TC4-DT钛合金高温热变形行为研究

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。

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。

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。