TA15钛合金室温ECAP数值模拟与实验研究

作     者：高飞龙 

作者单位：西安建筑科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘晓燕

授予年度：2021年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：TA15钛合金 室温ECAP 数值模拟 组织性能 织构 

摘      要：TA15钛合金具有优良的高温性能而被应用于制造航空航天飞行器的非标紧固件。室温等通道转角挤压(ECAP)可以有效细化晶粒,改善材料的组织与性能。本文采用90°和120°模具对TA15钛合金进行室温ECAP探索实验,利用DEFORM-3D模拟软件对TA15钛合金室温包套ECAP变形过程进行数值模拟与实验验证,利用OM、TEM、XRD和EBSD分析检测技术,研究了TA15钛合金室温ECAP变形的组织性能及变形机理。TA15钛合金经过850℃×4 h退火后,采用90°和120°模具对TA15钛合金方形试样进行室温ECAP包套挤压实验,90°模具试样呈现出45°片层状断裂;120°模具试样侧面产生3道明显裂纹,且靠近均匀变形区尾部裂纹越大。采用正交试验方法,利用DEFORM-3D软件对TA15钛合金室温纯铁包套ECAP变形进行有限元模拟分析。采用极差和方差方法,以变形试样的等效应变均匀性系数为评价指标,对内模角、试样截面形状、内摩擦、外摩擦、挤压速度及试样尺寸等6个因素进行模拟分析。结果表明:内模角、试样截面形状、试样尺寸和外摩擦4个因素对ECAP变形试样的等效应变均匀性影响较为显著;内模角越大、试样截面形状为圆形、试样尺寸越小、外摩擦越大、挤压速度越大、内摩擦越小,其等效应变均匀性系数越小,挤压时越不易产生裂纹。在模拟分析的基础上,采用直径为Φ5 mm的圆形试样、120°模具、挤压速度为2.5 mm/s、在包套内外表面和试样表面涂抹自制润滑剂的条件下顺利完成TA15钛合金室温纯铁包套ECAP挤压实验,获得表面光滑无裂纹试样。通过OM、TEM、XRD、EBSD分析TA15钛合金室温ECAP变形后的显微组织和织构演变规律,结果表明ECAP变形后,部分等轴α相晶粒被拉长,晶粒内部存在大量位错及微观剪切带,α相(10(?)1)晶面和(0002)晶面的衍射峰强度变低,α相(11(?)0)晶面衍射峰增大,原始组织的P基面织构、C柱面织构和Y织构转变为B柱面织构、C柱面织构和绕TD轴逆时针旋转135°的P织构;EBSD结果表明ECAP变形后α相含量由89.7%增加到95.8%,β相含量由10.3%减小到4.2%,即ECAP变形过程中β相向α相发生转变;变形试样纵截面的硬度云图表明ECAP变形后试样硬度值由338 HV提升到360 HV,增加了6.5%,变形后硬度云图呈现出明显的梯度分布,上表面与下表面之间的硬度差值约为30 HV。