TC11钛合金热变形特性及成形工艺研究

• 作 者: 关国辉
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: TC11钛合金 热态压缩 本构方程 热加工图 数值模拟

本文以航空航天工业广泛应用的TC11钛合金为研究对象，采用Gleeble-1500D热模拟试验机，在变形温度为960~1050℃，应变速率为0.01~10s-1范围内对TC11钛合金进行等温恒应变速率压缩实验。根据实验数据，建立了TC11钛合金的本构方程和热加工图，并结合对压缩试样的组织分析，初步优化了TC11钛合金的变形工艺。在此基础上对TC11钛合金的热挤压过程进行了数值模拟分析，获得了温度场和速度场对材料所受应力的影响规律，从而得到优化后的变形工艺，并利用该工艺对TC11钛合金进行了锻造，对锻造后的工件进行了组织和性能分析。结果表明，TC11钛合金的流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小，其应力-应变曲线呈先硬化后软化的基本规律。利用真应力-真应变曲线数据在Arrhenius型双曲正弦方程的基础上建立了适用于TC11钛合金热变形的本构方程，并将不同变形条件下的流变应力与实验值进行了比较，经误差分析发现所建立的本构方程能够客观地反应TC11钛合金的动态特性。综合热加工图和变形后不同区域的金相、扫描电镜显微组织，确定TC11钛合金热加工图中的失稳区域和稳定区域。变形温度为990~1020℃，应变速率为10s-1范围为失稳区，失稳区易出现绝热剪切带和局部流变失稳现象。变形温度为960~990℃，1020~1050℃，应变速率均为0.01~1.0-1范围为稳定区。数值模拟结果表明，应变速率越大，材料所受的应力越不均匀，易造成失稳或者开裂；变形温度越高，材料所受应力越均匀。综合TC11钛合金的热加工图及数值模拟分析，优化的最佳热加工工艺参数为变形温度1020℃，应变速率为1.0s-1。经过锻造实验验证，此工艺得到的锻件具有良好性能。