TC4钛合金高温变形行为及其流动应力模型_罗皎
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)
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]。
TC4钛合金环热应力校形的实验研究
第12期2010年12月机械设计与制造M achi ner y D es i gn&M anuf act ur e71文章编号：100l一3997(20l O)12—007l—03TC4钛合金环热应力校形的实验研究木周兆锋董小飞祝小军陶俊夏文胜(盐城工学院，盐城224051)H ot si zi ng expe r i m e nt s t udy of t i t a ni um aI I O y r i ngZ H O U Zha D—．f e ng，D O N G X i锄)—-f ei，Z H U X i ao_j un，T A O J un，X I A W en—sheng(Y a nche ng I n8t i t ut e of7I’ec hnol ogy，Y ancheng224051，C hi na)【摘要】Tc4钛合金的屈服强度和弹性模量比值高，故其成形后回弹量大，成形后不精确，难以成形出合格零件，需要进行校形，以得到合格零件。
因此对钛合金进行了校形实验，得到了感应加热工艺参数对材料校形的影响规律。
并运用大型商用模拟软件A N s Y s建立了钛合金热应力校形的模型．利用软件中L S—D Y N A求解器，对钛合金热应力校形的过程进行了模拟。
从而找出钛合金环热应力校形中的一些规律和校形最佳参数，期望能够将其用于指导生产。
关键词：T C4钛合金环(T j-6AI-叫4V)；热应力校形；高频感应；试验研究【A bst ract】7‰埘幻旷T c4砌饥施m以协’s咖腽鲫℃，呼^(以)∞d ek庇，加也z础函秽e¨．}l泓印咖和∞后咖D删矿TC4加扎垤蠡6哲以聊m耙唧P埘啪俐舭叮蒯纱D厂TC4p硎c勰妇i，咖讥T C4￡如∞i um趔哕聊e出t o6e伽e，池d驴e厂缸缸知，7聊正^e而es bt5拓i昭e印e矗聊彤s tⅡ咖矿￡如饥i聊l d10y^n昏T k i姆uence l m D s《s om e，缸￡or s Q r e go￡t en，埘h泌h i ncl l撕k￡he proce ss p揪钯rs《i越uct泌孔km i ng帆d so D几死e硎记如es渤如ks f k聊如Z矿TC4’s胁t s拓i凡g晓ro啦A NSYS s斫叫舭．舶t s拓i ng 忍“脚庇耐s锄“砌面帆旷T C4蠡南舶玑m啦A N SY S L s-D Y N A s甜以溉勘聊m协勰d叩￡锄配m p删一把瑙Ⅱre加“，以，加^如^nr e e印ec把d t o6e印p如d t o t k prod眦t幻几K ey w nr ds：T C4t i t aIl i啪al l oy血惑T№气H V)；Hot si zi n毋瑚gl l饥I qu蛐cyi nduct i伽；Expe订m明t r es ear ch中图分类号：T H l6，T G301文献标识码：A1引言钛合金材料由于具有优良的的耐腐蚀I生能、较高的强度和比强度以及较好的高温性能，广泛应用于航空、船舶等行业。
TC4钛合金高温变形行为及其流动应力模型_罗皎
错组态密切相关。从金属高温塑性变形的物理本质来
看，在变形初期，位错的交滑移为主要软化机制，但
它引起的动态软化不足以补偿位错密度增加而带来的
硬化，因此流动应力以较快的速度增大。流动应力达
中国有色金属学报
Vol.18 No.8
The Chinese Journal of Nonferrous Metals
文章编号：1004-0609(2008)08-1395-07
TC4 钛合金高温变形行为及其流动应力模型
2008 年 8 月 Aug. 2008
罗 皎，李淼泉，李 宏，于卫新
(西北工业大学 材料学院，西安 710072)
现控温，控温精度为±1.0 ℃。实验过程中，配有微 机处理系统的试验机自动采集有关数据，并进行修正 和计算，最后以表格形式输出载荷—行程和流动应力 —应变等数据。热模拟压缩实验方案如下。变形温度 为(K)：1 093，1 123，1 143，1 163，1 183，1 203，1 223， 1 233，1 243，1 253，1 263，1 273，1 283，1 293， 1 303；应变速率为(/s)：0.001，0.01，0.1，1.0，10.0； 变形程度为 60%。完成高温压缩变形后冷却方式为空冷。
热模拟压缩实验在 Thermermaster−Z 型热模拟实 验机上进行，压缩过程中抽真空。压缩试样为 d 8 mm ×12 mm 的圆柱体，上下两端面加工有直径为 7.6 mm， 深为 0.2 mm 的浅槽，用于贮存高温保护润滑剂，以 便尽可能减小摩擦获得单向应力状态下的实验条件。 试样采用电频感应加热，压缩过程中由焊接在试样侧
TC4-DT钛合金高温热变形行为研究
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
TC4合金应变率和温度相关变形试验
参考文献
［１］ＥＮＧＩＮＥＳ，ＡＩＲＣＲＡＦＴ，ＴＵＲＢＩＮＥ，ＪＳＧＳ一８７２３１Ａ，１１ Ｊａｎｕａｒｙ １９９５． ［２］Ｒｏｄｅｒ，ｏ．，Ｔｈｏｍｐｓｏｎ，Ａ．Ｗ．ａｎｄ Ｒｉｔｃｈｉｅ，Ｒ．ｏ．，’Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｏｒｅｉｇｎ Ｏｂｊｅｃｔ Ｄａｍａｇｅ ｏｆ Ｔｉ一６Ａ１—４ｖ
Ｔ０４合金应变率和温度相关变形试验
胡绪腾，柬迎东，季玉辉 （南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京２１００１６）
搞ｌ一开展７ＴＣ４合盒在室温、２ＩＸＹＣ和４００＇（２下的准静态目动春应力一应变曲线测试试验。试验结果 衰明，应变率和温度对ＴＣ４合金的塑性流动应力均有Ｂ著影响，但影响规律和程度不目．室温 下，应变率对塑性流动应力的影自较大，而在２００℃和４００℃时，ＴＣ４台盘在高应变串Ｔ的应变 率敏瘳性大大减弱。相同应变率下，温度对塑性流动应力具有明显的软化效应．试验温度从宣温 升至２００＂Ｃ时，软化程度随应变率的增大ｍ逐渐增大。试验温度从２００℃升ｉ，１００＂（２时，软化程 度刚基车不随应变率的增太而发±显著变化。高应变率Ｔ，Ｔ０４发生鲍＃变形．塑性楼量减小， 特剐是在２００＂（２和４００＂Ｃ时，５００愧＂‘应变率ｆ∞应力一应变曲线在太应变时呈Ｔ降趋势．
Ｄａｖｉｄｓｏｎ，Ｄ。Ｌ“Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ［４］Ｈｕｄａｋ Ｓ．Ｊ．ａｎｄ
ｏｆ Ｓｅｒｖｉｃｅ Ｉｎｄｕｃｅｄ ＦＯＤ，”Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ
Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｒｅｐｏｒｔ，Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｈｉｇｈ Ｃｙｃｌｅ Ｆａｔｉｇｕｅ Ｌｉｆｅ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ，Ａｐｐｅｎｄｉｘ ５Ａ，
ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙｓ，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ，２００４，Ｖ０１．２０，
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。
TC4钛合金力学性能测试及动态材料模型研究的开题报告
TC4钛合金力学性能测试及动态材料模型研究的开题报告1.研究背景随着现代航空航天、船舶、汽车、电子等领域的快速发展，对于更加轻量化、高强度、高刚度的材料需求也越来越强烈。
其中，钛合金因其优良的力学性能和耐腐蚀性，成为在上述领域广泛应用的轻金属材料之一。
TC4钛合金是目前应用最广泛的钛合金之一，具有较高的强度和刚度，但其动态力学特性的研究相对薄弱。
2.研究内容本研究旨在通过对TC4钛合金进行力学性能测试，分析其静态和动态力学特性，并建立TC4钛合金的动态材料模型。
具体研究内容包括：1)静态力学性能测试：通过压缩试验、拉伸试验等静态力学试验，得到TC4钛合金的力学性能参数，包括弹性模量、屈服强度、硬度等。
2)动态力学性能测试：通过冲击试验、高速剪切试验等动态力学试验，研究TC4钛合金在高速应变条件下的力学特性，得到其冲击强度、动态屈服强度等参数。
3)建立动态材料模型：基于静态和动态力学试验数据，建立TC4钛合金的动态材料模型，为实际应用中的结构设计、动态响应分析提供依据。
3.研究意义本研究可以为TC4钛合金在航空航天、船舶、汽车、电子等领域的应用提供参考。
同时，建立TC4钛合金的动态材料模型，可以为相关领域的结构设计、动态响应分析提供更加准确的模拟工具，具有很大的应用价值。
4.研究方法本研究采用的方法包括静态力学试验和动态力学试验两种。
静态力学试验采用万能试验机进行压缩试验、拉伸试验等；动态力学试验采用冲击试验机、高速剪切试验机等设备。
通过对试验数据的分析，得到TC4钛合金的力学性能参数，并建立其动态材料模型。
5.论文结构本研究将分为以下几个章节：第一章：绪论，介绍本研究的背景、研究内容和意义。
第二章：相关理论和方法介绍，包括静态力学试验和动态力学试验的原理和方法。
第三章：试验设计和数据分析，详细介绍试验的设计和实施过程，并对试验数据进行分析处理。
第四章：TC4钛合金力学性能分析，包括从试验数据中得到的弹性模量、屈服强度、硬度等参数分析。
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。
TC4钛合金热变形行为及组织演变
Hot deformation behavior and microstructure evolution of TC4 titanium alloySUN Sheng-di(孙圣迪), ZONG Ying-ying(宗影影), SHAN De-bin(单德彬), GUO Bin(郭斌)School of Materials Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, ChinaReceived 23 October 2009; accepted 25 August 2010Abstract: The hot deformation behavior of Ti-6Al-4V (TC4) titanium alloy was investigated in the temperature range from 650 °C to 950 °C with the strain rate ranging from 7.7×10−4s−1 to 7.7×10−2s−1. The hot tension test results indicate that the flow stress decreases with increasing the deformation temperature and increases with increasing the strain rate. XRD analysis result reveals that only deformation temperature affects the phase constitution. The microstructure evolution under different deformation conditions was characterized by TEM observation. For the deformation of TC4 alloy, the work-hardening is dominant at low temperature, while the dynamic recovery and dynamic re-crystallization assisted softening is dominant at high temperature.Key words: TC4 titanium alloy; flow stress; hot tension; microstructure1 IntroductionTitanium and titanium alloys have been widely used in aviation, spaceflight, weapons and so on as structural materials due to low density, high specific strength and high corrosion resistance[1−3]. However, it is difficult for titanium alloys to deform because of their poor deformability, high resilience and low plasticity[4−6], which limits the application of titanium alloys. CUI et al[7] carried out isothermal hot compression tests in the temperature range from 750 °C to 900 °C and strain rate range from 0.001 s−1 to 10 s−1 for implant biomedical Ti-6Al-7Nb alloy. The stress−strain curves were characterized by flow softening and the optimum hot deformation condition was obtained. STAPLETON et al[8] discussed the evolution of intergranular lattice strains in a textured, forged bar sample of the α+βTi-6Al-4V (TC4) titanium alloy using in situ X-ray diffractometry. SHANG et al[9] studied the influence of heat treatment temperature on the textures in a new Ti-Al-Mo-V-Fe-B titanium alloy thin sheet by means of orientation distribution function. They concluded that the heat treatment temperature should be higher than transition temperature of β phase in order to change the texture of α phase in α+β titanium alloy. GONG et al[16] found that the temperature and strain rate had significant effects on the tensile behavior of TC21. However, most of the previous studies were carried out in the compressive stress states, while few studies were focused on the hot tension behavior of the titanium alloys[11−16]. In addition, many components of titanium alloy were processed and deformed under tensile stress. So, it is significant to study the hot tension behavior of titanium alloy to determine the formation process.In this work, the effects of deformation temperature and strain rate on the flow stress and microstructure evolution of hot-rolled TC4 alloy sheet before and after tension were investigated. The deformation mechanism was revealed.2 ExperimentalThe experimental material was hot-rolled TC4 alloy sheet (1 mm in thickness) which was equiaxial two-phase alloy with a chemical composition (in mass fraction) of 5.5%−6.75% Al, 3.5%−4.5% V, <0.45% Fe, <0.24% O, <0.12% C, <0.07% N and balance Ti.To investigate the hot deformation behavior and microstructure evolution in the α+β region, the hot tensile tests were carried out at a temperature ranging from 650°C to 950 °C with 100 °C intervals and at a strain rate ranging from 7.7×10−4 s−1 to 7.7×10−2 s−1. The specimens were heated with a heating rate of 10 °C/s and soaked for 3 min at the deformation temperature before the hot tension. When the true strain reached 0.4, the experiment was terminated. Tensile specimens with a gauge section of 4.4 mm×1.4 mm×8 mm were preparedCorresponding author: SUN Sheng-di; Tel: +86-451-86412043; E-mail: sunshengdi2005@ DOI: 10.1016/S1003-6326(09)60439-8SUN Sheng-di, et al/Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20(2010) 2181−2184 2182from the above sheet by electro spark wire-electrode cutting. Phase constitutions were characterized by X-ray diffractometry, which were performed using an X-ray diffractometer employing Cu Kα radiation at room temperature using a step scan procedure (0.02° per 2θstep and 0.5 s count time per step) on a Japan RIGAKU D/MAX−2200 automated powder diffractometer. Microstructures of the composites were observed by a CM12 transmission electron microscopy (TEM). The specimens for TEM observation were thinned by ion milling.3 Results and discussion3.1Hot tension behaviorThe hot deformation of titanium alloy at α+β phase field behaves complicated because it includes the concurrent deformation process of α and β phases as well as the α→β phase transformation process. Variations of the flow stress with test temperature and strain rate are shown in Fig.1. It is found that when the strain rate is kept constant, the flow stress decreases gradually with increasing the hot deformation temperature. When the strain rate is 7.7×10−2 s−1, the flow stress almost decreases linearly with the increase of the deformation temperature. When the temperature is below 800 °C, the flow stress decreases sharply with increasing the deformation temperature, whereas the flow stress decreases slowly with increasing the deformation temperature when the temperature is above 800 °C. This is due to the fact that the impact of work-hardening vanishes when the strain rate is below a critical value, resulting in the fact that the flow stress is determined by the activated energy. Experiments prove that work- hardening is dominant before the flow stress reaches the peak value. The effect of work-hardening on TC4 alloy is obvious at low temperatures. While at high temperatures, the deformation softening predominates, which isFig.1 Variation of flow stress with deformation temperature and strain rate controlled by the dynamic recovery. When the deformation temperature is higher than 850 °C, the flow stress increases with increasing strain until reaching the peak value, followed by a constant until fracture. At 900 °C, the flow stress peak is below 25 MPa. The deformation is mainly controlled by dynamic re-crystallization at high deformation temperature.The true stress−true strain curves under different strain rates at 750 °C are shown in Fig.2. It is found that the tensile strength increases with increasing the strain rate. In addition, when the strain rate is higher than 7.7×10−3 s−1, the specimens fracture before the strain reaches 0.25, which indicates that the TC4 alloy has poor deformability at high strain rate. The higher the strain rate is, the poor the hot tensile deformability is. This indicates that the strain rate plays an important role in the hot deformation process of TC4 alloy.Fig.2 True stress−true strain curves of TC4 alloy deformed under different strain rates at 750°C3.2 Phase constitutionXRD patterns of TC4 alloy deformed until fracture at different temperatures under strain rate of 7.7×10−3 s−1 are shown in Fig.3. TC4 alloy will transform from α-phaseFig.3 XRD patterns of TC4 alloy deformed at different temperatures under strain rate of 7.7×10−3 s−1SUN Sheng-di, et al/Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20(2010) 2181−2184 2183into β-phase at about 882 °C. At low temperature (about 650 °C), α-phase of TC4 alloy is the main phase, and β-phase is the minor phase. However, at high temperature (about 950 °C), high content of β-phase in TC4 alloy is detected by XRD, indicating that α-phase of received TC4 alloy is transformed into β-phase. The content of β-phase of TC4 alloy increases with increasing hot-deformation temperature. According to Fig.3, it can be concluded that higher hot-deformation temperature is beneficial for the formation of β-phase of TC4 alloy. At 950 °C, rapid volume fraction increase of β phase entails that the deformation is controlled by dynamic recovery under strain rate of 7.7×10−3 s−1. There is no obvious effect of strain rate on the phase transformation of TC4 alloy, so the XRD patterns of TC4 alloy deformed at different strain rates are not given.3.3 Microstructure evolutionThe microstructure of the TC4 alloy during hot tension is strongly influenced by temperature and strain rate. TEM images can provide more information of material microstructures in details. TEM images of TC4 alloy deformed until fracture at different temperatures under the constant strain rate of 7.7×10−3 s−1 are given in Fig.4.The phase boundaries are clear when the hot-deformation process is executed at 650 °C under constant strain rate (nearly 7.7×10−3 s−1), as shown in Fig.4(a). Many dislocations are kept in the specimen deformed at low temperatures. So, this possibly implies that it is difficult to counteract residual dislocation under low strain rate at 650 °C. More dislocations are formed in the hot-deformation process at 750 °C (as shown in Fig.4(b)). The diffraction patterns of α-phase and β-phase of TC4 alloy are illustrated in Fig.4(c). It is easy to find obviously elongated grains of α-phase and β-phase of TC4 alloy in Fig.4(d), indicating that it is beneficial for TC4 alloy material to form long plate grain under low strain rate and high hot-deformation temperature. This result agrees with the characteristic of the stress−strain curves of TC4 alloy (Fig.1). The high hot-deformation temperature will improve the deformability of TC4 alloy.4 Conclusions1) The hot-deformation temperature has an obvious effect on the phase composition, while the strain rate has no effect on phase constitution in the low hot-deformationFig.4 TEM images of TC4 alloy at different temperatures under strain rate of 7.7×10−3 s−1: (a) 650 °C; (b) 750 °C; (c) 850 °C; (d) 950 °CSUN Sheng-di, et al/Trans. Nonferrous Met. Soc. China 20(2010) 2181−2184 2184temperature. The high hot-deformation temperature is beneficial for the formation of β-phase of TC4 alloy.2) The softening mechanism is dynamic recovery and dynamic re-crystallization. It is beneficial for TC4 alloy to form long plate grains under low strain rate and high hot-deformation temperature according to the microstructure analysis.References[1]HUANG L J, GENG L, LI A B, WANG G S, CUI X P. Effects of hotcompression and heat treatment on the microstructure and tensileproperty of Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si alloy [J]. Mater Sci Eng A,2008, 489: 330−336.[2]IMAYEV V, IMAYEV R, KHISMATULLIN T, GÜTHER V,BECKC W, FECHT H J. Superplastic behavior of Ti-43Al-7(Nb,Mo)-0.2B alloy in the cast+heat-treated condition [J]. Scripta Mater,2007, 57: 193−196.[3]KO Y G, LEE C S, SHIN D H. Deformation characteristics ofsubmicrocrystalline Ti-6Al-4V [J]. Scripta Mater, 2008, 58: 1094−1097.[4]POORGANJI B, YAMAGUCHI M, ITSUMI Y, MATSUMOTO K,TANAKA T, ASA Y, MIYAMOTO G, FURUHARA T.Microstructure evolution during deformation of a near-α titaniumalloy with different initial structures in the two-phase region [J].Scripta Mater, 2009, 61: 419−422.[5]NIU Y, HOU H, LI M, LI Z. High temperature deformation behaviorof a near alpha Ti600 titanium alloy [J]. Mater Sci Eng A, 2008, 492:24−28.[6]KIM J H, SEMIATIN S L, LEE C S. High-temperature deformationand grain-boundary characteristics of titanium alloys with an equiaxed microstructure [J]. Mater Sci Eng A, 2008, 485: 601−612. [7]CUI W F, JIN Z, GUO A H, ZHOU L. High temperaturedeformation behavior of α+β type biomedical titanium alloy Ti-6Al-7Nb [J]. Mater Sci Eng A, 2009, 499: 252−256. [8]STAPLETON A, RAGHUNATHAN S, BANTOUNAS I, STONE H,LINDLEY T, DYE D. Evolution of lattice strain in Ti-6Al-4V duringtensile loading at room temperature [J]. Acta Mater, 2008, 56: 6186−6196.[9]SHANG S, SHEN J, WANG X. Transformation textures in an α+βtitanium alloy thin sheet [J]. Mater Sci Eng A, 2002, 326: 249−254. [10]XU Wen-chen, SHAN De-bin, YANG Guo-ping, LU Yan. Flowbehavior and microstructure evolution during hot compression ofTA15 titanium alloy [J]. Transactions of Nonferrous Metals Societyof China, 2006, 16: s2066−s2071.[11]DUAN Yuan-pei, LI Ping, XUE Ke-min, ZHANG Qing, WANGXiao-xi. Flow behavior and microstructure evolution of TB8 alloyduring hot deformation process [J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2007, 17: 1199−1204.[12]LI Ping, DUAN Yuan-pei, XUE Ke-min, WANG Xiao-xi, GANGuo-qiang. Microstructures and textures of TB8 titanium alloy afterhot deformation [J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2010,20(5): 872−877. (in Chinese)[13]ZHU Jing-chuan, WANG Yang, LIU Yong, LAI Zhong-hong, ZHANJia-jun. Influence of deformation parameters on microstructure andmechanical properties of TA15 titanium alloy [J]. Transactions ofNonferrous Metals Society of China, 2007, 17: s490−s494.[14]ZENG Li-ying, HONG Quan, YANG Guan-jun, ZHAO Yong-qing,QI Yun-lian, GUO Ping. Tensile and creep properties of Ti-600 alloy[J]. Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2007, 17:s522−s525.[15]WANG Zhong-jin, SONG Hai, WANG Zhe. Deformation behavior ofTC1 titanium alloy sheet under double-sided pressure [J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2008, 18: 72−76.[16]GONG Xu-hui, W ANG Yu, XIA Yuan-ming, GE Peng, ZHAOYong-qing. Dynamic tensile behavior of TC21 titanium alloys atelevated temperatures [J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2010, 20(4): 647−654. (in Chinese)(Edited by YANG Bing)。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Abstract: The effect of processing parameters on deformation behavior of TC4 titanium alloy were investigated by using compression tests. The experiments were carried out in a Thermermaster-Z simulator at deformation temperatures of 1 093− 1 303 K, strain rates of 0.001−10.0 s−1, and height direction reduction of 60%. The results show that the flow stress of TC4 titanium alloy increases quickly with the strain and reaches a peak, then decreases to a steady value. The steady and peak stress significantly decreases with the increase of deformation temperature and decrease of strain rate, and the strain rate and the deformation temperature would also affect the critical value of strain to reach the steady flow of TC4 titanium alloy during high temperature deformation. The flow stress model of TC4 titanium alloy during high temperature deformation was established by using the regression method. The average relative difference between the calculated and experimental flow stress is 6.25%. The flow stress model can efficiently predict the deformation behavior of TC4 titanium alloy during high temperature deformation. Key words: TC4 titanium alloy; high temperature deformation behavior; flow stress model; processing parameters
现控温，控温精度为±1.0 ℃。实验过程中，配有微 机处理系统的试验机自动采集有关数据，并进行修正 和计算，最后以表格形式输出载荷—行程和流动应力 —应变等数据。热模拟压缩实验方案如下。变形温度 为(K)：1 093，1 123，1 143，1 163，1 183，1 203，1 223， 1 233，1 243，1 253，1 263，1 273，1 283，1 293， 1 303；应变速率为(/s)：0.001，0.01，0.1，1.0，10.0； 变形程度为 60%。完成高温压缩变形后冷却方式为空冷。
影响较小；当应变速率较大时，变形温度对峰值应力 的影响较大。TC4 钛合金在 1 223 K 以上变形时，在 较高的应变速率下，应力达到峰值后出现一个明显的 应力振荡，这可能是动态再结晶所致。
综上所述，应变速率对 TC4 钛合金高温变形过程 中的流动应力的影响比较大，而变形温度的影响则由 于温度范围不同而有所差别。变形温度在 1 243 K 以 下时，TC4 钛合金的流动应力随着变形温度的降低而 显著地升高；而变形温度在 1 243 K 以上时，TC4 钛 合金的流动应力随变形温度变化不明显。
第 18 卷第 8 期
中国有色金属学报
Vol.18 No.8
The Chinese Journal of Nonferrous Metals
文章编号：1004-0609(2008)08-1395-07
TC4 钛合金高温变形行为及其流动应力模型
2008 年 8 月 Aug. 2008
罗 皎，李淼泉，李 宏，于卫新
fraction, %)
Al
V
Fe
C
6.500 0
4.250 0
0.040 0
0.020 0
N
O
Ti
0.015 0
0.160 0
0.001 8
Bal.
面中部的热电偶实时测量温度，通过闭环温控系统实
原始 TC4 钛合金是直径为 90 mm 的棒材，其化 学成分如表 1 所列。为了消除棒材内应力和使微观组 织均匀分布，在热模拟实验前对棒材进行退火热处理， 热处理规范如下：加热到 1 023 K 保温 90 min 后出炉 空冷至室温。利用金相法测定 TC4 钛合金的相转变温 度大约为 1 263 K。
TC4(Ti-6Al-4V)合金是一种(α+β)两相钛合金，具 有良好的工艺塑性、超塑性、焊接性和抗腐蚀性能等 优点，因此被广泛应用于航空和航天工业。钛合金的 高温变形行为对变形工艺参数非常敏感，其锻后组织 和性能较难控制，为保证塑性成形构件质量的稳定性， 各国学者对钛合金的高温变形行为以及成形性能进行 了大量的研究[1−9]。材料的流动应力模型是联系材料的
流动应力与锻造热力参数之间的最基本函数关系，是 进行金属塑性变形工艺设计和控制的基础。在塑性加 工领域，研究材料流动应力模型的根本目的在于准确 描述流动应力随温度、等效应变和应变速率等变形参 数的变化情况，以提高工艺设计计算和仿真的精度， 从而为塑性成形工艺方案的制定和设备的选择提供参 考依据[10−15]。
本文作者通过 TC4 钛合金的热模拟压缩实验，研 究了变形工艺参数对 TC4 钛合金高温变形时流动应力 的影响规律，并针对 TC4 钛合金的成形特点，利用多 元回归分析的方法建立了 TC4 钛合金高温变形时的流 动应力模型，同时对模型的可靠性进行了验证。
1 实验
表 1 TC4 钛合金的主要化学成分
Table 1 Chemical compositions of TC4 titanium alloy (mass
(西北工业大学 材料学院，西安 710072)
摘 要：研究变形工艺参数对 TC4 钛合金高温变形行为的影响。热模拟压缩实验时选取的变形温度为 1 093~1 303
K；应变速率为 0.001~10.0 /s；变形程度为 60%。结果表明：TC4 钛合金在变形开始阶段，流动应力随应变的增
加迅速增加，当应变超过一定值后，流动应力开始下降并逐渐趋于稳定，出现稳态流动特征；变形温度升高和应
热模拟压缩实验在 Thermermaster−Z 型热模拟实 验机上进行，压缩过程中抽真空。压缩试样为 d 8 mm ×12 mm 的圆柱体，上下两端面加工有直径为 7.6 mm， 深为 0.2 mm 的浅槽，用于贮存高温保护润滑剂，以 便尽可能减小摩擦获得单向应力状态下的实验条件。 试样采用电频感应加热，压缩过程中由焊接在试样侧
到峰值后，随应变增加，王斌等[16]认为在快速变形条
件下，由于畸变能的剧烈增加，引起动态回复和再结
晶，因而出现明显的软化现象，引起流动应力曲线显
著下降。相反，在慢速变形条件下，由于动态回复过
程的相对加强，畸变能较难增加，再结晶很难发生，
因而流动应力曲线形状比较平缓。可见，应变速率对
动态回复、动态再结晶及流动应力曲线形状有显著的
形温度的上升会导致流动应力的下降。TC4 钛合金进 入稳态流动阶段所需的变形程度对应变速率较为敏 感。当应变速率小于或等于 10−2 /s 时，在本文实验的 整个变形温度范围内，TC4 钛合金在变形程度较小的 情况下就进入稳态流动阶段。当应变速率高于 10−2 /s 时，TC4 钛合金进入稳态流动阶段所需的变形量与变 形温度有关，即当变形温度高于 1 243 K 时，TC4 钛 合金能较早的进入稳态流动阶段，但当变形温度低于 1 243 K 时，TC4 钛合金进入稳态流动阶段所需的变形 量较大。TC4 钛合金高温变形过程中稳态应力与变形 工艺参数之间的关系如图 2(a)所示。由图 2(a)可以看
2 变形行为分析
图 1 所示为 TC4 钛合金在不同温度和应变速率下
图 1 TC4 钛合金高温变形时的流动应力曲线 Fig.1 Typical flow stress curves of TC4 titanium alloy during high temperature deformation: (a) 1 163 K; (b) 1 203 K; (c) 1 273 K; (d) 1 303 K
由以上分析可知，TC4 钛合金高温变形时分过渡 变形(非稳态)和稳态变形两个阶段。热压缩过程是受 热激活过程控制的，其流动应力行为与变形体内的位
错组态密切相关。从金属高温塑性变形的物理本质来
看，在变形初期，位错的交滑移为主要软化机制，但
它引起的动态软化不足以补偿位错密度增加而带来的
硬化，因此流动应力以较快的速度增大。流动应力达
影响。随着变形程度的增大，TC4 钛合金中的空位浓 度增加，位错的攀移在过渡变形的中后期也参与软化
过程，位错克服障碍力的能力增强，TC4 钛合金变形 时硬化和软化的平衡向低硬化指数方向变化，流动应
关键词：TC4 钛合金；高温变形行为；流动应力模型；工艺参数
中图分类号：TG 319