基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究
基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究晶体塑性理论将晶体塑性变形的物理机制及变形几何学与单晶或多晶的弹塑性本构方程相结合，从介观尺度（即晶粒尺度）上解释材料的各种塑性变形行为。将晶体塑性理论与有限元方法相结合的方法称为晶体塑性有限元方法（Crystal Plastic Finite Element Method，CPFEM），该方法从材料变形的物理机制出发，可以较为准确的反映材料的微观特性。
目前晶体塑性有限元模拟已成为力学界和材料界的研究热点。钛与钛合金是一种重要的结构材料，以其优异的性能广泛应用在航空航天等领域。
钛有两种同素异构晶型：密排六方(HCP)点阵的α-Ti相和体心立方(BCC)点阵的β-Ti相，由于晶格类型不同，其变形机制差别较大。文中综合采用了有限元方法、晶体塑性理论、元胞自动机等现代科学技术方法。
从介观尺度出发，根据合金微观晶格结构的不同，研究新型近α型钛合金—TA15钛合金的高温塑性变形，研究在相变点温度以上及以下的TA15钛合金高温的高温塑性变形行为。文中采用元胞自动机方法得到了相变点上的TA15钛合金的初始晶粒形貌。
建立了适用于变形温度在相变点以上的TA15合金的高温塑性变形的晶体塑性有限元模型。模拟结果表明多晶体在塑性变形的过程中，晶粒与晶粒之间以及晶粒内部的应力分布存在着明显的差异，晶粒内部与晶粒外部的塑性变形非常不均匀。
通过对滑移系上的剪应变进行分析表明由于各晶粒的取向不同和晶粒间的取向差的差异，不同晶粒的滑移系开动情况差别很大；在同一晶粒内部，由于需要协调相邻晶粒的应变情况，因此滑移系开动的程度也不完全相同。建立了适用
于变形温度在相变点以下的TA15合金的高温塑性变形多晶晶体塑性有限元模型，研究HCP型多晶体在塑性变形后的应力应变状态及变形过程中晶粒的取向分布
情况。
结果表明，基于HCP晶体的变形机制所建立的孪生为主滑移为辅的塑性本构关系可以相对较好的描述材料的应力应变状态。对变形过程中模型代表单元中晶粒的取向分布情况的研究表明，随着变形的增加，同一面上的晶粒取向分布的改变有一定规律，不会发生突变；不同面上的晶粒取向分布情况有较大差别。
变形高温合金的特性、分类及用途
科技名词定义 塑性变形 科技名词定义 中文名称：塑性变形 英文名称：plastic deformation 定义：岩体、土体受力产生的、力卸除后不能恢复的那部分变形。 应用学科：水利科技（一级学科）；岩石力学、土力学、岩土工程（二级学科）；土力学（水利）（三级学科） 本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 塑性变形（Plastic Deformation），的定义是物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。
目录 介绍 机理 影响 介绍 机理 影响 展开 编辑本段介绍 材料在外力作用下产生而在外力去除后不能恢复的那部分变形 塑性变形 。材料在外力作用下产生应力和应变（即变形）。当应力未超过材料的弹性极限时，产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状，这种变形是可逆的弹性变形。当应力超过材料的弹性极限，则产生的变形在外力去除后不能全部恢复，而残留一部分变形，材料不能恢复到原来的形状，这种残留的变形是不可逆的塑性变形。在锻压、轧制、拔制等加工过程中，产生的弹性变形比塑性变形要小得多，通常忽略不计。这类利用塑性变形而使材料成形的加工方法，统称为塑性加工。 编辑本段机理 固态金属是由大量晶粒组成的多晶体，晶粒内的原子按照体心立方、面心立方或紧密六方等方式排列成有规则的空间结构。由于多种原因，晶粒内的原子结构会存在各种缺陷。原
塑性变形 子排列的线性参差称为位错。由于位错的存在,晶体在受力后原子容易沿位错线运动,降低晶体的变形抗力。通过位错运动的传递，原子的排列发生滑移和孪晶（图1）。滑移是一部分晶粒沿原子排列最紧密的平面和方向滑动，很多原子平面的滑移形成滑移带，很多滑移带集合起来就成为可见的变形。孪晶是晶粒一部分相对于一定的晶面沿一定方向相对移动，这个晶面称为孪晶面。原子移动的距离和孪晶面的距离成正比。两个孪晶面之间的原子排列方向改变，形成孪晶带。滑移和孪晶是低温时晶粒内塑性变形的两种基本方式。多晶体的晶粒边界是相邻晶粒原子结构的过渡区。晶粒越细，单位体积中的晶界面积越大，有利于晶间的移动和转动。某些金属在特定的细晶结构条件下，通过晶粒边界变形可以发生高达300～3000％的延伸率而不破裂。 编辑本段影响 金属在室温下的塑性变形，对金属的组织和性能影响很大，常会出现加工硬化、内应力和各向异性等现象。 加工硬化 塑性变形引起位错增殖，位错密度增加，不同方向的位错发 塑性变形力学原理 生交割，位错的运动受到阻碍，使金属产生加工硬化。加工硬化能提高金属的硬度、强度和变形抗力，同时降低塑性，使以后的冷态变形困难。
40CrNi2MoE钢的高温塑性变形特征
１０．１１９７３／ｊｘｇｃｃｌ２０１５０６０１８ ４０ＣｒＮｉ２ＭｏＥ钢的高温塑性变形特征 苏新生１，徐文帅２，３，黄顺喆２，王春旭２，厉勇２ １．中国航空动力机械研究所，株洲４１２００５；２．钢铁研究总院特殊钢研究所，北京１０００８１； ３．贵州安大航空锻造有限责任公司，安顺５６１００５ 摘 要：采用Ｇｌｅｅｂｌｅ－３８００型热力模拟试验机，在温度为１ １２３～１ ４２３Ｋ、应变速率为０．０１～１０ ｓ－１的条件下，对４０ＣｒＮｉ２ＭｏＥ钢进行了高温轴向单道次压缩变形试验，根据压缩试验结果绘制了高温塑性流变曲线，并观察了变形后的显微组织。结果表明：该钢的流变应力和峰值应变随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小；在真应变为０．９，应变速率为０．０１ ～ １０ ｓ－１的条件下，随着应变速率的提高，其发生完全动态再结晶的温度也逐渐升高；当应变速率为１０ ｓ－１，变形温度高于１ ３２３ Ｋ时，该钢才会发生完全动态再结晶；计算得到４０ＣｒＮｉ２ＭｏＥ钢的热变形激活能为３３３．７２６ ｋＪ?ｍ０１－１，并建立了该钢动态再结晶条件下峰值应变与Ｚｅｎｅｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ因子的定量关系以及高温塑性变形本构方程。 ４０ＣｒＮｉ２ＭｏＥ钢；塑性变形；动态再结晶；本构方程 ＴＧ１１１．７Ａ１０００－３７３８（２０１５）－０６－００９０－０５Ｈｏｔ Ｐｌａｓｔｉｃ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ４０ＣｒＮｉ２ＭｏＥ Ｓｔｅｅｌ ＳＵ Ｘｉｎ－ｓｈｅｎｇ１， ＸＵ Ｗｅｎ－ｓｈｕａｉ２，３ ＨＵＡＮＧ Ｓｈｕｎ－ｚｈｅ２，ＷＡＮＧ Ｃｕｎ－ｘｕ２ ＬＩ Ｙｏｎｇ２ １． Ｃｈｉｎａ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｚｈｕｚｈｏｕ ４１２００５， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｓｔｅｅｌｓ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｉｒｏｎ ＆ Ｓｔｅｅｌ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８１， Ｃｈｉｎａ； ３． Ｇｕｉｚｈｏｕ Ａｎｄａ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｆｏｒｇｉｎｇ Ｃｏ．， Ｌｔｄ．， Ａｎｓｈｕｎ ５６１００５， Ｃｈｉｎａ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｓｉｎｇｌｅ－ｐａｓｓ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｓｔｓ ｆｏｒ ４０ＣｒＮｉ２ＭｏＥ ｓｔｅｅｌ ｗａｓ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ ｏｎ Ｇｌｅｅｂｌｅ－３８００ ｓｉｍｕｌａｔｏｒ ａｔ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ｒａｎｇｅ ｏｆ １ １２３－１ ４２３ Ｋ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｏｆ ０．０１－１０ ｓ －１． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｓｔｓ， ｔｈｅ ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｌｏｗ ｓｔｒｅｓｓ ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ４０ＣｒＮｉ２ＭｏＥ ｓｔｅｅｌ ｗｅｒｅ ｐｌｏｔｔｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ ａｆｔｅｒ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｏｂｓｅｒｖｅｄ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｐｅａｋ ｓｔｒａｉｎ ｏｆ ｔｈｅ ４０ＣｒＮｉ２ＭｏＥ ｓｔｅｅｌ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｒｕｅ ｓｔｒａｉｎ ｗａｓ ０．９ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｎｇｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｗａｓ ０．０１－１０ ｓ－１， ｔｈｅ ｆｕｌｌ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｒｉｓｉｎｇ． Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｗａｓ １０ ｓ １ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓ ｂｅｙｏｎｄ １ ３２３ Ｋ， ｆｕｌｌ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ ｈａｐｐｅｎｅｄ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｅｅｌ． Ｔｈｅ ｈｏｔ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｏｆ ４０ＣｒＮｉ２ＭｏＥ ｓｔｅｅｌ ｗａｓ ３３３．７２６ ｋＪ?ｍｏｌ－１ ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ． Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｈｏｔ ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｐｅａｋ ｓｔｒａｉｎ ａｎｄ Ｚｅｎｅｒ－Ｈｏｌｌｏｍｏｎ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｗｅｒｅ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． ４０ＣｒＮｉ２ＭｏＥ ｓｔｅｅｌ； ｐｌａｓｔｉｃ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ； ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ； ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅ ｅｑｕａｔｉｏｎ ２０１４－０５－２０２０１４－１２－３１ 苏新生（１９６８－），男，湖南茶陵人，研究员。 万方数据
材料超塑性及应用
材料超塑性及应用 课程编号： 课程名称：材料超塑性及应用 英文名称：Superplasticty and its Application for Materials 学分：2 先修课程基础：《晶体结构与缺陷》，《工程力学》与《材料力学》二者之一。教材：自编 一、课程简介 本课程的目的在于使学生对于材料超塑性的力学、微观机理、应用等方面具有比较深入的理解，初步掌握超塑性的研究路线及方法。对超塑性力学行为与显微组织及其变化的关系的物理本质具有比较清晰的认识，对超塑性的发展及其应用领域具有比较明确的分析，对超塑性的试验研究手段具有一定的了解，对于超塑性的应用及超塑性成形工艺具有一定的初步知识。通过本课程的学习，使研究生对超塑性实验、理论、应用，及其与常规塑性变形的关系具有比较明确的认识，为其在今后研究和工作中的应用打下基础。 二、基本要求 基础知识：超塑性力学特征，材料超塑性宏观行为与微观结构的关系，几种典型超塑性材料及其成形应用。
实验及技能：超塑性力学性能实验应力、应变、应变速率、ｍ植等的热力模拟试验，数据分析、实验报告；超塑性材料显微组织及其在超塑性变形 中的变化。 三、内容概要 第一章材料超塑性概述（２学时） １.１、超塑性研究及应用的历史 １.２、超塑性的分类 １.３、对超塑性变形机理的认识和争论 １.４、几位对超塑性学术发展具有重要影响人物研究工作介绍 第二章超塑性力学特征（４学时） ２.１、超塑性本构关系 ２.２、超塑性应力—应变关系、应力—应变速率关系 ２.２、超塑性力学实验方法 第三章超塑性变形微观机理（６学时） ３.１、常规塑性变形、蠕变、绝热剪切等变形的微观机理 ３.２、对超塑性变形微观机理的认识及争论 第四章几种材料超塑性（５学时）
GH4169 镍基变形高温合金资料
GH4169 镍基变形高温合金资料 中国牌号：GH4169/GH169 美国牌号：Inconel 718/UNS NO7718 法国牌号：NC19FeNb 一、GH4169概述 GH4169合金是以体心四方的γ"和面心立方的γ′相沉淀强化的镍基高温合金，在-253～700℃温度范围内具有良好的综合性能,650℃以下的屈服强度居变形高温合金的首位, 并具有良好的抗疲劳、抗辐射、抗氧化、耐腐蚀性能,以及良好的加工性能、焊接性能和长期组织稳定性，能够制造各种形状复杂的零部件，在宇航、核能、石油工业中，在上述温度范围内获得了极为广泛的应用。 该合金的另一特点是合金组织对热加工工艺特别敏感，掌握合金中相析出和溶解规律及组织与工艺、性能间的相互关系，可针对不同的使用要求制定合理、可行的工艺规程，就能获得可满足不同强度级别和使用要求的各种零件。供应的品种有锻件、锻棒、轧棒、冷轧棒、圆饼、环件、板、带、丝、管等。可制成盘、环、叶片、轴、紧固件和弹性元件、板材结构件、机匣等零部件在航空上长期使用。 1.1 GH4169 材料牌号 GH4169(GH169)
1.2 GH4169 相近牌号 Inconel 718(美 国),NC19FeNb(法国) 1.3 GH4169 材料的技术标准 1.4 GH4169 化学成分该合金的化学成分分为3类：标准成分、优质成分、高纯成分，见表1-1。优质成分的在标准成分的基础上降碳增铌，从而减少碳化铌的数量，减少疲劳源和增加强化相的数量，提高抗疲劳性能和材料强度。同时减少有害杂质和气体含量。高纯成分是在优质标准基础上降低硫和有害杂质的含量，提高材料纯度和综合性能。 核能应用的GH4169合金，需控制硼含量（其他元素成分不变），具体含量由供需双方协商确定。当ω（B）≤0.002%时，为与宇航工业用的GH4169合金加以区别，合金牌号为GH4169A。 表 1-1[1]%
3塑性变形的基本定律
3 塑性变形的基本定律 3.1 体积不变定律及应用 一、 体积不变定律内容 在压力加工过程中，只要金属的密度不发生变化，变形前后金属的体积就不会产生变化。若设变形前金属的体积为0V ，变形后的体积为1V ，则有： 0V =1V =常数 实际上，金属在塑性变形过程中，其体积总有一些变化，这是由于： （1）在轧制过程中，金属内部的缩孔、气泡和疏松被焊合，密度提高，因而改变了金属体积。这就是说除内部有大量存在气泡的沸腾钢锭（或有缩孔及疏松的镇静钢锭、连铸坯）的加工前期外，热加工时，金属的体积是不变的。 （2）在热轧过程中金属因温度变化而发生相变以及冷轧过程中金属组织结构被破坏，也会引起金属体积的变化，不过这种变化都极为微小。例如，冷加工时金属的比重约减少0.1～0.2％。不过这些在体积上引起的变化是微不足道的，况且经过再结晶退火后其比重仍然恢复到原有的数值。 二、 体积不变定律的应用 1、确定轧制后轧件的尺寸 设矩形坯料的高、宽、长分别为L B H 、、，轧制以后的轧件的高、宽、长分别为l b h 、、（如图3-1所示），根据体积不变条件，则 HBL V =1 hbl V =2 即 hbl HBL = 在生产中，—般坯料的尺寸均是已知的，如果轧制以后轧件的高度和宽度也已知时，则轧件轧制后的长度是可求的，即 图3-1 矩形断面工件加工前后的尺寸
hb HBL l = 例题1：轧50×5角钢，原料为连铸方坯，其尺寸为120×120×3000mm ，已知50×5角钢每米理论重3.77kg ，密度为7.85t/m 3，计算轧后长度l 为多少? 解： 坯料体积 V 0=120×120×3000=4.32×107mm 3 50×5角钢每米体积为 3.77/（7.85×103÷109）=480×103mm 3 由体积不变定律可得 4.32×107=480×103×l 轧后长度 l ≈90m 2、根据产品的断面面积和定尺长度，选择合理的坯料尺寸。例题2：某轨梁轧机上轧制50Kg/m 重轨，其理论横截面积为6580mm 2，孔型设计时选定的钢坯断面尺寸为325×280mm 2，要求一根钢坯轧成三根定尺为25m 长的重轨，计算合理的钢坯长度应为多少？ 根据生产实践经验，选择加热时的烧损率为2％，轧制后切头、切尾及重轨加工余量共长 1.9m ，根据标准选定由于钢坯断面的圆角损失的体积为2％。由此可得轧后轧件长度应为 =l （3×25+1.9）×103=76900mm 由体积不变定律可得 325×280L （1－2％）（1－2％）=76900×6580 由此可得钢坯长度 L = mm 567398 .02803256580769002=??? 故选择钢坯长度为5.7m 。 3、在连轧生产中，为了保证每架轧机之间不产生堆钢和拉钢，则必须使单位时间内金属从每架轧机间流过的体积保持相等，即 n n v F v F v F ===ΛΛ2211 式中 n F F F ΛΛ21、为每架轧机上轧件出口的断面积， n v v v ΛΛ21、为各架轧机上轧件的出口速度，它比轧辊的线速度稍大，但可看作近似相等。 如果轧制时n F F F ΛΛ21、为已知，只要知道其中某一架轧辊的速度（连轧时，成品机架的轧辊线速度是已知的），则其余的转数均可一一求出。 3.2 最小阻力定律及其应用
中南大学高温塑性变形习题
一、名词解释（20分）：5小题 恒载荷蠕变：变形过程中外载荷，即试验机上的作用力保持不变的蠕变。 恒应力蠕变：变形过程中作用在材料上的应力保持不变的蠕变。 恒应变速率变形：变形过程中应变速率保持不变，ε是常数。 恒拉伸速度变形：变形过程中拉伸机的移动速度保持不变，dl/dt 是常数。 变形速度激活能： Q 的量纲为能量，控制材料的高温塑性变形过程，称为变形速度激活能。 时效成形：时效成形是将零件成形和人工时效处理相结合的新型钣金成形工艺.它能够改善合金的微观组织,提高材料强度,降低残余内应力水平,增强耐应力腐蚀能力,延长零件使用寿命。 应变硬化：材料经塑性变形后，随着应变增加，继续变形所需应力增加的现象。 应变速率硬化：材料经塑性变形时，流动应力随应变速率增加而增加的现象。 幂律蠕变：凡是应力与应变速度满足如下公式的蠕变。 ω σεσlog log ||log log .1??=??== Z n Z T n A 幂律失效：幂律蠕变中当应力升高到一定程度后，曲线?εl o g 与log σ的斜率开始增大偏离线性关系的现象。 表观激活能：若材料的变形过程由多个热激活过程控制，则由试验直接得到的激活能称为表观激活能。包含了弹性模量随温度的变化。 真实激活能：若控制材料变形过程的多个激活能差异很大，实际上其作用的激活能称为真实激活能。其值等于自扩散激活能。 自扩散激活能：反应材料自扩散的难易程度的物理量。 内应力：物体由于外因而变形时，内部各部分之间产生相互作用的内力，单位面积上的力称为内力，所谓内应力，是指当外部荷载去掉以后，仍残存在物体内部的应力。 长程内应力：长程内应力是晶体中所有位错的弹性应力场叠加的结果，应力场与1/r 成正比，因此长程内应力是以相当大的波长在晶体空间波动。 短程内应力：位错与晶体中短程的局部障碍（如林位错、固溶原子等）相互作用而产生的阻碍位错运动的力。 有效应力：外应力与内应力最大值的差值，表示实际作用与位错运动的应力。
基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究
基于CPFEM的TA15钛合金高温塑性变形研究晶体塑性理论将晶体塑性变形的物理机制及变形几何学与单晶或多晶的弹塑性本构方程相结合，从介观尺度（即晶粒尺度）上解释材料的各种塑性变形行为。将晶体塑性理论与有限元方法相结合的方法称为晶体塑性有限元方法（Crystal Plastic Finite Element Method，CPFEM），该方法从材料变形的物理机制出发，可以较为准确的反映材料的微观特性。 目前晶体塑性有限元模拟已成为力学界和材料界的研究热点。钛与钛合金是一种重要的结构材料，以其优异的性能广泛应用在航空航天等领域。 钛有两种同素异构晶型：密排六方(HCP)点阵的α-Ti相和体心立方(BCC)点阵的β-Ti相，由于晶格类型不同，其变形机制差别较大。文中综合采用了有限元方法、晶体塑性理论、元胞自动机等现代科学技术方法。 从介观尺度出发，根据合金微观晶格结构的不同，研究新型近α型钛合金—TA15钛合金的高温塑性变形，研究在相变点温度以上及以下的TA15钛合金高温的高温塑性变形行为。文中采用元胞自动机方法得到了相变点上的TA15钛合金的初始晶粒形貌。 建立了适用于变形温度在相变点以上的TA15合金的高温塑性变形的晶体塑性有限元模型。模拟结果表明多晶体在塑性变形的过程中，晶粒与晶粒之间以及晶粒内部的应力分布存在着明显的差异，晶粒内部与晶粒外部的塑性变形非常不均匀。 通过对滑移系上的剪应变进行分析表明由于各晶粒的取向不同和晶粒间的取向差的差异，不同晶粒的滑移系开动情况差别很大；在同一晶粒内部，由于需要协调相邻晶粒的应变情况，因此滑移系开动的程度也不完全相同。建立了适用
TA15钛合金高温变形行为研究
TA15钛合金高温变形行为研究 TA15钛合金的名义成分为Ti-6.5Al-2Zr-1Mo-1V，属于高Al当量的近α型钛合金。该合金既具有α型钛合金良好的热强性和可焊性，又具有接近于α+β型钛合金的工艺塑性，是一种综合性能优良的钛合金，被广泛用于制造高性能飞机的重要构件。对金属热态加工过程进行数值模拟，需要确定材料对热力参数的动态响应特征，即材料的流动应力与热力参数之间的本构关系，这对锻造工艺的合理制定，锻件组织的控制以及成型设备吨位的确定具有科学和实际的指导意义。 中国船舶重工集团公司725所的科研人员以TA15合金的热模拟压缩试验为基础，研究了变形工艺参数对TA15合金高温变形时流动应力的影响，这些研究对制定合理的TA15合金锻造热加工工艺，有效控制产品的性能、提高产品质量提供了借鉴。 热模拟压缩试验所用材料为轧制态Φ55mmTA15合金棒材，相变点为995±5℃，将该棒料切割加工成Φ8mm×12mm的小棒料进行试验。研究结果表明：（1）TA15合金在高温变形过程中，流动应力首先随应变的增大而增加，达到峰值后再下降，最后趋于稳定值。同一应变速率下，随着变形温度的升高，合金的流动应力降低；同一变形温度下，随着应变速率的减小，合金的流动应力减小。（2）TA15合金属于热敏感型和应变速率敏感型材料。应变速率较小时，变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较小；应变速率较大时，变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较大。变形温度较低时，应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较大；变形温度较高时，应变速率对稳态应力和峰值应力的影响较小。（3）建立了TA15合金高温变形时的流动应力本构方程，经显著性检验和相关系数检验，证明所建立的方程具有较好的曲线拟合特性，方程的计算值与实验数据吻合较好。
超塑性在钛合金压力加工的应用
超塑性在钛合金压力加工的应用 班级：成型1104 姓名：王凯学号：20110408 钛合金由于具有比强度高、耐热、耐腐蚀等优良性能，在航空航天、化工、船舶、医疗等部门得到广泛的应用，但其切削加工性能差，特别是制成像飞机结构件那样形状复杂的零件，成品率很低。近年发展起来的超塑成形技术，改善了钛合金难以成形的状况，因而充分发挥了钛合金的优势。超塑性钛合金正以它们优异的变形性能和材质均匀等特点，在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用。 所谓超塑性是指材料在一定的内部（组织）条件（如晶粒形状及尺寸、相变等）和外部（环境）条件下（如温度、应变速率等），呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能的现象。根据金属材料的结构和变形条件（温度、应力），可将超塑性合金大致划分为3大类。第一类是微晶超塑性合金。这种合金产生超塑性的条件是：变形温度要高（大约是熔点绝对温度的0.4倍～0.7倍）；变形速度要低（应变速率ε?在10－4s-1～10－1s-1之间）；材料的晶体结构应为微细晶粒（晶粒尺寸在0.5μm～5μm之间）。一般所指超塑性多属这类超塑性，其特点是材料具有微细的等轴晶粒组织。第二类是相变超塑性合金，亦称转变超塑性或变态超塑性。这类超塑性，并不要求材料有超细晶粒，而是在一定的温度和负荷条件下，经过多次的循环相变或同素异形转变获得大延伸。第三类超塑性（或其它超塑性）：在消除应力退火过程中在应力作用下可以得到超塑性。 由于钛合金在超塑状态具有异常高的塑性，极小的流动应力，极大的活性及扩散能力，可以在很多领域中应用，包括压力加工、热处理、焊接、铸造、甚至切削加工等方面。本文只涉及超塑性在压力加工方面的应用和相变超塑性在焊接方面的应用。 1.超塑性在压力加工方面的应用 金属超塑性压力加工技术系指某些合金经特殊处理得到微细组织状态后，在一定温度和一定变形速度下变形获得异常高的可塑性能的技术。它属于粘性和不完全粘性加工。超塑性合金的变形抗力非常小，通常只有一般金属的几分之一，甚至几十分之一，因此大大减小了成形压力。利用这一特点可以一次直接成形各种形状复杂、变形量很大、薄壁等用其它方法难以成形的零件，并且可以大大缩短工艺过程、节约能源。超塑性成形的方式有气压成形、液压成形、挤压成形、锻造成形、拉延成形、无模成形等多种方式。其优点是流动性好，填充性好，需要设备功率吨位小，材料利用率高，成形件表面精度质量高。相应的困难是需要一定的成形温度和持续时间，对设备、模具润滑、材料保护等都有一定的特殊要求。 近几十年来，金属超塑性加工（如等温锻造）已在工业生产领域中获得了较为广泛的应用。等温锻造由于加工工序少、能获得近净形形状以及有效控制组织结构等优点而日益成为航空航天等领域钛合金零部件制备的优选工艺。美国在20世纪70年代就已把等温锻造工艺应用于航天飞机发动机涡轮盘的生产。20世纪80年代初，国内也开始了超塑等温锻造工艺的研究，但多为小型锻件[1]。 1.1 超塑性钛合金的应用 钛合金原本是一种很难变形的合金，它在常温下的最大延伸率只有30％左右。过去，在利用钛合金加工形状复杂的零件时，往往采用“蠕变加工法”，其变形过程需要1h以上。改用“超塑性成型”，制造任何形状复杂的钛合金零件一般都不会超过8min，生产效率明显提高。目前 SPF 部件大多由 Ti6Al4V 合金板制备，成型温度900℃左右[2]。900℃～950℃下，成形压力约1.75MPa 时，可成功地超塑成形出Ti6Al4V 环形气瓶[3]， 另外还可超塑成形制备形状复杂的空心近净型件，如多层蜂窝结构[4]。TC11压气机盘的超塑
3104铝合金高温塑性变形本构关系研究
"黄光杰!男"3)4(年生"博士"副教授"主要从事铝合金#镁合金微观组织及加工工艺的研究"!"#!$%&’4*3%[&$3",’-./#!6N E >f !34&567- [X V Y 铝合金高温塑性变形本构关系研究 黄光杰3!朱清洋3!黄本多% !3"重庆大学材料科学与工程学院"重庆($$$(*#%"成都电子机械高等专科学校"成都43$$&3 $""摘要""在^ #""R "’3*$$热模拟机上!采用高温等温压缩试验研究了&3$(铝合金在高温压缩变形中的塑性变形本构关系"结果表明!应变速率和变形温度的变化强烈影响合金流变应力的大小!流变应力随变形温度升高而降 低!随应变速率提高而增大#可用含W "="H ’‘7##7-7=参数的本构方程(S $3%4 &g #=’$W %A &3%=T ($W %A &%%=T 3)3%% *来描述&3$(铝合金高温压缩变形时的流变应力行为!解得AS %$%+*(*)*53F U 3+=S &5($(4+4 S $5$&++4Z 9.U 3 "关键词""&3$(铝合金"塑性变形"本构关系 G -7-&+%1()F ()7’$’.’$@-G -#&’$()71$"(*[X V Y!#.B $).B !##(4A .+$)=6 #&7’$%A -*(+B &’$()$)I $=1>-B " -+&’.+-‘;A Q ^^O .=>f /"3"W ‘;_/=>I .=>3" ‘;A Q ^8"=C O 7% !3"D 7##">"72Z .G "H /.#FK 6/"=6".=C,=>/=""H /=>"D E 7=>N /=>;=/J "H F /G I "D E 7=>N /=>( $$$(*#%"D E "=>C O,#"6G H 7-"6E .=/6.#D 7##">""D E "=> C O43$$&3$!87’+&%’""!E "67=F G /G O G /J "H "#.G /7=F E /M 72&3$(.#O -/=O -.##7I C O H /=>67-M H "F F /7=C "27H -.G /7=/=E /> E G "-’M "H .G O H "/ F F G O C /"CR I /F 7G E " H -.#67-M H "F F /7=G "F G .G^#""R #"’3*$$G E "H -.#’-"6E .=/6.#F /-O #.G 7H 5!E "H "F O #G F F E 71G E .G G E "2#71F G H "F F /F 67=G H 7##"CR I R 7G E F G H ./=H .G ".=CC "27H -/=>G "-M "H .G O H ""G E "2#71F G H "F F C "6H ".F "F1/G E G E "/=6H ".F "72C "27H -/=>G "-M "H .G O H ""1E /#"/6H ".F "F1/G EG E "/=6H ".F "72F G H ./=H .G "5!E "2#71F G H "F F72&3$(.##7I C O H /=>E /> E G "-M "H .G O H "C "27H -.G /7=6.=R "H "M H " F "= G "CR I .67=F G /G O G /J ""N O .G /7=!(S !3%4$g #=&!W %A $3%=T ’!W %A $%%=T3(3%% )$G E .G /=6#O C "F W "="H ’‘7##7-7=M .H .-"G "H 5!E "6.#6O #.G "C H "F O #G F.H "*A S %$%+*(*)*53F U 3 "=S &5($(4"4S $i $&++4Z 9.U 3 5 9-4/(+37""&3$(.#O -/=O -.##7I "M #.F G /6C "27H -.G /7="67=F G /G O G /J "H "#.G /7=F E /M " !"前言 &3$(‘3)铝合金属于A #’Z >’Z =系热处理不可强化合金"通过加工过程得到强化"具有很好的加工性能+焊接性能和抗腐蚀性能"是易拉罐罐体的主要材料,流变应力是表征金属与合金塑性成形性能的一个最基本量"它受变形温度+变形量+应变速率和合金化学成分的影响,金属在塑性加工时流变应力大小不但是衡量材料塑性加工能力的重要标志"也是设备选择的依据以及模具与有关装置设计的基本前提,本文在^#""R #"’3*$$热模拟机上"采用高温压缩试验对&3$(铝合金流变应力进行了系统的研究"分析了其高温变形时流变应力的变化规律"求解了其本构方程"为改善热加工工艺+进一步提高产品质量提供了理论和实践依据, ""实验条件及方法 实验采用&3$(铝合金铸锭"其化学成分!质量分数$为*Z =35$&\+Z >35%*\+b "$i (&\+K /$5%&\+D O $i %3\+Q /($i $*\+W =($i %$\+!/($i 3$\"余量为A #,热模拟压缩实验前已对铸锭进行过均匀化处理,压缩试样为)3$--g 3%-- 的圆柱体,在^#""R #"’3*$$热模拟机上进行压缩实验,压缩过程中"在圆柱试样两端涂抹[*\石墨T %$\机油T *\硝酸三甲苯脂"并在设备液压轴端部贴金属钽片"以减小摩擦对应力状态的影响,试样压缩温度分别为&$$Y +&*$Y +($$Y +(*$Y + *$$Y #应变速率分别为$i $$3F U 3+$i $3F U 3+$i 3F U 3+35$F U 3 #相应于应变速率的数据取样频率分别为%‘a +%$‘a +%$$‘a +%$$$‘a #总压缩量为$i 4#通电后利用金属试样自身电阻进行加热"加热速度为3Y %F "压缩变形前试样均保温3$F ,#"实验结果 &3$(铝合金高温压缩变形的真应力’真应变曲线如图3!.$"! C $所示,合金在一定的变形温度和应变速率条件下"真应力随着真应变的增大"刚开始快速升高"随后增大的速率降低"当真应变超过一定值时" 真应力(基本上不再随真应变/的增加而增大"即合金出现稳态流变特征,这是因为随着塑性变形迅速增长"试样截面积也随之增大"增大的面积能承受更大的负 荷’ 3(,实验测得的不同条件的峰值应力见表3, -$4(-材料导报""""% $$4年33月第%$卷专辑’万方数据
文献翻译-钛合金相变超塑性连接技术研究
外文资料翻译 Transformation Super plasticity of Titanium Alloy Technology Research Connection The outstanding characteristic of titanium is its high specific strength and excellent corrosion resistance, while at the same time has good heat resistance and low temperature performance, and practical application of a wide range. As long as the materials properly, not only can greatly increase the effectiveness of equipment, but also can bring significant economic benefits. In regard to corrosion resistance, titanium alloys in oxidizing and neutral media is extremely stable, the corrosion rate in sea water is far below the stainless steel, compared with platinum, it is suitable for the petroleum, chemical, electric power, metallurgy, agricultural chemicals, paper-making, shipbuilding, food and medical applications and health departments. Due to the characteristics of titanium alloy with the above, it is particularly suitable for aircraft and spacecraft materials design is required. Aviation Industry Development and Application of titanium alloys is the first sector. The beginning of the fifties, the United States succeeded in the use of a titanium aircraft, although at the time of each aircraft being used for only 1% the weight of the structure of titanium, but titanium has opened up applications in the aviation industry in the broad road. Now, the titanium in the world has been widely used, small screws, nuts, such as connectors, up to the fuselage frame, every other frame, such as structural parts, and even more than 6 meters long, weighing two tons of the main support beam of the landing gear. For high-speed fighters, as a result of high-speed and high maneuverability, the aircraft structure as far as possible the requirements of light, heat capacity at the same time; practice has proved that titanium is the most appropriate material. Titanium is the world's recognized difficult-to-machine materials, but the
钛合金超塑性研究及应用现状
文章编号:100321545(2004)0620034205 钛合金超塑性研究及应用现状 李 梁,孙建科,孟祥军 (洛阳船舶材料研究所,河南 洛阳 471039) 摘 要:本文对钛合金超塑性研究和应用进行了综述,并对钛合金超塑性的发展方向进行了展望。关键词:钛合金;超塑性;超塑性成形;应用中图分类号:TG 146.23 文献标识码:B 收稿日期:2004203224 作者简介:李梁,男,1979年生,洛阳船舶材料研究所硕士研究生。 金属的超塑性是指材料在一定的内部条件 (如晶粒形状、尺寸和相变等)和外部条件(如温度、应变速率等)下,呈现出异常低的流变抗力及异常高的流变性能(例如百分之几百以上的伸长率)的现象。金属材料的这种物理现象最早见报道是在1920年[1]。 从20世纪60年代起,世界各国在超塑性材料、力学、机理和成形等方面进行了大量的研究,并初步形成了比较完整的理论体系。特别值得注意的是,近几十年来金属超塑性已在工业生产领域获得了较为广泛的应用。一些超塑性的Zn 合金、T i 合金、Al 合金、Cu 合金以及黑色金属等以其优异的变形性能和材质均匀等特点,在航空航天以及汽车的零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替代的作用[2,3]。本文着重对钛合金超塑性及应用情况作以综述。 1 钛合金超塑性的研究概况 钛合金由于比强度高、抗疲劳、耐腐蚀,能在 600℃左右温度下使用,在常温下化学稳定性良好,在航空、航天、化工等工业中的应用不断扩大。但是,钛合金的屈强比高,弹性模量低,在加工后易产生各向异性及回弹。因此,各国对钛合金超塑性进行了深入研究,包括机理、成形条件、模具、模具材料和加工方法等。 超塑性合金在拉伸时,呈现无缩颈的超塑性变形,应变硬化可忽略不计,其变形应力主要依赖 应变速率的变化,两者之间有下列关系: σ=K ??ε m 式中σ为流动应力;?ε为应变速率;K 为与材料成分、结构及试验温度有关的常数;m 为流动应力的应变速率敏感性指数。 对—般金属及合金,m ≤0.3;对超塑性材料,m >0.3,一般在0.3～0.8之间,某些情况下接近于1。即使是同一合金,m 也会由于温度、应变速率和晶粒不同而变化。 表1列出了国际上一些钛合金的温度、应变 速率、m 和伸长率δ等超塑性特性[4～6] 。由表1可以看出,超塑性特性最好的是α+β型钛合金,α型和β型钛合金稍差。因为α+β型钛合金为两相合金,晶粒本来就细小,在超塑性加工过程中两相相互制约,晶粒难以长大,细晶粒能长时间保持下来,利于超塑性变形。相反,α型和β型钛合金的晶粒不能细化,且α型钛合金中不存在有助于 提高超塑性的β相。 β型钛合金中,由于不存在α相,β相晶粒可迅速长大。 赵林若[7]提出了α+β两相钛合金的超塑性流变微观机制。认为:(1)流变性好的β相以扩散蠕变(低?ε)和位错蠕变(高?ε)为主,其中β/β晶界过程相对并不重要,蠕变结果将改变晶粒的形态; (2)α相变形以α/α晶界滑动为主,并通常由扩散和位错运动共同协调,参与协调的滑移系统与变形条件有关,晶界滑动变形使α晶粒保持着等轴形态;(3)α和β两相之间的流变协调主要由α/β相界的迁移完成,这一过程虽对宏观应变的直接
钛合金表面处理
钛合金表面处理 引言 钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、塑性、弹性降低，脆性增加。 钛的密度小，故钛液流动时惯性小，熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现，对铸件的质量影响很大。 因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要，由于钛的独特的理化性能，如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化等，这对钛的表面处理带来了很大的难度，采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。 铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面，减少食物及菌斑等的积聚和粘附，维持患者的正常的口腔微生态的平衡，同时也增加了义齿的美感；更重要的是通过这些表面处理和改性过程，改善铸件的表面性状和适合性，提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。 一、表面反应层的去除 表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素，在钛铸件研磨抛光前，必须达到完全去除表面污染层，才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。 1. 喷砂：钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在0.45Mpa以下。因为，喷射压力过大时, 砂粒冲击钛表面产生激烈火花，温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染，影响表面质量。时间为15~30秒，仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。 2. 酸洗：酸洗能够快速完全去除表面反应层，而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗，但 HF—HCl系酸洗液吸氢量较大，而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小，可控制HNO3的浓度减少吸氢，并可对表面进行光亮处理，一般HF的浓度在3%~5 %左右，HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。 二、铸造缺陷的处理 内部气孔和缩孔内部缺陷：可等热静压技术(hot isostatic pressing)去除, 但
金属塑性变形与断裂
金属塑性变形与断裂集团文件版本号：（M928-T898-M248-WU2669-I2896-DQ586-M1988）
金属材料塑性变形与断裂的关系 摘要：金属的断裂是指金属材料在变形超过其塑性极限而呈现完全分开的状态。材料受力时，原子相对位置发生了改变，当局部变形量超过一定限度时，原于间结合力遭受破坏，使其出现了裂纹，裂纹经过扩展而使金属断开。任何断裂都是由裂纹形成和裂纹扩展两个过程组成的，而裂纹形成则是塑性变形的结果。金属塑性的好坏表明了它抑制断裂能力的高低。 关键词：塑性变形解理断裂准解理断裂沿晶断裂冷脆疲劳应力腐蚀 氢脆高温断裂 一、解理断裂与塑变的关系 解理断裂在主应力作用下，材料由于原子键的破断而产生的沿着某一晶面的快速破断过程。解理断裂的的产生条件是位错滑移必须遇到阻力，且位错滑移聚集到一定程度。断裂面沿一定的晶面发生，这个平面叫做解理面。解理台阶是沿两个高度不同的平行解理面上扩展的解理裂纹相交时形成的。形成过程有两种方式：通过解理裂纹与螺型位错相交形成；通过二次解理或撕裂形成。 第一种，当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个台阶，裂纹继续向前扩展，与许多螺型位错相交便形成众多台阶，他们沿裂纹前端滑动而相互交汇，同号台阶相互汇合长大，异号台阶相互抵消，当汇合台阶足够大的时候便在电镜下观察为河流状花样。
第二种，二次解理是指在解理裂纹扩展的两个互相平行解理面间距较小时产生的，但若解理裂纹的上下两个面间距远大于一个原子间距时，两解理裂纹之间的金属会产生较大的塑性变形，结果由于塑性撕裂而形成台阶，称为撕裂棱晶界。舌状花样是由于解理裂纹沿孪晶界扩散留下的舌头状凹坑或凸台。 从宏观上看，解理断裂没有塑性变形，但从微观上看解理裂纹是以塑性变形为先导的，尽管变形量很小。解理断裂是塑性变形严重受阻，应力集中非常严重的一种断裂。 二、准解理断裂与塑变的关系 准解理断裂介于解理断裂和韧窝断裂之间，它是两种机制的混合。产生原因： （1）、从材料方面考虑，必为淬火加低温回火的组织，回火温度低，易产生此类断裂。 （2）、构件的工作温度与钢材的脆性转折温度基本相同。 （3）、构件的薄弱环节处处于平面应变状态。 （4）、材料的尺寸比较粗大。 （5）、回火马氏体组织的缺陷，如碳化物在回火时的定向析出。 准解理断裂往往开始是因为碳化物，析出物或者夹杂物在外力作用下产生裂纹，然后沿某一晶面解理扩展，之后以塑性变形方式撕裂，其断裂面上显现有较大的塑性变形，特征是断口上存在由于几个地方的小裂纹分别扩展相遇发生塑性撕裂而形成的撕裂岭。准解理断裂面不是一