论文部分内容阅读
TC21合金是我国自主研发的新型钛合金,经过适当等温锻造及热处理可获得高强韧的网篮组织,具有较好的损伤容限性。已有研究表明TC21合金具有优良的超塑性,但其在超塑性成形过程中,尤其高温及低应变速率下组织会发生聚集长大,组织不同于等温锻造,而TC21合金从超塑变形到热处理过程的组织演变规律尚未明确,超塑性变形后的组织能否通过热处理得到高强韧性的组织亟待研究。本文对TC21合金进行超塑性变形,再通过不同的热处理制度对超塑性变形后的组织进行改善,研究了TC21合金的超塑性变形行为和热处理对其显微组织的影响。主要研究内容和结论如下:(1)采用恒应变速率法对TC21合金进行超塑性变形,研究超塑性变形过程的流变应力行为及显微组织演变规律,建立相关流变应力数学模型。TC21合金在超塑性变形过程中组织发生明显动态再结晶,随着变形温度的升高,或应变速率的降低,α相含量逐渐减少,动态再结晶晶粒发生聚集长大,合金延伸率降低;当应变速率较低,变形温度较高时,流变应力曲线趋于平稳,软化机制以动态回复为主,材料表现出较好的超塑性。通过计算推导得到TC21合金两相区超塑性变形激活能和应力指数分别为329.20 kJ/mol和2.3677;采用Arrhenius模型建立了合金流变应力-应变本构方程,并通过1stOpt软件进行修正,最大误差为11.22%,平均误差为3.51%。(2)对TC21合金超塑性变形后的组织进行三重热处理,研究热处理参数对TC21合金超塑性变形后组织的影响。第一重热处理温度对TC21合金最终组织中的晶界α相产生影响。随着第一重热处理温度升高,长条晶界α相增多,较为粗大笔直;当第一重热处理温度在相变点附近时,最终组织析出的晶界α相较少。热处理过程析出的次生α相随着第二重热处理温度的升高或冷却速率的降低而尺寸增大,呈针状;二次生α相随第三重热处理温度的升高而粗大;当冷却速率较慢时(炉冷),α相呈集束片状在晶界和晶粒内析出,显微组织为粗大魏氏体组织;当冷却速率较快时,得到长条针状马氏体α’’和亚稳β相,亚稳β相经第三重热处理后弥散析出细小针状α相,呈网篮状。(3)三重热处理可使TC21合金在β相区或两相区超塑性变形的组织大部分获得网篮组织,但热处理后的组织中仍会存在部分的长条晶界α相。本文改善TC21合金超塑性变形后组织的最佳热处理工艺为:(940~970)℃/1h AC+(900~930)℃/1h AC+590℃/4h AC。