性能和变形行为，包括屈服强度、应变硬化率、断裂韧性、动态变形等。
TC4-DT钛合金不同热变形条件下流变应力
Ｔ 一 Ｃ４ＤＴ钛 合 金 不 同热 变 形 条 件 下 流 变 应 力
王 小 芳 陈 明和 陈 伟 申发 兰
（． 京 航 空航 天 大 学 机 电学 院 ，南京 ，１ ０ ６ ２ 苏 州 有 色 金 属 研 究 院 ，苏 州 ， １ ０ ６ １南 ２ ０ １ ；． ２ ５２）
摘 要 ： 用 Ｇ ｅｂｅ３ ０ 利 ｌｅ ｌ一５ ０型 热 模 拟 实验 机 ， 究 Ｔ ４Ｄ 钛 合 金 在 温 度 ８ ０ １０ ０。 应 变速 率 ０ ０ ～ １ ～ ， 研 Ｃ 一Ｔ ５ ～ ０ Ｃ， ． １ ０ｓ 变 形 程 度 为 ７ 条 件 下 的 热 变 形 行 为 ， 析 流 变应 力行 为 及 微 观 组 织 演 变规 律 ， 立 并 验 证 高 温 应 力 本 构 关 系模 ０ 分 建
ｔ ｅ ｓｒ ｓ ｏ ｔｎ ｎ ｈ ｎ ｍｅ ｏ Ｓｏ ｖｏ ｓｗｈ ｎ ＴＣ４ ＤＴ ｌ ｙｄ ｆｒ ｔｔｍ ｐ ｒ ｔ ｒ ｓｂ ｌｗ ５ Ｃ． ｈ ｔｅ ｓｓ ｆｅ ｉｇ ｐ ｅ ｏ ｎ ｎ ｉ ｂ ｉｕ ｅ － ａｌ ｅｏ ｍｓａ ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｅｏ ９ ０。 ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｈｏ ｏ ｓｒ ｃ ： ｔｃ ｍｐ ｅ ｓｖ ｅ ｏ ｍａ ｉ ｎ ｏ ｒ ｓ ｉ ｅ ｄ ｆ ｒ ｔｏ ｆ ＴＣ４ ＤＴ ｉａ ｉ ｍ ｌｏ ａ ｒｅ ｕ ｈ ｏ ｇ ｈ ｏ － ｉ ｕ ａ － ｔｔ ｎ ｕ ａ ｌ ｙ ｉ ｃ ｒ ｉ ｄ ｏ ｔｔ ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｈ ｔｓｍ ｌ— ｓ
Ｔｈｅ ｄｅ ｏｒ ｔｏ ｃ ｎｉｍ ｎ ｆ ｒ ａ ｉ ｃ ｉ ｔｏｎ ｅ ｅ ｇ Ｓ ｄｉｆ ｒ ｎ ｒ ｆ ｍａ ｉ ｎ ｍｅ ｈａ ｓ ａ ｄ ｄｅ ｏ ｍ ｔｏｎ ａ ｔｖａ ｉ ｎ ｒ ｙ ｉ ｆｅ ｅ ｔ ｆｏｍ ｈｅ ｄｅ ｏ ｍ ａ ｉ ｅ ｈａ ｔ ｆ ｒ ｔｏｎ ｍ ｅ —
增材制造钛合金tc4的变形及失效机理研究
增材制造钛合金tc4的变形及失效机理研究增材制造技术是一种新型的制造方式，它可以快速、准确地将材料加工成所需的形状。
而钛合金作为一种轻质、高强度的金属材料，在航空、航天、医疗等领域具有广泛的应用前景。
本文将从增材制造钛合金tc4的变形及失效机理两个方面进行探讨。
我们来了解一下增材制造钛合金tc4的基本情况。
TC4是一种高温强度和抗蠕变性能优良的钛合金，其成分主要包括Ti(钒)、C(碳)等元素。
在增材制造过程中，TC4可以通过激光熔融成形、电子束成形等方式得到。
与传统的锻造或铸造工艺相比，增材制造具有更高的生产效率和更好的精度控制能力。
随着增材制造技术的应用越来越广泛，人们也逐渐发现了一些问题。
其中最突出的问题就是材料的变形性能和疲劳寿命难以满足实际需求。
这主要是由于增材制造过程中存在的一些缺陷和不足所致。
比如说，在激光熔融成形中，由于材料的熔化和凝固过程受到温度梯度的影响，容易形成内部应力集中区域，从而导致材料的变形性能下降；在电子束成形中，由于材料的蒸发和冷凝过程受到速度场的影响，容易形成表面缺陷和微裂纹，从而导致材料的疲劳寿命缩短。
为了解决这些问题，研究人员们进行了大量的实验和理论分析。
他们发现，要想提高增材制造钛合金tc4的变形性能和疲劳寿命，关键在于优化材料的微观结构和组织形貌。
具体来说，可以从以下几个方面入手：第一，改进增材制造工艺参数。
比如说，可以通过调整激光功率、扫描速度、冷却剂流量等参数来优化材料的熔化和凝固过程，减少内部应力集中区域的形成；可以通过调整电子束功率、扫描速度、偏转角度等参数来优化材料的蒸发和冷凝过程，减少表面缺陷和微裂纹的形成。
第二，引入新型添加剂。
比如说，可以添加一些纳米颗粒或者复合材料作为添加剂，以改善材料的微观结构和性能。
这些添加剂可以在材料中形成一些特殊的位点或者界面，从而起到增强强度、降低变形、提高疲劳寿命的作用。
第三，探索新的材料组合。
比如说，可以将钛合金与其他金属或者非金属材料进行复合，以获得更好的性能表现。
TC4钛合金热变形行为研究
TC4钛合金热变形行为研究朱晓亮;欧梅桂;张松;王亚娟;袁国建;潘春华;贺孝文【摘要】为了研究TC4钛合金丝材的拔制过程,对TC4合金进行了高温拉伸变形实验.研究了应变速率0.1 s-1时,不同温度(800℃、840℃、880℃、920℃和960℃),以及温度为920℃时,不同应变速率(0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1和10 s-1)对TC4钛合金真应力-应变曲线及显微组织的影响.结果表明:当应变速率为0.1s-1时,随着实验温度的升高,动态回复和动态再结晶出现,材料的流变应力逐渐降低.其显微组织表明,随着温度升高,α相变得粗大,并由原先的长棒状变为短棒状,β相的含量逐渐增多.当实验温度为920℃时,随着应变速率的增加,加工硬化速率变快,位错增殖,晶粒运动受阻,硬化不能及时消除,畸变能增大,导致峰值应力增大,流变应力峰值升高.其显微组织表明,随着应变速率增加,α相沿拉伸方向变细变长,逐渐趋于同向排列.【期刊名称】《现代机械》【年(卷),期】2019(000)002【总页数】5页(P88-92)【关键词】TC4钛合金;高温拉伸变形;流变应力;显微组织;位错【作者】朱晓亮;欧梅桂;张松;王亚娟;袁国建;潘春华;贺孝文【作者单位】贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;高性能金属结构材料与制造技术国家地方联合工程实验室,贵州贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;高性能金属结构材料与制造技术国家地方联合工程实验室,贵州贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;高性能金属结构材料与制造技术国家地方联合工程实验室,贵州贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;高性能金属结构材料与制造技术国家地方联合工程实验室,贵州贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;高性能金属结构材料与制造技术国家地方联合工程实验室,贵州贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;高性能金属结构材料与制造技术国家地方联合工程实验室,贵州贵阳550025;贵州大学材料与冶金学院,贵州贵阳550025;高性能金属结构材料与制造技术国家地方联合工程实验室,贵州贵阳550025【正文语种】中文【中图分类】TG146.2+3TC4由于具有良好的的耐热性、强度、成形性、可焊性和生物相容性，在航空航天、车辆及医疗等领域得到了广泛的应用，TC4钛合金占钛合金总产量的50%[1]，是目前应用最广的一种α+β型两相钛合金[2-3]。
高温高压下钛合金的流变行为研究
高温高压下钛合金的流变行为研究钛合金是一类重要的材料，具有优异的力学性能、耐蚀性和生物相容性等特点，被广泛应用于航空航天、医疗器械、化工等领域。
然而，高温高压环境下的钛合金的流变行为尚未得到充分研究。
在高温高压环境下，钛合金受到的温度和压力等外部力的影响较大，从而导致其力学性能发生变化。
因此，研究钛合金的流变行为对于深入了解其力学性能具有重要意义。
首先，我们需要了解什么是流变行为。
流变学是研究物质流动或变形的学科。
流变学实验通常通过应力-应变曲线来研究材料的流变行为。
应力-应变曲线是刻画材料受到应力后的应变变化关系，也称为本构关系。
本构关系的形式直接地反映了材料的流变特性。
接下来，我们来了解一下高温高压下钛合金的流变实验。
实验中，采用热加压机和电子万能试验机进行测试。
首先，在钛合金试样中央钻一个圆孔，在圆孔中放置纯钛丝，并在上下两端加入导电环，形成电阻加热加压环境。
加热至设定温度，在设定压力下施加力，进行拉伸实验，获取应力-应变数据或本构关系曲线。
根据实验结果分析钛合金流变行为。
钛合金的高温高压流变行为主要有以下几个特点：1. 高温高压下，钛合金变形剧烈，易发生膨胀和裂纹，对实验条件要求较高。
2. 钛合金在高温高压环境下表现出明显的应变增强现象。
3. 非等温条件下，钛合金的应力-应变曲线呈现出明显的柏松比效应。
4. 高温高压下，钛合金的流变行为受到其化学成分、晶体结构和工艺制备等因素的影响。
以上是高温高压下钛合金的流变行为主要特点，对于相关领域的研究具有重要意义。
近年来，随着国内外研究技术和设备的不断提升，对钛合金的流变行为研究取得了一系列重要结果。
例如，一些研究表明，高温高压下钛合金的应力-应变曲线呈现出明显的屈服平台区域，这是传统力学模型难以解释的。
同时，一些学者尝试使用非线性本构模型对高温高压下钛合金的力学性能进行建模，这将有助于更准确地描述钛合金的流变行为。
此外，在钛合金的流变研究中，还需要注重其材料微观结构、组织和化学成分等因素的影响。
TC4-DT合金应变诱发最大m值超塑性变形研究
TC4-DT合金应变诱发最大m值超塑性变形研究喻淼真;王高潮;郑漫庆;徐雪峰【期刊名称】《航空材料学报》【年(卷),期】2014(034)003【摘要】采用基于最大m值法的应变诱发超塑性工艺,研究了TC4-DT钛合金在850～900℃和预应变量为1.0～2.0时的超塑性变形行为特征,确定了其最佳工艺参数.结果表明:在预应变量相同的条件下,随着温度的升高,合金的伸长率先增后减,在温度相同的条件下,随着预应变量的增加,合金的伸长率先增后减.超塑性变形后其内部发生了明显的动态再结晶,应变诱发最大m值超塑性的主要变形机制是晶界滑移,动态回复和动态再结晶为变形机制的辅助机制.最佳的工艺参数为变形温度870℃、预应变量1.5,最大伸长率1033％.【总页数】6页(P15-20)【作者】喻淼真;王高潮;郑漫庆;徐雪峰【作者单位】南昌航空大学航空制造工程学院,南昌330063;南昌航空大学航空制造工程学院,南昌330063;南昌航空大学航空制造工程学院,南昌330063;南昌航空大学航空制造工程学院,南昌330063【正文语种】中文【中图分类】TG146.2【相关文献】1.基于最大m值法和恒应变速率法的Ti3Al基合金超塑变形行为研究 [J], 付明杰;许慧元;刘佳佳;韩秀全2.基于最大m值法的TC4钛合金应变诱发超塑性变形工艺 [J], 夏春林;王高潮;邓同生;李娟;徐雪峰;孙前江3.TC11钛合金的最大m值超塑性变形研究 [J], 赵晓宾;王高潮;曹春晓;李臻熙;杨刚;范定兵4.含磷IN718合金高应变速率下超塑性变形行为的试验研究 [J], 宋玺玉;黄林杰;孙铁峰;宋金贵;孙文儒5.TC4-DT钛合金基于最大m值的超塑变形 [J], 郑漫庆;王高潮;喻淼真因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
TC4钛合金板材高温热拉伸性能的研究
2019年11期众创空间科技创新与应用Technology Innovation and ApplicationTC4钛合金板材高温热拉伸性能的研究*丁嘉健，刘家和，杨展铭，席彬彬，邓沛然，邵威（上海工程技术大学材料工程学院，上海201620）TC4钛合金是一种（α+β）型钛合金，其综合性能优良，常作为重要零部件应用于航空、航天等领域[1-2]。
在钛合金的应用中，板料成形尤其是薄板成形一直是成形领域的难点。
钛合金材料的屈强比高，板材室温下塑性变形范围窄小，成形困难，回弹严重，薄板成形的难度更大，所以一般需要采用热成形加工[3-5]。
国外学者对TC4钛合金板料在高温下深拉深的失效和成形性进行了研究，发现失效部位发生在成形零件的颈部和壁部，同时指出钛合金很难在室温到150℃范围内拉深，最大拉深比在400℃下达到1.8，但是仍然比其他结构的合金小，受设备因素，该研究未能使研究温度提高到400℃以上，所以钛合金的高温成形性能以及失效类型并未得到更充分的研究，更高温度条件下的钛合金板料热成形性能值得期待。
本课题通过在更高温度条件下进行材料的热拉伸研究，以期掌握材料的热成型的温度范围，为实际生产和科学研究提供参考。
1实验1.1实验材料实验材料采用高强度TC4钛合金板料，厚度为0.8mm 。
室温下抗拉强度1100MPa 左右，延伸率δ5为10%。
化学成分见表1。
1.2实验设备及方法实验用式样尺寸具体参数如图1所示，使用的设备为Gleeble-3800热力模拟压力机。
Gleeble 热力模拟试验机是一种物理模拟试验装置，在物理模拟中利用小试样在试验装置上再现材料在制备或热加工过程中的受热或同时受热与受力的物理过程，充分而精确地揭示材料在热加工过摘要：采用了Gleeble 3800热模拟机，对TC4钛合金进行了等温拉伸实验，研究了TC4钛合金在温度为20℃，300℃，600℃，700℃，800℃，应变速率在0.004s -1条件下的高温拉伸变形情况。
TC4-DT钛合金的相变过程原位观察
TC4-DT钛合金的相变过程原位观察王文盛;刘向宏;赵小花;郝芳;张小航;张海【摘要】利用共聚焦显微镜原位观察了存在强织构和正常两种组织的TC4-DT钛合金从室温升温至1200℃过程中的组织演变,并且与在室温下采用光学显微镜获得的照片进行了对比研究.结果表明,试样加热温度大于500℃时,无需化学浸蚀即可以进行原位观察.试样加热至950℃(Tβ-35℃)时,可观察到球状α相逐渐消失,加热至1000℃(Tβ+15℃)后观察不到球状α相,判断α→β相转变的温度区间应在950～1000℃.此外,正常组织试样加热至1000℃时已经能观察到β晶界和晶界滑移现象,而存在强织构的组织加热至1170℃左右时才观察到明显的β晶界和晶界滑移现象.强织构会阻碍晶粒再结晶长大,只有加热至Tβ以上一定温度时,晶粒才能再结晶长大.【期刊名称】《钛工业进展》【年(卷),期】2018(035)004【总页数】6页(P6-11)【关键词】TC4-DT钛合金;原位观察;高温金相;强织构【作者】王文盛;刘向宏;赵小花;郝芳;张小航;张海【作者单位】西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室, 陕西西安 710018;西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室, 陕西西安 710018;西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室, 陕西西安 710018;西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室, 陕西西安 710018;西部超导材料科技股份有限公司特种钛合金材料制备技术国家地方联合工程实验室, 陕西西安 710018;航空工业成都飞机设计研究所, 四川成都 610091【正文语种】中文【中图分类】TG146.230 引言TC4-DT钛合金是我国“十五”期间研制的一种中强高损伤容限型钛合金。
通过纯净化熔炼、新型准β热处理(准β锻造)等创新工艺制造的该合金可满足我国新一代飞机长寿命、高可靠性的设计需求。
TC4钛合金高温拉伸力学性能研究和组织演变
南京航空航天大学硕士学位论文TC4钛合金高温拉伸力学性能研究和组织演变姓名：蔡云申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：童国权20090101南京航空航天大学硕士学位论文I摘 要TC4钛合金属于αβ+型钛合金，该合金比强度高，耐腐蚀性好，热稳定性好等优点，被广泛应用于航空航天等工业中，此外在汽车工业、体育和医学等民用领域也有应用。
由于钛合金的组织和性能对变形参数比较敏感，适合其加工的参数范围比较小，所以研究不同条件下的变形参数，为TC4钛合金材料的热加工工艺和成形工艺提供了科学的依据。
本文采用对TC4钛合金进行高温超塑性拉伸等实验的方法，系统地研究了TC4钛合金的超塑性变形行为。
研究了不同工艺参数(变形速率、变形温度、变形量)下，拉伸变形的真实应力—应变曲线的变化规律；分析了热变形参数对该合金高温塑性变形过程中流变应力和延伸率的影响规律；讨论影响m 值的因素。
总结出了TC4钛合金最佳超塑温度在900℃附近，最佳变形速率在9.8E-4s -1附近，最大延伸率为789%。
延伸率随温度的升高是先增加后减小，随应变速率的增加是先增加后减小。
应力随温度增加而减小，随应变速率的增加而增加。
采用恒应变速率法和速度突变法对m 值进行求解，求得TC4钛合金的m 值分别为0.54和0.55，并且得到不同变形温度下的本构关系。
借助光学显微镜作为分析检测手段，定性的探讨热变形参数对TC4钛合金微观组织和性能的影响规律，对TC4钛合金微观组织结构演化、超塑性变形机制及断裂机制等进行了深入的研究，较系统地研究了变形参数对组织的影响规律。
分析了TC4钛合金高温时变形温度、变形量、变形速率对组织的影响规律，随变形温度的升高，组织结构发生变化，α相体积分数减小，晶粒尺寸长大。
应变速率较慢晶粒长大严重，随应变速率增加，变形过程中动态再结晶加剧，晶粒出现细化，变形区晶粒长大不明显。
随变形量的增加，再结晶、晶粒粗化明显。
高温时TC4钛合金断口形貌对温度和应变速率十分敏感，高温低速时是典型韧性断裂。
增材制造钛合金tc4的变形及失效机理研究
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TC4-DT钛合金热变形机制及加工图
TC4-DT钛合金热变形机制及加工图雷文光;韩栋;张永强;毛小南;李金山;杨冠军【摘要】用Gleeble-1500型热模拟机研究TC4-DT钛合金在850～1100℃、应变速率0.001～10 s－1、变形量70％条件下的高温压缩热变形行为，分析了该合金的流变应力行为以及显微组织演变规律，建立了该合金的本构关系模型以及热加工图。
研究结果表明， TC4-DT 钛合金在两相区和β相区的热变形激活能分别为544.03 kJ· mol－1和264.32 kJ· mol－1 ，分别大于纯α相和纯β相的自扩散激活能，表明TC4-DT钛合金热变形由高温扩散以外的过程控制。
在两相区热变形时，原始组织发生了不同程度的球化，且变形温度越低球化效果越好。
在β相区热变形时，低应变速率下（0.001～0.1 s－1）主要发生动态再结晶，而高应变速率（1～10 s－1）下主要发生动态回复，动态再结晶行为受到抑制。
TC4-DT钛合金的失稳区主要分布在低温高应变速率区域，变形温度主要在850～940℃，应变速率主要在0.1～10 s－1，功率耗散率η值小于28％。
%Hot compressive deformation of TC4-DT titanium alloy was carried out with the hot-simulation machine of Gleeble-1500 at the deformation degree of 0.7, over the range of deformation temperature from 850 ℃ to 1 100 ℃, strain rate from 0.001 s-1 to 10 s-1 .The deformation behavior and microstructure evolution were analyzed, meanwhile the constitutive model and hot processing map were set up.The results reveal that the deformation activation energy of TC4-DT titanium alloy are 544.03 kJ · mol-1 in two-phase region and 264.32 k J · mol-1 in βphase region respectively, larger than self diffusion activation energy of pureαandβphase, which shows the thermal deformation of TC4-DT titanium alloy is controlled by hightemperature diffusion process.When the alloy is deformed in two-phase region, the globularization intensity increases obviously with temperature decreasing.In the βphase region, the dynamic recrystallization occurs at low strain rate ( 0.001 s -1 to 0.1 s-1 ) and the dynamic recovery occurs at high strain rate (1 s-1 to 10 s-1 ) .Furthermore, the instability zone of TC4-DT titanium alloy is mainly distributed in the low temperature and high strain rate region where the deformation temperature range from 850℃to 940℃, the strain rate range from 0.1 s-1 to 10 s-1 , and the power dissipation rate (η) is lesser than 28%.【期刊名称】《钛工业进展》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】6页(P20-25)【关键词】TC4-DT钛合金;热变形;本构关系;加工图【作者】雷文光;韩栋;张永强;毛小南;李金山;杨冠军【作者单位】西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安 710072; 西北有色金属研究院，陕西西安 710016;西北有色金属研究院，陕西西安 710016;西北有色金属研究院，陕西西安 710016;西北有色金属研究院，陕西西安 710016;西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安 710072;西北工业大学凝固技术国家重点实验室，陕西西安 710072【正文语种】中文随着损伤容限设计准则在结构材料设计中的广泛应用，开发损伤容限型钛合金已成为各国钛合金研究重点[1-2]。
TC4钛合金的热变形行为及其影响因素
第26卷 第4期2005年 8月材 料 热 处 理 学 报TRANS ACTIONS OF M ATERIA LS AND HE AT TRE AT ME NTV ol .26 N o .4August2005TC4钛合金的热变形行为及其影响因素王 清, 李中华, 孙东立, 武高辉(哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨 150001)摘 要:利用G leeble 21500热模拟机测试了T i 26Al 24V 合金在不同温度和不同应变速率下的真应力2真应变曲线,观察热变形前后的组织,分析变形温度、应变速率、原始组织和热处理工艺对合金的热变形行为的作用及影响规律。
结果表明,在应变速率为813×10-3Πs 条件下,合金在600℃热变形时软化机制以动态回复为主,800℃至900℃热变形时软化机制以动态再结晶为主;700℃热变形时动态回复和动态再结晶可同时发生。
淬火和时效可提高合金的热变形抗力。
合金在600℃变形时,热变形抗力对在813×10-2Πs -813×100Πs 范围变化的应变速率敏感性较差;当应变速率降至813×10-3s -1时,热变形抗力有较大幅度的降低。
在相同的变形条件情况下,魏氏组织的流变应力高于等轴组织。
关键词:T i 26Al 24V 钛合金; 热压缩变形; 显微组织中图分类号:TG 14612 文献标识码:A 文章编号:100926264(2005)0420056204收稿日期: 2004207227; 修订日期: 2005201212基金项目: 国家自然科学基金资助项目(50371021)作者简介: 作者简介:王清(1956—),男,博士,副教授,联系地址:哈尔滨工业大学材料科学与工程学院国防科技热加工重点实验室。
钛合金的屈服极限与弹性极限比值较大,屈强比高,变形抗力和变形回弹量大,塑性较低,成型难度大,因此对钛合金多采用热成型方法[1～3]。
钛合金的热变形行为研究
钛合金的热变形行为研究钛合金作为一种重要的结构材料，具有高强度、低密度和良好的耐腐蚀性能，在航空航天、汽车工业和生物医学领域得到广泛应用。
然而，钛合金的热变形行为是其应用过程中需要深入研究的重要问题之一。
因此，本文将探讨钛合金的热变形行为及其对材料性能的影响。
首先，钛合金的热变形行为可以通过压缩试验来研究。
压缩试验可以模拟材料在高温下的变形过程，对于分析材料力学性能的变化规律具有重要意义。
实验结果显示，钛合金在高温下具有较好的塑性变形能力，但随着变形温度的升高，材料的塑性变形能力逐渐减弱，甚至出现明显的脆性断裂。
这是由于高温下钛合金晶体结构发生相变，导致其力学性能发生巨大变化。
因此，在设计钛合金零件时，需要考虑材料的热变形行为对其力学性能的影响。
另一方面，钛合金的热变形行为还与合金元素的含量和微观结构有关。
例如，钛合金中添加的铝、钒等元素可以显著改善其高温下的塑性变形能力，提高材料的耐热性能。
同时，通过调整钛合金的晶粒大小和晶界分布，可以进一步优化材料的热变形行为。
实验结果表明，钛合金的细晶粒结构可以显著提高材料的塑性变形能力和抗蠕变性能。
这是由于细晶粒结构可以增加晶界的数量和长度，阻碍位错的运动，从而提高材料的塑性变形能力。
此外，钛合金的热变形行为还与变形速率和应变温度有密切关系。
在高变形速率下，钛合金的流动应力显著增加，材料的变形能力降低。
而在较低的变形速率下，材料可以充分发挥其塑性变形能力。
另外，随着应变温度的升高，钛合金的变形能力逐渐增加，但当温度超过某一临界值后，材料会出现快速蠕变现象，导致材料的强度和塑性急剧下降。
因此，在实际应用中，需要合理选择变形速率和应变温度，以避免材料的变形失效。
总之，钛合金的热变形行为是其应用过程中需要重点关注的问题。
通过研究钛合金的热变形行为，可以深入了解材料的力学性能和变形机制，为钛合金材料的设计和加工提供理论依据。
未来，随着科技的不断发展，钛合金的热变形行为研究将进一步深入，为相关领域的创新提供更多的支持。
TC4钛合金的高温压缩变形行为
TC4钛合金的高温压缩变形行为摘要：本文采用高温压缩试验，研究了TC4钛合金在不同温度、应变速率和应变程度下的高温压缩变形行为。
结果表明，随着温度的升高，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能显著增加；随着应变速率的增加，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能逐渐下降；在较高的应变程度下，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能也会逐渐下降。
本文探讨了这些变形机制的可能机理，并提出了对进一步研究TC4钛合金高温变形行为的建议。
关键词：TC4钛合金；高温压缩试验；流动应力；塑性变形能正文：Ⅰ.引言随着钛合金在航空、航天、船舶、汽车等领域的广泛应用，对其高温性能的研究越来越受到关注。
TC4钛合金是目前应用最广泛的一种钛合金，其高温性能与材料的微观结构和化学成分密切相关。
在高温条件下，TC4钛合金的变形行为受到多种因素的影响，包括温度、应变速率、应变程度等。
因此，深入研究TC4钛合金在不同条件下的高温变形行为，对优化材料性能、提高材料应用效率具有重要意义。
Ⅱ.实验方法本文采用高温压缩试验来研究TC4钛合金的高温变形行为。
试验在真空条件下进行，温度范围为700℃~950℃，应变速率范围为0.001~0.1s^-1，应变程度在0.2~0.8之间。
在试验过程中，记录基本应力应变曲线、流动应力、塑性变形能等参数，并对试验结果进行分析。
Ⅲ.结果与讨论试验结果表明，在不同温度、应变速率和应变程度下，TC4钛合金的高温变形行为存在明显差异。
在同一温度下，随着应变速率的增加，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能逐渐下降。
这是因为应变速率引起了材料的应力状态变化，导致位错活动、吞吐及再生等发生变化。
在较低的应变程度下，随着温度的升高，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能显著增加；在较高的应变程度下，随着温度的升高，TC4钛合金的流动应力和塑性变形能也会逐渐下降，这是因为当应变程度较大时，高温软化效应的影响逐渐减小。
此外，试验还发现，TC4钛合金的高温变形行为受组织和成分的影响较大，随着成分的变化和晶粒的细化，材料的高温变形行为也会有所改善。
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氏组织 ， 图 １所 示 。将 试 样 线 切 割成 热 压 缩 标 准 如 试样 ， 尺寸 为 西 ｍ ×１ ｍ ８ ｍ ２ ｍ。
采 用 常 用 模 拟 锻 造 过 程 的方 法 ， 轴 对 称 等 即 温 压 缩 试 验 ， Ｇ ｅ ｂｅ３ ０ 在 ｌｅ ｌ一５ ０型 热 模 拟 试 验 机 上
单 纯 的静强 度 设 计 向现 代 的损 伤 容 限设 计 准 则 转 变， 要求 钛 合 金 在具 有 一定 强 度水 平 条 件 下 ， 要 还 具 有 较 高 的 断 裂 韧 性 和 较 低 的疲 劳 裂 纹 扩 展 速 率 。Ｔ ４ Ｄ Ｃ 一 Ｔ和 Ｔ ２ 钛 合 金 都 是 在 此 理 念 下 我 国 Ｃ１ 自主研 发 的新 型 损 伤 容 限 型钛 合 金 ， 两 种 合 金 这 形成 了强 度 高 低 搭 配 、 能 优 势 互 补 的损 伤 容 限 性 型 飞机 结 构件 用 钛 合 金 系列 。此 类 结 构 件 常 用 的
近年 来 国 际航 空 结 构 材 料 的 设 计 理 念 逐 渐 由
Ｔ ４Ｄ Ｃ 一Ｔ合金 的进 一 步 开 发 和利 用 。因此 本 文 主要
研 究 Ｔ ４Ｄ Ｃ 一Ｔ合 金 热 压缩 变 形 过 程 中变 形 温 度 、 应 变 速率及 变形 程度 对 流 变应 力 和 显 微 组织 的影 响 ，
０ ０ ～１ｓ 、 形 程 度 为 ４ ％ 一７ ％ 条件 下 的热 变 形 行 为 ， 析 了 该 合 金 的 流 变 应 力 行 为 及 微 观 组 织 演 变 规 律 ， ．１ ０ ～ 变 ０ ０ 分 并 建 立 了本 构 关 系 模 型 。研 究 结 果 表 明 ，Ｃ 一 Ｔ合 金 在 ９０ 以 下 的较 低 温 度 变 形 时 应 力 软 化 现 象 非 常 明 显 ， Ｔ ４Ｄ ５％ 变 形 机 制 和 热 变 形 激 活 能 不 同于 ９ ０ 以上 的较 高 温 度 变 形 机 制 ； ９ ０ 以 上 高 温 度 变 形 时 ， 应 变 速 率 （ ５℃ 在 ５℃ 低 如 ＝ ００ ） 进 了动 态再 结 晶 行 为 的 发 生 ， 在 较 高 的应 变 速 率 （ ．１ Ｓ 促 而 如 ＝ １ｓ ） ， 般 只 发 生 动 态 回复 现 象 ， 态 ０ 时 一 动 再 结 晶行 为 受 抑 制 。 关键 词 ：Ｔ ４Ｄ Ｃ 一Ｔ钛 合 金 ； 温 锻 造 ； 态 再 结 晶 ； 观 组 织 高 动 微
压 缩 过 程 中 ， 样 两 端 用 石 墨 片 加 以 润 滑 ， 时 试 同 ， 也得 到 了相 应 的应 用 。另 ， 对 而
目前 国 内对 Ｔ ２ Ｃ １和 Ｔ ４ Ｄ Ｃ 一 Ｔ钛合 金 的损 伤 容
限性 能研究 比较 多 外对 Ｔ ２ Ｃ １的热 变 形 行 为研 究 也 比较 多
行 的难 易程度 。当 一定 时 ， 式 （ ） 边取 对 数 ， 对 ３两
１４ ４×１ ｓ ｈ ０ ０ ７ ￣） ．８ ０［ｉ （ ．０４ ］ ｎ
ｅｐ ｘ （一 １ ９ ０ ／ ７ ４ ０ ＲＴ） （） ７
２ ２
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第３ ２卷 第 １ 期
２１ ０ ２年 ２月
航
空
材
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
料
学
报
Ｖｏ． １３２，Ｎｏ ．１ Ｆｅ ｕ ｒ ２ ２ ｂｒ ａｙ ０１
Ｊ ＯＵＲＮ ＲＯＮＡ Ｉ ＡＬ ＭＡ ＥＲ ＡＬ ＡＬ ＯＦ ＡＥ ＵＴ Ｃ Ｔ Ｉ Ｓ
Ｔ ４ＤＴ钛 合 金 高温 热 变 形 行 为研 究 Ｃ－
作 者 简 介 ： 小 芳 （ ９ ６ ） 女 ， 士 研 究 生 ， 要 研 究 方 向 王 １ ８一 ， 硕 主 为 钛 合 金 热 加 工 过 程 中 微 观 组 织 演 变 模 拟 ， Ｅｍａ ） ａｇｆ （ — ｉ ｗ ｎｘ ｌ
３ ３ ＠ １ ３． ｏ ２１ Ｏ１ ６ ｃ ｍ
通 入氩 气 ， 防止 试 样 氧 化 。 根 据 材 料 常 用 加 工 方 法 以及 实 验条 件 选 定 实 验 条 件 为 ： 形 温 度 分 别 变
建 立合金 的 Ａ ｒｅ ｉｓ ｒ ｎｕ 型热 变形本 构 方程 ， 析 热 变 ｈ 分 形 过程 中 的动态再 结 晶行 为 ， 制订 生 产 工 艺 参 数 为 提 供一定 的理 论参 考 。
１ 实 验材 料 和 方 法
实 验材料 选 用 Ｔ ４Ｄ Ｃ 一 Ｔ合 金 准 Ｂ锻 造 棒 材 ， 相
式： Ｑ…
为 应 力 指 数 ， 为 绝 对 温 度 （ ； 为 气 体 常数 Ｋ） Ｒ
（ ． １ ｔ ｌ ・ ） ， ， ： Ａ为 与 材 料有 ８ ３４ Ｊ・ ｏ～ Ｋ ｏ ； Ａ１Ａ ， 关 的常数 ，ｒ 和 ｎ 之 间满 足 ＝ ２ ｎ 。 ｏｔ ｔ２ ｌ ｎ／ Ｉ 当 为 常数 时 ， 根据 式 （ ） （ ） （ ） １ ， ２ ，３ 可得 ：
ｎ ａ． ｄ ｃ ｕａ ｅ ｕ． ｎ。
３ ２
航
空
材
料
学
报
第３ ２卷
・ ｏ ） １可 表示 峰值应 力或 稳态 流 变应 力 ， ｍ ｌ ；＂ ３ 或相 当于指 定某 应变量 时对 应 的流变 应力 （ ａ ； ， ＭＰ ） ｎ ｎ ，
，
并 对 １ Ｔ求偏导 ， ／ 整理 得到 热 变形 激 活 能 Ｑ 的表达
Ｔ ４Ｄ Ｃ Ｔ合金 的热 成 形 行 为 的研 究 则 较 少 ， 利 于 不
收 稿 日期 ： ０ ００ —０ 修 订 日期 ： ０ １０ —２ ２１— ２ ； ９ ２ １—２０ 基 金 项 目 ： 重 大 型号 钛 合 金 工 程 技 术 研 究 （ Ｚ ３ ７ ５０ 某 Ｋ ２０ １２ ）
图 ３ Ｔ ４Ｄ Ｃ 一 Ｔ钛 合 金 峰 值 应 力 与 应 变 速 率 及 变形 温度 的关 系
Ｆｉ ． Ｒｅａ ｉｎ ｈ ｐ ｏ ａ ｔｅ ｓ ，ｔａｎ ｒ ｔ ｎ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｇ３ ｌｔｏ ｓ ｉ ｆｐｅ ｋ ｓｒ ｓ ｓｒ ｉ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｍｐ ｒ ｔｒ
机 自动记 录 压缩 数 据 ， 直接 获得 真 应 力 一 应 变 曲 真 线 。 利 用 正 置 金 相 显 微 镜 Ｌ ０ ３ Ｌ ０ ０观 察 变 ２０ ／２ ３
形 后试 样 微 观组 织 。
通 信 作 者 ： 明 和 ， 授 ， 士 生 导 师 （ — ａ ） ｅｍ ｃｅ ＠ 陈 教 博 Ｅ ｍ ｉ ｍ ｅ ｈ ｈｎ ｌ
相为主 （ 图 ４ 见 ａ和 图 ４ ） 热 变 形 激 活 能 Ｑ 为 ｂ ，
１ １ ．４ ｋＪ・ ｏ 左右 ， ２ ６ ６ ｔ ｌ ｏ 但远 远高 于纯 ｏ钛 的 自扩 Ｌ 散 激活 能 ２ ４ ｏ ｌ ０ ｋ Ｊ・ｔ ｏ ， 与 热 变 形 的 同 时 发 这 生相变 行 为有关 。而 当温 度 高 于 ９ ０ 和 在较 低 的 ５℃ 应 变 速率下 时 ， 金 中 相 大 量 向 ｐ转 变 ， 且 合 并 相 的形貌也 因热 变形 和动态 回复 与再结 晶而发生 变 化 。在温度 较低 时 ， 相 主 要是 原 组 织 受 压 而 发 生 形变 ， 因而 晶粒 成 条 状 被 拉 长 ， 随着 温 度 的升 高 ，
王 小 芳 陈 明和 ， 陈 伟 朱 知 寿 ， ，
（． １南京 航空 航天 大学 机 电学 院 ， 南京 ２０ １； ． １０６ ２苏州 有 色金属 研究 院 ， 江苏 苏州 ２５２ ； ． 京航 空材 料研 究 院 ， 京 １０９ ） １０６ ３北 北 ００５
摘 要 ：利 用 Ｇｅｂ 一 ０ 热 模 拟 实 验 机 ， 究 了 Ｔ ４Ｄ ｌｅｌ ３ ０型 ｅ５ 研 Ｃ －Ｔ损 伤 容 限 型 钛 合 金 在 温 度 ８０ ～１０ ￣ 、 变 速 率 ５℃ ００ 应
为 ８ ０Ｃ， ０ ９ ０ Ｃ， ７ ５ ９ ０Ｃ，５ ９ ５ Ｃ和 １ ０ 应 变 速 ｏ ｏ ｏ ｏ ０ ０Ｃ， ｏ
率 分 别 为 ０ ０ ～， ． ～ ， ． 和 １ ， 形 ．１ ｓ ０１ ｓ １ ０ ｓ ０～ 变 ｓ
量 为 ４ ％ ， ０ 和 ７ ％ 。 整 个 实 验 过 程 中试 验 ０ ６％ ０
方程 为 ：
：
ａｎ ｌ
０ｎ １
ｌ
０ｎ － １ ｏｐ
，
雨
ｌ
（） ４
３ ６４ Ｘ １ ｆ ｉｈ ０ ０ ７ ） ．４ ０ ｎ （ ． ０ ４ １ ｓ ｅｐ 一 １ １６ ０ Ｒ ） ｘ （ ２ ６ ４ ／ Ｔ （） ６
根据 图 ３ —ｂ 求得 仅值为 ０ Ｏ７ Ｍ ａ ａ ， ．０４ Ｐ ～。
由此 可见 ， ９ Ｏ 以下 ， 在 ５℃ 变形 加 热 和热 变形 速
相 在 总量上 减少 的 同 时 ， 态 也 有 长 条状 变 为 短 条 形 状 （ 图 ４ 和 图 ４ ） 并 出现 网篮 组织 。此 时 ， 变 见 ｃ ｄ ， 热
率 导致 的 Ｔ ４Ｄ Ｃ 一Ｔ钛 合金 相变不 明显 ， 合金 中仍 以 仅
ａｎ ｌ
ｎ １ 一
ｄ』 ｌ ， ｌ Ｉ
／
绘 制 Ｉ ［ｉｈ Ｏ ＂ ］一１ Ｔ曲线 （ 图 ３ ） ｎ ｓｎ （Ｌ 。 Ｏ） ／ 见 ｄ 。其
中， ８ ０～９ ０Ｅ温 度 区 间 时 ， ＝ ４ ９ 在 ５ ５＇ ． ９，Ｑ ＝ １ １ ． ４ Ｊ・ ｏ～ ， ＝３ ６ ４ Ｘ １ ， 变形 本 构 ２６ ６ ｋ ｔ ｌ Ａ ｏ ． ４ ０ 热
材 料 需 要 克 服 一 定 的势 垒 才 能 完 成 热 变 形 过
在 ９ ０～１０ ￣ 温 度 区间 时 ： ＝５ ２ Ｑ ＝ ５ ０ ０（ ２ ｎ ． ４， １９ ４ Ｊ・ ｏ～ ， ＝１ ４ ４×１ ， ７． ｋ ｔ ｌ Ａ ｏ ．８ ０ 热变形 方程 为 ：
＝
程， 这个 势垒 就是该 热变形 过 程 的激 活能 ， 其大 小反 映了合金 热 变形过 程 中位错 开 动 、 回复 和 再结 晶进