不同温度和应变速率下BTi6431S新型钛合金流变应力行为_肖宁斌
高应变率下不同初始相变温度NiTi合金的力学响应
高应变率下不同初始相变温度NiTi合金的力学响应张旭平;董金磊;吕超;罗斌强;王桂吉;谭福利;赵剑衡【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2024(44)5【摘要】为获得高应变率下不同初始相变温度NiTi合金的屈服应力等基本物理特性和力学响应规律,采用10^(−3)s^(−1)应变率下准静态压缩与拉伸、10^(5)s^(−1)应变率下准等熵压缩及10^(7)s^(−1)应变率下冲击加载实现跨量级的不同应变率加载,高应变率加载实验中通过控制样品初始温度实现不同初始相态NiTi合金的力学响应测量。
结果显示,初始马氏体相和初始奥氏体相NiTi合金的准静态加载应力-应变曲线中均出现2次模量变化,初始马氏体相中的模量变化由晶体重定向和马氏体相塑性变形引起,初始奥氏体相中的模量变化由马氏体相变和相变后塑性变形引起。
准等熵加载下,初始马氏体相NiTi合金的Lagrangian声速随粒子速度增大而增大,未观察到间断等非线性变化;而初始奥氏体相中声速曲线存在间断,声速由初始横波值间断减小至体波声速后再随粒子速度线性增大。
冲击实验中,初始马氏体相NiTi合金后自由面速度约34 m/s处出现双波结构,而将样品初始温度升至402 K后再冲击加载,则在约100 m/s处出现双波结构,二者速度曲线拐点分别由马氏体相弹塑性屈服和奥氏体相塑性屈服引起;在初始奥氏体相NiTi合金冲击实验中,在样品后自由面速度达到220~260 m/s时才出现显著的奥氏体相弹塑性转变。
随着应变率从约105 s^(−1)升高至10^(7) s^(−1),相同组分奥氏体相NiTi合金的弹性极限由约2 GPa增大至约4 GPa,10^(7) s^(−1)应变率下,随着初始样品温度升至402 K,弹性极限降至1.7 GPa,表明NiTi合金的弹性极限存在显著的温度和应变率效应。
【总页数】9页(P99-107)【作者】张旭平;董金磊;吕超;罗斌强;王桂吉;谭福利;赵剑衡【作者单位】中国工程物理研究院流体物理研究所;中国工程物理研究院应用电子学研究所【正文语种】中文【中图分类】O346.4【相关文献】1.温度和应变率对NiTi记忆合金相变转化率的影响2.在不同温度和高应变率下Ti-6Al-4V合金的塑性变形和断裂特性3.多晶纯钛在高应变率不同温度下的拉伸力学行为实验研究4.NiTi形状记忆合金在恒定应力和温度下保温过程中马氏体相变诱发的可恢复应变5.不同温度和应变率下的Ti-xNb(x=5,10,15)合金压缩力学性能研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
Ni_(60)Ti_(40)形状记忆合金的热变形行为
Ni_(60)Ti_(40)形状记忆合金的热变形行为马昕;许斯洋;周舸;丁桦【期刊名称】《中国冶金》【年(卷),期】2022(32)9【摘要】为获得Ni_(60)Ti_(40)形状记忆合金热变形的最佳工艺参数,利用等温恒速率热压缩试验研究了在温度为800~1000℃、应变速率为0.005~5.000 s^(-1)条件下Ni_(60)Ti_(40)合金的热变形行为,通过探究不同变形温度和应变速率对Ni_(60)Ti_(40)合金流变行为的影响创建本构关系,并以动态材料模型为基础构建热加工图。
结果表明,Ni_(60)Ti_(40)合金的流变应力随变形温度的升高而减小、随应变速率的升高而增大。
温度为900~1000℃、应变速率为0.005~0.500 s^(-1)时,流变应力较快达到稳态,且所需的变形量较少。
采用Arrhenius双曲正弦模型构建的Ni_(60)Ti_(40)合金热变形的流变应力本构关系模型可基本准确地预测实际流变应力随工艺参数的变化趋势,计算得到Ni_(60)Ti_(40)合金的平均热变形激活能为213 kJ/mol。
Ni_(60)Ti_(40)合金的热变形有3个稳定变形区和1个失稳区,适宜变形的区域为800~870℃/0.005~0.080 s^(-1)、870~950℃/0.080~0.500 s^(-1)和950~1000℃/0.050~5.000 s^(-1);不适合进行热加工的区域为800~850℃/0.220~5.000 s^(-1)。
【总页数】11页(P26-36)【作者】马昕;许斯洋;周舸;丁桦【作者单位】东北大学材料科学与工程学院;沈阳工业大学材料科学与工程学院;辽宁省轻量化用关键金属材料重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TG1【相关文献】1.形变对Ti_(44)Ni_(47)Nb_9宽滞后形状记忆合金应力诱发马氏体相变行为的影响2.热机械循环对Ti_(49.8)Ni_(50.2)形状记忆合金相变行为的影响3.Ti_(50+x)Pd_(30)Ni_(20-x)高温形状记忆合金的弹性行为4.Ni_(55)Mn_(25)Ga_(18)Ti_(2)高温形状记忆合金的热循环稳定性5.循环应变对快速凝固制备Ti_(49)Ni_(51)形状记忆合金组织和性能的影响因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
《钛合金热变形流变行为及组织转变规律》
《钛合金热变形流变行为及组织转变规律》篇一一、引言钛合金因其优异的力学性能和良好的耐腐蚀性，在航空、航天、医疗、汽车等领域得到了广泛应用。
在钛合金的加工过程中，热变形是一个重要的环节，它直接关系到材料的组织结构和性能。
因此，研究钛合金热变形流变行为及组织转变规律，对于优化钛合金的加工工艺、提高材料性能具有重要意义。
二、钛合金热变形流变行为1. 流动应力在热变形过程中，钛合金的流动应力是描述材料变形抗力的重要参数。
流动应力受温度、应变速率和变形程度等因素的影响。
随着温度的升高和应变速率的降低，流动应力减小，有利于材料的变形。
同时，流动应力与钛合金的微观组织结构密切相关，微观组织的改变会影响流动应力的变化。
2. 流变行为模型钛合金的热变形流变行为可以通过构建流变行为模型进行描述。
目前，常用的流变行为模型包括幂律模型、指数模型和双曲正弦模型等。
这些模型能够较好地反映钛合金在热变形过程中的流变行为，为优化加工工艺提供理论依据。
三、组织转变规律1. 晶粒变化度和应变速率的变化，晶粒的尺寸和形状会发生改变。
一般来说，较高的温度和较低的应变速率有利于晶粒的长大和均匀化。
此外，热变形过程中的动态再结晶和静态再结晶也会影响晶粒的变化。
2. 相变行为钛合金在热变形过程中还会发生相变行为。
不同温度和应变速率下，钛合金的相组成和相比例会发生变化。
这些相的变化对材料的力学性能和耐腐蚀性等具有重要影响。
因此，研究钛合金的相变行为对于优化材料的性能具有重要意义。
四、实验研究方法及结果分析1. 实验研究方法为了研究钛合金热变形流变行为及组织转变规律，可以采用热模拟实验、金相显微镜观察、电子背散射衍射等技术手段。
通过热模拟实验，可以模拟钛合金在实际加工过程中的热变形过程，观察材料的流变行为和组织变化。
金相显微镜观察和电子背散射衍射等技术手段则可以用于观察和分析材料的微观组织结构。
2. 结果分析通过实验研究，可以得出以下结论：（1）钛合金的流动应力受温度、应变速率和变形程度等因素的影响，流动应力的变化与微观组织结构的改变密切相关。
高温高压下钛合金的流变行为研究
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。
《钛合金热变形流变行为及组织转变规律》
《钛合金热变形流变行为及组织转变规律》篇一一、引言钛合金因其高强度、低密度、良好的耐腐蚀性等特性，在航空、航天、医疗、汽车等领域得到了广泛应用。
然而，钛合金的加工过程复杂，尤其是其热变形流变行为及组织转变规律，一直是研究的热点。
本文旨在深入探讨钛合金在热变形过程中的流变行为和组织转变规律，为钛合金的加工和性能优化提供理论依据。
二、钛合金热变形流变行为1. 流变应力钛合金在热变形过程中，流变应力是重要的参数之一。
流变应力与温度、应变速率、应变等因素密切相关。
在高温下，钛合金的流变应力随着温度的升高而降低，随着应变速率的增加而增加。
此外，应变的增加也会导致流变应力的提高。
2. 流变机制钛合金的热变形流变机制主要包括扩散控制机制和位错控制机制。
在高温低应变速率下，扩散控制机制起主导作用；而在低温高应变速率下，位错控制机制占主导地位。
在变形过程中，两种机制相互竞争和相互影响，决定了钛合金的流变行为。
三、组织转变规律1. 动态再结晶在热变形过程中，钛合金的组织会发生动态再结晶。
动态再结晶是钛合金在高温下发生的一种组织转变过程，其程度与温度、应变速率和应变密切相关。
随着温度的升高和应变速率的降低，动态再结晶程度增加，有利于获得均匀细小的晶粒组织。
2. 晶粒取向和相结构变化在热变形过程中，晶粒的取向和相结构也会发生变化。
随着应变的增加，晶粒取向趋于随机化，晶界数量增多，晶粒细化。
同时，相结构也会发生变化，如α相和β相的转变等。
这些变化对钛合金的性能产生重要影响。
四、影响因素及控制措施1. 影响因素钛合金的热变形流变行为及组织转变规律受多种因素影响，包括温度、应变速率、应变、合金成分等。
这些因素之间相互影响，共同决定了钛合金的加工性能和最终性能。
2. 控制措施为了优化钛合金的热变形过程和组织性能，需要采取一系列控制措施。
首先，合理选择热变形参数，如温度和应变速率等；其次，通过合理的加工工艺和后续处理来改善组织性能；最后，通过调整合金成分来优化其性能。
TC6钛合金高温变形本构方程的建立
TC6钛合金高温变形本构方程的建立徐俊阳;刘劲松;边丽虹【摘要】通过Gleeble-3500热模拟实验机获得了TC6钛合金在变形温度为800～980℃,应变速率为0.5 ～5s-1,变形程度为30％和60％时的应力-应变曲线.利用高温变形机理分析了热变形参数对流动应力的影响规律,建立了可用于锻造过程数值模拟的TC6合金高温变形的本构方程.【期刊名称】《沈阳理工大学学报》【年(卷),期】2014(033)002【总页数】4页(P17-20)【关键词】TC6;热变形参数;本构方程【作者】徐俊阳;刘劲松;边丽虹【作者单位】沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳理工大学材料科学与工程学院,辽宁沈阳110159;沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司,辽宁沈阳110043【正文语种】中文【中图分类】TG146钛合金具有比强度高、耐腐蚀性强、耐热性好、低温性能好、弹性模量低、热导系数低及化学活性高的特点，被广泛应用于航空航天、医疗卫生、汽车和家电等领域［1］。
TC6钛合金属于Ti+Al+Mo系α+β型。
本构关系是指材料的流动应力与应变速率、变形温度和变形程度等加工参数之间的关系，其描述的准确与否决定了有限元模拟结果的精确度［2］。
目前，国内外众多学者对高温热变形行为进行了系统研究。
其中Semiatin等人研究并分析了组织形态的变化及变形亚结构和织构对流动软化行为的影响［3－5］。
陈慧琴等［6］基于非线性拟合的方法建立了TC11合金片层组织高温变形的唯象型本构模型，用两个方程来描述加工硬化和流动软化两个阶段;李晔等［1］利用热激活的Arrhenuis公式建立了TC6合金的本构模型，是基于受热激活控制的高温蠕变理论。
与现有模型比较，本文所建立的本构方程更简单，适合TC6钛合金锻造过程数值模拟中流动应力的预测。
本文利用热模拟实验得到的应力-应变曲线，采用非线性拟合，建立了适合TC6高温变形的本构方程，为有限元模拟提供合理的材料模型。
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》
《TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究》篇一一、引言钛合金作为一种具有重要工业应用价值的金属材料，因其优良的力学性能和耐腐蚀性而备受关注。
TA15钛合金作为其中的一种典型代表，其热加工性能及微观组织预测研究对于优化其加工工艺、提高材料性能具有重要意义。
本文旨在通过建立TA15钛合金热加工本构模型，以及对其微观组织进行预测研究，为TA15钛合金的加工工艺优化和性能提升提供理论支持。
二、TA15钛合金热加工本构模型1. 材料与实验方法实验材料选用TA15钛合金，通过热模拟实验，获取不同温度、应变速率及应变条件下的流变行为数据。
实验过程中，采用先进的测控设备记录相关数据，确保数据的准确性和可靠性。
2. 本构方程的建立基于实验数据，通过数学方法建立TA15钛合金的热加工本构方程。
本构方程描述了材料在热加工过程中的流变应力、温度、应变速率及应变之间的关系，是预测材料热加工行为的重要依据。
3. 本构模型的验证与应用通过将本构模型预测结果与实际实验数据进行对比，验证模型的准确性和可靠性。
同时，将本构模型应用于TA15钛合金的实际热加工过程，为优化加工工艺提供理论支持。
三、微观组织预测研究1. 微观组织观察通过金相显微镜、扫描电子显微镜等手段，观察TA15钛合金在不同热加工条件下的微观组织变化。
这些变化包括晶粒大小、形状、分布以及相的变化等。
2. 微观组织预测模型的建立基于微观组织观察结果，结合热力学和相变理论，建立TA15钛合金的微观组织预测模型。
该模型能够预测不同热加工条件下TA15钛合金的微观组织演变规律。
3. 预测结果的分析与讨论通过对预测结果的分析，揭示TA15钛合金微观组织演变与热加工条件之间的关系。
同时，结合实际加工过程中的问题，讨论如何通过调整热加工条件来优化TA15钛合金的微观组织，进而提高其力学性能和耐腐蚀性。
四、结论本文通过建立TA15钛合金热加工本构模型及微观组织预测研究，得出以下结论：1. 建立的TA15钛合金热加工本构模型能够较好地描述材料在热加工过程中的流变行为，为优化加工工艺提供理论支持。
tc18钛合金热压参数对流动应力与显微组织的影响
产生明显的阻碍作用。 2. 3 与中等强度钛合金变形抗力的比较
T C18 钛合金变形抗力与最常用的中等强度钛合 金 T C4, T A15 变形抗力的比较是锻造技术人员十分 关心的, 图 4 给出了两种典型应变速率下三个合金最 大变形抗力- 温度曲 线。可以 看出, 在相同加 热温度 下, 应变速率低时变形抗力由高到低 的顺序是 T A15
Abstract: T he ef fect of str ain rat e and defor mation temperature on the def orm at ion resistance and the micro st ruct ure of T C18 t itanium alloy w as st udied t hrough heat sim ulat ing t est at 700- 950 and st rain rate 0. 001- 50s- 1 . T he result s show t hat , w hen t he defor mation temperat ure increases or the st rain rate decreases, t he real st ress can be reduced o bv io usly. Compar ing t o def orm ation in phase, defo rmat io n resist ance in + phase is mo re sensit ive t o t he chang e of t emper at ures. When + phase defo rmed, and phases join in def ormat ion at t he sam e t ime, but def orm ation deg ree is diff erent. P rel im inary equiax ed alpha phase is elongat ed slig ht ly and bet a phase chang es t o fiber t ext ure alo ng def orm at ion direct ion. When phase defo rmed, bet a phase is f ibro us alo ng m et al flo wing dir ect ion, and equiax ed beta grain can be seen w hen t he def ormed t em perat ure is above 950 . Key words: T C18 t itanium alloy ; ho t def ormat ion; m icrost ruct ur e
应变速率对TC17_和TC4_钛合金锻件力学性能的影响
2023 年第 43 卷航 空 材 料 学 报2023，Vol. 43第 3 期第 49 – 59 页JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS No.3 pp.49 – 59应变速率对TC17和TC4钛合金锻件力学性能的影响陈钰浩1, 闵小华1*, 张海洋2,3, 戴进财1, 周轶群2（1．大连理工大学 材料科学与工程学院，辽宁 大连 116024；2．中国航发沈阳发动机研究所 辽宁省航空发动机冲击动力学重点实验室，沈阳 110042；3．西北工业大学 民航学院，西安 710072）摘要：利用拉伸试验机研究不同应变速率对TC17和TC4钛合金锻件力学性能的影响，并利用Vickers硬度计、OM、SEM、EBSD等对两种钛合金的维氏硬度、变形组织以及断口形貌进行研究。
结果表明：随着应变速率的增加，两种钛合金的强度升高而伸长率降低，均表现出正流变应力的应变速率敏感性，且应变速率敏感性系数随真应变增加呈现下降趋势；在相同应变速率下，除合金元素的固溶强化外，TC17钛合金网篮组织中板条状α相与残余β相交错排列，导致相界面多，位错容易在相界面塞积且位错运动的平均自由行程较短，合金的强度较高；另外，微孔易在相界面处大量形核，导致断口韧窝尺寸较小且数目较多，合金的塑性较差；TC4钛合金双态组织中等轴初生α相具有较好的协调变形能力，且β转变组织中的次生α相排列较为规则，导致相界面较少，降低了对位错运动的阻碍作用，韧窝尺寸较大且数目较少，合金的强度较低而塑性较好。
关键词：整体叶盘；α+β型钛合金；应变速率；变形组织；断口形貌doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2022.000187中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2023)03-0049-11Effect of strain rate on mechanical properties of TC17 and TC4 alloy forgingsCHEN Yuhao1, MIN Xiaohua1*, ZHANG Haiyang2,3, DAI Jincai1, ZHOU Yiqun2（1. School of Materials Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116024, Liaoning, China；2. Key Laboratory of Impact Dynamics on Aero Engine, AECC Shenyang Engine Design and Research Institute, Shenyang 110042, China；3. College of Civil Aviation, Northwestern Polytechnical University, Xi’an 710072, China）Abstract: α+β titanium alloys have a wide application prospect in aero engine blisk manufacturing, owing to their high specific strength and good high-temperature performance. Whereas there are few studies on mechanical properties and plastic deformation modes of large-size blisk specimens at variable strain rate conditions. In this work, the effects of different strain rates on the mechanical properties of forged TC17 and TC4 alloys were examined by tensile testing machine, and Vickers hardness tester, OM, SEM, and EBSD were used to study the Vickers hardness, deformation microstructures and fracture morphologies. As increasing strain rate, the strengths of both alloys increase and the elongation decrease, showing positive strain rate sensitivities of flow stress, and the strain rate sensitivity coefficients decrease with true strain. Besides the solid solution strengthening of alloying elements, lath α-phases and residual β-phases in TC17 alloy with basket-weave microstructure are interweaved with each other, resulting in more phase interfaces. Phase interfaces are effective in blocking dislocations motion and lead to pile-up of dislocations, improving the strength of TC17 alloy. In addition, the voids are easier to nucleate at the phase interfaces and form dimples. Therefore, a lot of small dimples are observed on the fracture surface, which make the poorer ductility of TC17 alloy. Fewer phase interfaces exist in TC4 alloy with bimodal microstructure, which is related to the better plastic deformation capacity of equiaxed primary α-phases and the regular arrangement of secondary α-phases in transformed β-phases. The fewer phase interfaces increase the mean free path of dislocations and form fewer large dimples, which lead to a decrease in strength but an increase in ductility of TC4 alloy.Key words: blisk；α+β titanium alloy；strain rate；deformation microstructure；fracture morphology航空制造产业是高度综合的战略性高新技术产业，是国家工业实力的重要体现之一。
钛合金高温变形流变应力的预测
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍｏｄｅｌ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｏｆ ｔｈｅ ＢＴ２０ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｄｕｒｉｎｇ ｈｏｔ ｄｅｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ ｉｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ Ｍ Ａ ＴＬＡＢ ｐｒｏｇｒａｍ ．Ｆｌｏｗ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍ ａｔｅｒｉａ１ ｕｎ— ｄｅｒ ｖａｒｉｏｕｓ ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍ ｉｃ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｍ ｏｄｅ１． Ｔｈｅ ｏｂｔａｉｒｅｄ ｓｙｓｔｅｍ —
传统方法都是通过对数据进行统计 回归，建
立 材料 的数 学 模 型 。但是 ，回归方 法 存 在 着很 多 的 局 限性 ，且 高温 变 形 过 程是 一 个 非 常 复杂 的非 线性 系统 ，在 试验 过 伴 有 动 态 回复 和动 态 再 结 晶发 生 。因 此 ，工艺参 数对 力 学 性 能 的影 响很 难 甚 至不 可 能 用准 确 的数学模 型 表示 出来 。
Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｆ ｌｏｗ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ａ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｄｕｒｉｎｇ ｈｏｔ ｄｅｆｏｒｍ ａｔｉｏｎ
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Abstract: Ho t tensile tests f or BT i6431S t it anium all oy sheet ar e carried out at diff er ent t em perat ures and str ain rat es. T he range of t emper at ures cover 870 ～ 900 ° C and t hat of st rain rat es is 0. 000 1 ～ 0. 01/ s. T he relat io ns of hot f low st ress amo ng dif ferent t emperat ures and st rain rat es ar e discussed. Const itut ive equat ions under t he hot t ensio n are obt ained based o n t he revised Hooke law and Grosman equat ion . It is concluded t hat the flo w st ress declines w it h t he increase of temperatures and ascends w it h t he decrease of st rain rat es. In its plastic defor mat io n stag e, t he f low st ress al most keeps st eady . T he co nstit utiv e equat ion obt ained in the t est s can accurately refl ect t he tr end of f low st ress. Key words : t itanium allo y ; const it ut ive equat io n; f low st ress BT i6431S 钛合金是中国自主研发的一种新型 高 温钛合金, 属于 T i-Al-SnZ r-Mo -Si 系两相钛合 金 , 名义成分 为 T i-6. 5 Al-3Sn -3Zr -3Nb -3M o -1W 0. 2Si, 它是一种使用温度在 650～700 ° C 的短时高 温钛合金, 与传统使用的 T C4 和 BT 20 高温钛合金 相比, 其高温蠕变性能、 强度及使用温度有了进一 步的提高[ 1] 。本文对 BT i6431S 钛合金在合适的成 形温度 870, 885, 900 ° C 下, 以 10 , 10 和 10 / s 的应变速率进行了单向拉伸试验, 并拟合得到各温 度下的本构方程 , 为这种新型钛合金的热成形有限 元模拟及其工艺安排提供重要依据。
- 4 - 3 - 2
1 试验材料与方法
试验用原料为经( + ) 相区温度成品轧制后
收稿日期 : 20111013; 修订日期 : 2011-1210 通讯作者 : 陈明和 , 男 , 教授 , 博士 生导师 , E mail: meemhchen @ nuaa. edu . cn 。
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南 京 航 空 航 天 大 学 学 报
第 44 卷
的 BT i6431S 板料, 厚度为 1. 58 mm 。 将板料线切割 成图 1 所 示的 单向 拉伸 试样。在瑞 格尔 公司 的 RG2000 型电子万能试验机上进行高温单向拉伸 试验。
图 1 单拉试样
2 试验结果与讨论
2. 1 高温单向拉伸变形特性 图 2 为 BT i6431S 钛合金不同变形条件下的真 实应力 -应变曲线。 可以看出 , 变形温度和应变速率 对流动应力的影响很大。在相同温度下, 随着变形 速率的增大, 材料的流动应力不断上升; 在相同应 变速率下 , 流动应力随着变形温度的升高而降低。 BT i6431S 钛合金高温下的流变应力曲线表现为首 先随着应变的增大而增大, 在达到峰值后 , 再缓慢 下降, 并逐渐趋于稳定 , 这种稳态流动特征在低应 变速率下更为明显。对比各温度的应力应变曲线, 还可以发现 , BT i6431S 的峰值应力和稳态应力对 应变速率比较敏感。 由此可见 , BT i6431S 属于应变 速率敏感型材料[ 2] 。 2. 2 本构模型 从 BT i6431S 钛合金高温下的应力应变特征可 以看出 , 其包含了加工硬化、 软化以及进入塑性阶 段的稳态流动 3 个不同状态。 为了准确完整地描述 流动应力曲线 , 分别用改进的 Ho oke law 描述其弹 性阶段 , 塑性阶段应变用 Grosman 方程描述[ 3]
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应变速率敏感系数; E 为弹性模量 ; C 为强度系数; n, n 1 为应变硬化系数。 2. 2. 1 各参数的修正 对于图 2 所示的各应力 -应变曲线, 在弹性阶 段 , 均匀选取 3 个坐标点 , 进行最小二乘法线性拟 合 , 得到不同温度和应变速率下的弹性模量 E , 如 表 1 所示。
¨
把式( 3, 4, 5, 6) 和式( 7) 代入方程 ( 1) 和 ( 2) 中, 得 到 BT i6431S 在 870 ～ 900 ° C , 0. 000 1～ 0. 01/ s 下的本构方程为
e
= ( 1 769+ 2 5768 ) ; 塑 性阶段 为:
・ ( 0. 055 7- 0. 007ln・ )
・
p
=
( 519 - 384ln ) exp ( ( 0. 052 76 + ・ ・( 0. 001 8T - 1. 132 1) 0. 136ln ) ) 。拟合的曲线比较正确 地反映了材料的流变应力变化趋势。 BT i6431S 在 不 同 温 度 和 应 变 速 率 下 的 本 构 方 程, 对 于
第 44 卷增刊 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报 V ol. 44 N o . S A pr . 2012 2012 年 4 月 Journal of Nanjing U niversit y of Aeronautics & Ast ronautics
不同温度和应变速率下 BTi 6431S 新型钛合金流变应力行为
e p
图 2 不同 温度和应变速率下的应力 应变曲线 表 1 BTi6431S 各温度和应变速率下的弹性模量 E 回归值 速率 0. 01/ s 0. 001/ s 0. 000 1/ s 870 ° C 4 420 2 342 1 979 885 ° C 4 318 2 039 1 719 900 ° C 4 278 1 923 1 484
Flow Stress of New Type Titanium Alloy BTi6431S Sheet Under Different Temperatures and Strain Rate
X iao N ingbin , Chen Minghe , Cao Yaqiang
1 1 2
( 1. College o f M echa nical and Electr ical Eng ineering , N anjing U niv ersit y o f A ero nautics & A st ro nautics, N anjing , 210016, China; 2. Beijing X inghang M echanicalElectrical Equipm ent F acto ry , Beijing , 101211, China )
参考文献:
[ 1] 王小翔 , 王韦 琪 , 马 鸿 海 . 700 ° C 时高 温 高 高 强 BT i6431S 合金的组 织与 力学 性能 [ J] . 中国 有色 金属 学 报 , 2010, 20( 1) : 792795. Wang X iaox iang , W ang Weiqi, M a Ho nghai . M icr ostr uct ur e a nd mechanical pr oper ties o f high temper ature and hig h str ength BT i-6431S alloy at 700 ° C [ J] . T he Chinese Jo ur nal o f N onferr o us M et als, 2010, 20( 1) : 792-795. [ 2] 吕逸帆 , 孟 祥军 , 李士 凯 . T A 15 钛合金 高温变形行 为 研究 [ J] . 材料开发与应用 , 2010, 25( 4) : 2832.
123
图 4 所示。对图 4 的曲线用直线进行最小二乘法拟 合 , 得到 m 值与温度的关系式为 m = 0. 001 8T - 1. 132 1 ( 4)
Байду номын сангаас
图 5 885 ° C 下 , BT i 6431S 流动应力曲线 计算值和实验 结果比较 图 3 不同 温度下对数应力与对数应变的关系 ( = 0. 7)
图 4 m 值与温度的关系
BT i6431S 新型钛合金板料的热成形有限元模拟及 其工艺提供了参考依据。
同样的方法, 得到了各温度和应变下的 n, n 1, C n = 0. 055 7 - 0. 007ln n1 = 0. 053 + 0. 136l n C = 519 - 384ln ( 5) ( 6) ( 7)
随变形温度的升高而降低 , 随应变速率的增加明显 增加, 在进入塑性阶段后, 基本保持稳态流动。 根据改进的 Hoo ke law 和Grosman 方程, 成功 拟 合了 BT i6431S 在 870 ～ 900 ° C 下, 应变 速率在 - 1 0. 000 1～ 0. 01 s 范围内的本构方程 , 其中弹性阶 段为:
肖宁斌1 陈明和1 曹亚强2
( 1. 南京航空航天大学机电学院 , 南京 , 210016; 2. 北京星航机电设备厂 , 北京 , 101211) 摘要 : 通过在 870～ 900 ° C 温度范围内和应变速率为 0. 000 1 ～ 0. 01/ s 下 , 对 BT i6431S 新 型钛合金薄板进行 了单 向拉伸试验 , 研究了 BT i6431S 新型钛合金在高温条件 下流动应力与变形温度和应变速率之间 的关系 , 并利 用改 进的 Hoo ke law 和 Gr osman 方程建立了 BT i6431S 钛合金的 应力 应变本构模型。研究结果表明 : BT i 6431S 钛合 金在 870 ～ 900 ° C 温度下 , 流动应力随着 温度的升 高而降低 , 随着应 变速率的增 大而明显升 高 , 在 进入塑性变 形 区间 , 基本 保持稳态流动。 拟合得到的本构方程能够较准确 地反映了 BT i6431S 钛合金在高 温下的流动应力变化 情况。 关键词 : 钛合金 ; 本构方程 ; 流动应力 中图分类号 : T G 146. 2 文献标识码 : A 文章编号 : 10052615( 2012) S 012103