TA15鈦合金熱強(qiáng)力旋壓組織演化規(guī)律及強(qiáng)化機(jī)理研究.pdf

1、TA15鈦合金是一種典型的近α鈦合金，具有比強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、抗蠕變性能優(yōu)異和可焊性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用于航空航天工業(yè)中關(guān)鍵零部件的制造。強(qiáng)力旋壓是典型的局部加載、局部成形工藝，具有省力、省料和工裝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，是制造大型薄壁筒形件的最有效方法之一，已廣泛應(yīng)用于航空航天及兵器工業(yè)領(lǐng)域。本文針對(duì)鈦合金熱強(qiáng)力旋壓成形過程中微觀組織和性能控制的瓶頸問題，建立了TA15鈦合金熱強(qiáng)旋微觀組織及性能的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型，研究了TA15鈦合金熱強(qiáng)

2、旋微觀組織和織構(gòu)的演化規(guī)律，揭示了其對(duì)熱強(qiáng)旋筒形件性能的強(qiáng)化機(jī)理。
　　開展了平面應(yīng)變熱壓縮和筒形件熱強(qiáng)旋對(duì)比實(shí)驗(yàn)，分析了平面應(yīng)變熱壓縮微觀組織演化特點(diǎn)。采用圖像分析軟件對(duì)微觀組織中的晶粒尺寸和再結(jié)晶分?jǐn)?shù)進(jìn)行定量表征，并通過顯微硬度計(jì)測(cè)試了顯微硬度。系統(tǒng)研究了TA15鈦合金平面應(yīng)變熱壓縮工藝參數(shù)、微觀組織和力學(xué)性能之間的關(guān)系，建立了TA15鈦合金熱強(qiáng)旋微觀組織和力學(xué)性能的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)模型。該模型預(yù)測(cè)誤差小于13％，表明通過平面

3、應(yīng)變熱壓縮實(shí)驗(yàn)來模擬熱強(qiáng)旋微觀組織演化具有可行性，可以用于揭示TA15鈦合金熱強(qiáng)旋工藝參數(shù)對(duì)微觀組織和力學(xué)性能的影響。
　　通過TEM和EBSD等手段研究了TA15鈦合金熱強(qiáng)旋微觀組織演化規(guī)律。定量分析了不同減薄率強(qiáng)力旋壓后，晶粒尺寸、晶粒長(zhǎng)徑比和晶界密度等的變化規(guī)律。結(jié)果表明，隨著減薄率的增加，TA15鈦合金微觀組織形狀發(fā)生顯著改變。原始粗大的初生α相晶粒沿軸向顯著伸長(zhǎng)，形成纖維狀組織。次生α相晶粒由原始的板條狀演化成細(xì)小的等軸

4、狀，晶粒得到明顯細(xì)化。微觀組織中不同類型晶界的數(shù)量及分布發(fā)生顯著變化。當(dāng)減薄率小于19.7%時(shí)，小角度晶界和中等角度晶界主要分布在原始粗大的初生α相內(nèi)及次生α相板條之間。當(dāng)減薄率增至81.1%時(shí)，大量小角度和中等角度晶界轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠼嵌染Ы?，引起旋壓微觀組織的細(xì)化。TA15鈦合金熱強(qiáng)力旋壓過程中，初生α相的變形機(jī)制主要是滑移和孿生。當(dāng)減薄率小于19.7%時(shí)，孿晶的主要類型是{1012}<1011>型拉伸孿晶。次生α相板條等軸化引起合金軟化，

5、提出了TA15鈦合金次生α相在熱強(qiáng)旋過程中的球化模型。
　　通過壓縮實(shí)驗(yàn)研究了微觀組織和織構(gòu)對(duì)熱強(qiáng)旋TA15鈦合金力學(xué)性能的影響。熱強(qiáng)旋TA15鈦合金的屈服強(qiáng)度隨晶粒尺寸減小而增加，隨初生α相長(zhǎng)徑比增大而增加，隨新生細(xì)小晶粒的體積分?jǐn)?shù)增大而增加。隨著旋壓道次及減薄率的增加，TA15鈦合金晶粒晶體取向擇優(yōu)分布明顯。當(dāng)減薄率達(dá)到81.1%時(shí)，TA15鈦合金中c軸與ND取向差小于20°的晶粒數(shù)超過總數(shù)的45%，平均取向差從初始狀態(tài)67.

6、5°減小到28.1°。粗大的初生α相主要發(fā)生回復(fù)，晶粒被壓扁拉長(zhǎng)，形成較強(qiáng)的{0001}型雙峰或多峰織構(gòu)，略沿?TD擴(kuò)散。次生α相晶粒明顯細(xì)化，發(fā)生明顯的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，晶粒呈現(xiàn)顯著的{0001}型再結(jié)晶織構(gòu)，并與初生α相晶體取向分布保持很大程度的一致性。TA15鈦合金熱強(qiáng)旋筒形件晶體取向有明顯的擇優(yōu)方向，軸向{0001}<1120>基面滑移系Schmid因子明顯小于環(huán)向，導(dǎo)致熱強(qiáng)旋TA15鈦合金筒形件有明顯的各向異性，軸向屈服強(qiáng)度高于環(huán)向

7、。
　　開展了單向拉伸、雙向拉伸和液壓脹形實(shí)驗(yàn)測(cè)試TA15鈦合金熱強(qiáng)旋筒形件的力學(xué)性能。單向拉伸實(shí)驗(yàn)表明旋壓筒形件具有明顯的各向異性：軸向拉伸屈服強(qiáng)度高于環(huán)向，延伸率低于環(huán)向。雙向拉伸實(shí)驗(yàn)表明筒形件受軸向應(yīng)力與環(huán)向應(yīng)力比為1:2時(shí)，屈服強(qiáng)度明顯高于單向拉伸屈服強(qiáng)度。室溫下軸向和環(huán)向雙向強(qiáng)化效應(yīng)分別為10.2%和7.0%，500℃下軸向和環(huán)向雙向強(qiáng)化效應(yīng)分別為11.7%和8.9%。旋壓筒形件液壓脹形實(shí)驗(yàn)結(jié)果與雙向拉伸實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合。通