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本文研究了TC21钛合金在不同热处理温度和不同热压缩变形条件下,微观组织的演变行为,并对TC21钛合金的形变热处理工艺进行优化。研究TC21钛合金的高温变形行为,分析了该合金的流变应力变化特点和热变形参数对流变应力的影响规律,建立了该合金的本构方程。采用OM、TEM及EBSD取向分析方法,对微观组织进行了深入分析,揭示了变形温度、应变速率对流变应力的影响规律,并建立了加工图。本论文通过设计实验,分别研究热处理温度和高温形变对TC21相变及微观组织,包括对形成块状α相的影响规律,经观察分析得到以下结论:
热处理温度对TC21钛合金微观组织的影响显著,在880℃、900℃观察到了块状α相,在930℃、950℃没有观察到块状α相,代之以条状α相。EBSD取向分析表明,块状α相与其临近β相之间满足:Burgers取向关系。显微硬度在900℃达最小值,温度高于900℃时,显微硬度值增加。
高温形变行为研究表明,流变应力随变形温度降低及应变速率增大而升高;应变速率大于1s-1时,流变应力在经历了加工硬化达到峰值后,逐渐出现软化现象,而应变速率小于等于1s-1时,呈现稳态流动。在本实验条件下,用Zener-Hollomon参数的指数形式能较好的描述TC21钛合金高温变形时的流变应力行为,预测误差小于15％。
在热变形过程中,应变速率是影响合金微观组织变化的一个关键因素。在较低应变速率下观察到再结晶现象,在较高的应变速率下(1～10s-1),没有观察到动态再结晶现象。加工图上没有出现明显的失稳区,出现两个峰区:880℃～900℃,1～10s-1和925℃～950℃,10-0.5～10s-1。EBSD取向分析结果表明,热压缩后,无论是α相还是β相,取向在保持一定集中取向的同时,与热压缩前相比取向变得非常分散。合金在热变形之后,都没有观察到块状α相组织,因此高温形变有利于改善TC21钛合金的冲击韧性及疲劳性能。