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ti-22al-24nb合金热变形行为及本构关系

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塑性工程学报 2022年第10期29卷 208-215页

作者：张开铭温余远王克鲁鲁世强李鑫高鑫刘杰南昌航空大学航空制造工程学院江西南昌330063 宜春市科技创新促进中心江西宜春336099

对等温锻造的ti-22al-24nb合金在变形温度650~850℃、应变速率0.001~1 s^(-1)条件下使用Gleeble-3800热模拟试验机进行了40%变形量的热压缩实验。基于实验数据研究了ti-22al-24nb合金的热变形行为,并分别建立了该合金基于应变补偿的Arrh... 详细信息

对等温锻造的ti-22al-24nb合金在变形温度650~850℃、应变速率0.001~1 s^(-1)条件下使用Gleeble-3800热模拟试验机进行了40%变形量的热压缩实验。基于实验数据研究了ti-22al-24nb合金的热变形行为,并分别建立了该合金基于应变补偿的Arrhenius和BP神经网络本构模型。结果表明,ti-22al-24nb合金具有正应变速率和负温度敏感性。在变形开始后,流动应力急剧增大至峰值应力,随后硬化和软化效应逐渐达到平衡,流动应力缓慢下降并达到稳态平衡。应变补偿本构模型相关系数R为0.942,平均相对误差e_(AARE)为14.83%;BP神经网络本构模型的相关系数R为0.992,e_(AARE)为4.46%。建立的BP神经网络本构模型具有比应变补偿本构模型更高的预测精度,更加适用于准确预测ti-22al-24nb合金的流动应力。

关键词： ti-22al-24nb合金热变形行为本构模型 BP神经网络

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ti-22al-24nb合金超塑性能及SPF/DB工艺研究

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Ti-22Al-24Nb合金超塑性能及SPF/DB工艺研究

作者：方赫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

ti2alnb合金以其轻质耐高温的特点已越来越多的应用到航空航天领域中，近年来对该材料在合金熔炼，成分设计等方面的研究已有显著进展，但在成形方面研究相对较少。鉴于其室温下成形困难，在高温时有良好超塑性的特点，在成形方面如何将... 详细信息

ti2alnb合金以其轻质耐高温的特点已越来越多的应用到航空航天领域中，近年来对该材料在合金熔炼，成分设计等方面的研究已有显著进展，但在成形方面研究相对较少。鉴于其室温下成形困难，在高温时有良好超塑性的特点，在成形方面如何将ti2alnb合金应用到超塑成形/扩散连接(Superplastic forming/diffusionbonding, SPF/DB)组合工艺中是近年来航空航天界广为关注的问题。本文以ti-22al-24nb合金SPF/DB工艺为背景，对该合金的超塑性、扩散连接性及单层结构盒形件超塑成形性能与双层结构盒形件SPF/DB工艺实施方案进行了研究。主要研究了ti-22al-24nb合金具有最佳超塑性时的成形温度、应变速率及应变速率敏感系数m值;最佳扩散连接工艺参数及不同工艺参数条件下制备出的扩散连接界面结合情况;盒形件成形过程有限元数值模拟;单层结构盒形件超塑成形及双层结构盒形件SPF/DB工艺，并分析了成形件的微观组织。对ti-22al-24nb合金进行高温单向拉伸试验，确定了该合金在960℃，应变速率为0.0005s-1时具有最佳超塑性，延伸率可达到238%;在960℃时应变速率敏感系数m值为0.33;对拉伸试样断口附近进行微观组织分析，晶粒呈等轴状，随着温度的升高在拉伸试样断口附近晶粒有沿拉伸方向伸长的趋势。进行ti-22al-24nb合金真空扩散连接试验，确定了板材在960℃，压力为5.3MPa，保温1h时扩散连接效果最好。利用MARC模拟软件对ti-22al-24nb合金盒形件成形过程进行有限元数值模拟，分析了板材在成形过程中各部位随时间变化的厚度分布，并得到了等应变速率条件下的时间-压力加载曲线，为后续超塑成形及SPF/DB工艺试验压力加载提供了参考。设计了超塑成形模具及气压控制系统，进行单层结构盒形件超塑成形试验，成形后的盒形件贴模效果良好，壁厚分布与模拟得到的壁厚分布曲线相吻合;在650℃-800℃成形构件抗拉强度在534MPa-801MPa之间;在双层结构盒形件SPF/DB工艺试验中，研究了两种试验方案的可行性，最终采用先超塑成形后扩散连接的方案成形出了双层中空结构盒形件。经微观组织分析可知超塑成形后板材微观组织中板条状α相与O相弥散分布在基体B2相内，扩散连接后界面连接情况良好。

关键词： ti-22al-24nb合金超塑性扩散连接有限元模拟 SPF/DB

固溶时间对ti-22al-24nb合金力学性能及断裂行为的影响

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材料热处理学报 2018年第7期39卷 49-54页

作者：周峰王克鲁鲁世强许求喜陈虚怀万鹏南昌航空大学航空制造工程学院

对ti-22al-24nb合金进行不同时间的固溶处理,采用拉伸试验和平面应变断裂韧性测试,结合光学显微镜和扫描电镜观察合金微观组织及断口形貌,分析固溶时间对ti-22al-24nb合金力学性能及断裂行为的影响。结果表明：经不同固溶时间处理后,合... 详细信息

对ti-22al-24nb合金进行不同时间的固溶处理,采用拉伸试验和平面应变断裂韧性测试,结合光学显微镜和扫描电镜观察合金微观组织及断口形貌,分析固溶时间对ti-22al-24nb合金力学性能及断裂行为的影响。结果表明：经不同固溶时间处理后,合金断裂形式是解理断裂;随固溶时间的增加,合金断口的韧窝数量先增加后减少,强度先降低再升高,塑性和断裂韧性呈先升高再降低的趋势;当固溶120 min时,ti-22al-24nb合金具有最佳的强韧性匹配,KIC达最大值为51.6 MPa·m^1/2,其抗拉强度为950 MPa,屈服强度为915 MPa,伸长率和截面收缩率分别为15.69%和42.28%。

关键词： ti-22al-24nb合金固溶时间力学性能断裂韧性

时效对ti-22al-24nb合金显微组织及力学性能影响

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塑性工程学报 2018年第2期25卷 246-251页

作者：许求喜王克鲁鲁世强汪雨佳南昌航空大学航空制造工程学院

研究了经1000℃／2h／WC（水冷）固溶处理的ti-22A1-24nb合金在不同时效条件下的组织演变规律，且进行了不同时效时间下组织的力学性能测试。结果表明：时效时间对显微组织中相的含量和尺寸的变化影响较为明显。随时效时间增至24h时，... 详细信息

研究了经1000℃／2h／WC（水冷）固溶处理的ti-22A1-24nb合金在不同时效条件下的组织演变规律，且进行了不同时效时间下组织的力学性能测试。结果表明：时效时间对显微组织中相的含量和尺寸的变化影响较为明显。随时效时间增至24h时，部分晶粒发生了长大，且次生α2／O相长大明显，初生的α2相长大并等轴化。随时效温度的升高，晶粒尺寸变化不明显。经780℃／20h／AC（空冷）时效处理后，合金常温力学性能提升较小，抗拉和屈服强度分别提升至1022和950MPa，但塑性却大大降低至3％左右，随时效时问延长至24h，强度增加，塑性变化不大；合金高温力学性能为强度增加不明显，但塑性明显增加，其伸长率为20．27％，随时效时间延长至24h，合金的高温强度进一步增加，抗拉强度为1019MPa，屈服强度为977MPa，但高温塑性出现了下降。

关键词： ti-22al-24nb合金时效显微组织力学性能

变形参数对ti-22al-24nb合金高温流动应力及组织影响

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特种铸造及有色合金 2018年第12期38卷 1361-1365页

作者：周峰王克鲁鲁世强黄赟南昌航空大学航空制造工程学院

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了ti-22al-24nb合金在温度为900～1 110℃和应变速率为0.01～10s^(-1)条件下的高温流动应力及微观组织,分析了应变速率和变形温度对高温流动应力及热变形组织的影响。结果表明,变形温度和应变速率对ti-... 详细信息

采用Gleeble-3500热模拟试验机研究了ti-22al-24nb合金在温度为900～1 110℃和应变速率为0.01～10s^(-1)条件下的高温流动应力及微观组织,分析了应变速率和变形温度对高温流动应力及热变形组织的影响。结果表明,变形温度和应变速率对ti-22al-24nb合金的流动应力随变形温度的升高而降低,随应变速率的增加而升高。在α_2+B_2两相区,高应变速率下(6)ε≥1.0s^(-1))进行变形时,合金显微组织发生局部塑性流动和绝热剪切。在B_2单相区,低应变速率(6)ε≤0.1s^(-1))进行变形时,有明显的动态再结晶晶粒产生。高应变速率下,原始B_2相晶粒被明显拉长,晶界多呈不连续状态;低应变速率下变形时,随变形温度升高,合金易发生动态再结晶,当变形温度高于990℃时出现明显的动态再结晶特征;高应变速率下变形时,晶界模糊,随变形温度降低,晶界几乎全部消失,合金易发生局部塑性流动和绝热剪切。

关键词： ti-22al-24nb合金热变形行为局部塑性流动绝热剪切动态再结晶

固溶温度对ti-22al-24nb合金显微组织的影响

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热加工工艺 2017年第16期46卷 210-212页

作者：许求喜王克鲁鲁世强汪雨佳南昌航空大学航空制造工程学院江西南昌330063

研究了经开坯锻造的ti-22al-24nb合金在不同固溶温度下的显微组织变化规律。结果显示:开坯锻造后ti-22al-24nb合金的显微组织为等轴三相(α_2+B2+O)组织。随固溶温度的升高,初生板条状O相和等轴α_2相转变为B2基体相,B2相的体积分数逐... 详细信息

研究了经开坯锻造的ti-22al-24nb合金在不同固溶温度下的显微组织变化规律。结果显示:开坯锻造后ti-22al-24nb合金的显微组织为等轴三相(α_2+B2+O)组织。随固溶温度的升高,初生板条状O相和等轴α_2相转变为B2基体相,B2相的体积分数逐渐增大。当固溶温度为1000℃时,B2相发生再结晶,出现了细小晶粒组织。固溶温度升高到1040℃时,晶粒明显长大,达200μm左右,且未溶解的初生α_2/O相也有所长大。油冷过程中,由于再结晶时间充分,晶粒变大。

关键词： ti-22al-24nb合金显微组织固溶温度

添加稀土元素Y对ti2alnb基合金高温变形行为及热加工工艺的影响

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塑性工程学报 2019年第3期26卷 153-160页

作者：周峰王克鲁鲁世强陈虚怀万鹏南昌航空大学航空制造工程学院

利用Gleeble-3500热模拟试验机对ti-22al-24nb合金和ti-22al-24nb-0. 5Y合金试样进行等温恒应变速率压缩试验,研究了在应变速率0. 01~10 s-1、变形温度900~1080℃条件下,添加稀土Y对ti-22al-24nb合金高温流动应力及热变形激活能的影响规... 详细信息

利用Gleeble-3500热模拟试验机对ti-22al-24nb合金和ti-22al-24nb-0. 5Y合金试样进行等温恒应变速率压缩试验,研究了在应变速率0. 01~10 s-1、变形温度900~1080℃条件下,添加稀土Y对ti-22al-24nb合金高温流动应力及热变形激活能的影响规律,采用Prasad加工图分析了添加稀土元素Y对ti-22al-24nb合金热加工工艺的影响。结果表明:添加稀土元素Y后,提高了ti-22al-24nb合金的高温变形抗力和变形激活能,含稀土元素Y的ti-22al-24nb-0. 5Y合金的峰值流动应力在各变形条件下均高于未添加稀土的ti-22al-24nb合金,且随应变量的增加,其激活能升高,应变量为0. 6时,ti-22al-24nb-0. 5Y合金激活能达到了668. 464 k J·mol-1,当应变量为0. 8时,随应变量的增加,合金变形激活能变化不大;添加稀土元素Y对ti-22al-24nb合金加工图的失稳区域及功率耗散效率影响显著,添加稀土元素Y后,合金在加工图中的失稳区域扩大,提高了合金热变形过程中的功率耗散效率,减小了ti-22al-24nb合金热加工工艺参数范围。

关键词： ti-22al-24nb合金 ti-22al-24nb-0. 5Y合金稀土元素Y 高温变形抗力变形激活能热加工工艺

ti2alnb基合金的显微组织及力学性能研究

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Ti2AlNb基合金的显微组织及力学性能研究

作者：许求喜南昌航空大学

学位级别：硕士

ti2alnb基合金具有良好的室温塑性、室温断裂韧性、抗裂纹扩展能力、抗氧化能力,较高的比强度和蠕变抗力等综合性能,在航空发动机上具有重要的应用前景。本文以经开坯锻造的ti-22al-24nb合金为研究对象,研究固溶+时效热处理对合金显微... 详细信息

ti2alnb基合金具有良好的室温塑性、室温断裂韧性、抗裂纹扩展能力、抗氧化能力,较高的比强度和蠕变抗力等综合性能,在航空发动机上具有重要的应用前景。本文以经开坯锻造的ti-22al-24nb合金为研究对象,研究固溶+时效热处理对合金显微组织演变规律及力学性能影响,并对ti-22al-24nb合金进行平面应变断裂韧性测试,阐述合金断裂形式及断裂机理。随着固溶温度升高,ti-22al-24nb合金的初生板条状O相和等轴α2相转变成B2相,B2相的体积分数逐渐增大,未溶解的α2/O相逐渐等轴化并长大。当固溶温度为1000℃时,B2相发生了部分再结晶,且随固溶温度升高,再晶粒晶粒逐渐长大。随固溶时间增加,ti-22al-24nb合金的板条O相先溶解于基体中,随后等轴α2相也开始发生溶解,未溶解的α2/O相发生等轴化和长大,B2相发生再结晶和晶粒的长大。时效时间对不同相的含量和尺寸的变化影响较为显著,随时效时间的增加至24h时,B2晶粒发生了长大,且次生α2/O相长大明显,初生的α2相长大并等轴化。固溶时间对ti-22al-24nb合金室温力学性能影响的结果表明:固溶时间为30min、2h时,合金的强度和硬度降低,但塑性提高;但固溶时间延长至3h时,合金的塑性出现降低,强度和硬度升高。ti-22al-24nb合金室温最佳力学性能的固溶参数为1000℃/2h/WC(水冷),其抗拉强度为950MPa,屈服强度为915MPa,维氏硬度为344HV,伸长率为15.69%,截面收缩率为42.28%,弹性模量为90GPa。固溶时间对ti-22al-24nb合金高温(600℃)力学性能影响的结果表明:高温下的力学性能指标与室温的变化规律相同,ti-22al-24nb合金高温(600℃)最佳力学性能的固溶参数为1000℃/30min/WC(水冷),其抗拉强度为965MPa,屈服强度为917MPa,伸长率为15.72%。ti-22al-24nb合金经1000℃/2h/WC(水冷)+780℃/20h/AC(空冷)固溶+时效处理后,其室温力学性能为强度和硬度升高,但塑性却大大降低至3%左右,随时效时间延长,强度和硬度进一步增加,塑性变化不大,合金高温(600℃)力学性能表现为强度增加不明显,但塑性明显增加,随时效时间延长,合金高温强度进一步增加,但高温塑性出现了下降。ti-22al-24nb合金随固溶时间增加,合金的平面断裂韧性呈先升高后降低趋势,当固溶时间2h时,合金的平面断裂韧性KIC达到最大值51.6MPa.m1/2。随固溶时间的增加,合金断口形貌中的韧窝数量增加、尺寸变大、韧窝变深;但固溶时间增加为3h时,韧窝数量大量减少,合金断口主要是沿晶的脆性断裂。

关键词： ti-22al-24nb合金显微组织力学性能断裂韧性