中图分类号：TG146.2 南昌航空大学 硕士学佐论文 题目 Ti2041合金热变形行为及组织演 变规律研究 作者姓名 周璇 指导老师 王克鲁教授 学科专业 材料加工工程 2021年6月 万方数据 学校代码：10406 分类号：TG146.2 学号：1803080503013 南昌航空大学 硕士学位论文 （学位研究生） Ti2041 合金热变形行为及组织演变 规律研究 作 者：周璇 导 师：王克鲁 教授 申请学位级别：硕士 学 科、专业：材料加工工程 所在单位: 航空制造工程学院 答辩日期： 2021年6月 授予学位单位：南昌航空大学 万方数据 Study on Hot Deformation Behavior and Microstructure Evolution of Ti2041 alloy A Dissertation Submitted for the Degree of Master On Materials Processing Engineering by Xuan Zhou Under the Supervision of Prof. Ke-lu Wang College of Aeronautical Manufacturing Engineering Nanchang Hangkong University, Nanchang, China June, 2021 万方数据 摘要 β钛合金具有密度低、比强度高和良好的生物相容性，广泛应用于航空航天 和医疗器械等领域。本文采用Gleeble-3800型热模拟机、MJ41型光学显微镜和 最大高度压下率为60%条件下的热变形行为和组织演变规律；研究了不同的固溶 处理和时效处理工艺对Ti2041合金的组织及其硬度的变化规律。研究结果为该 合金的工艺参数优化及性能的改善等具有指导意义。 基于实验数据值，绘制出不同变形条件下Ti2041合金的流动应力曲线，结 果表明：该合金的流动应力受应变速率和变形温度影响显著，随应变速率降低或 变形温度升高，明显降低。同时，构建了Ti2041合金的两种本构模型（Arrhenius 应变补偿，BP人工神经网络)，综合考虑相关系数R值和平均相对误差E值 的计算结果，发现BP神经网络模型更适用于构建Ti2041合金的本构关系模型， 其R值为0.99613，E值为4.498%，15%以内的偏差值占98.03%，具有较好的 精度。 同时，研究了热加工参数(变形温度、应变速率、变形量以及保温时间)对 Ti2041合金组织和硬度的变化规律，结果表明：在应变速率较低时（0.001s， 0.01s-)，组织中发生动态再结晶(DRX)现象，以等轴晶形式存在，随着应变速率 增加(1s-)，晶粒发生严重变形，呈流线形分布，硬度值也随着应变速率的增加 而增大，最大值达到了322.6HV。随变形温度的升高，材料再结晶程度增大， 硬度值也逐渐增大，最大值达到了314.3HV。随着变形量的增加，组织中DRX 现象更明显，晶粒尺寸降低，其硬度值也增大。随着保温时间的增加，平均晶粒 尺寸由81um增至119um，硬度值也逐渐降低。 基于动态材料模型理论，构建了Ti2041合金的加工图。通过加工图的预测 分析与微观组织的验证，得出该合金较佳的热加工工艺范围：变形条件为760~ 825C/0.001~0.01sl、825~900C/0.0032~0.056s；失稳区域范围：变形条件为 650~675°C/0.018~1s-1、675~775°C/0.032~1s-1和825~900°C/0.056~1s-1。在稳定变 形区域，主要发生动态再结晶；在失稳区域，主要发生局部塑性流动和机械失稳。 最后，研究了Ti2041合金在不同的固溶处理和时效处理工艺下，其组织和 硬度的变化规律，结论如下：当固溶温度为700℃C时，随着保温时间的增加 (0.5~1.5h)，组织中初生α相含量增多，且晶粒尺寸也逐渐增大，硬度值从301.6 HV降至285.2HV。当固溶温度为750C时，组织中发生了静态再结晶现象，且 有次生α相析出，晶粒尺寸也随着保温时间的增加而逐渐增大，硬度值先增长后 降低，最大值为308.2HV。当固溶温度为800C时，晶粒内部出现α马氏体，形 1 万方数据 貌由等轴状变为板条状，硬度值随着保温时间的增加逐渐增大，最大值为331.4 HV。在不同的时效处理工艺下，组织中均出现了次生α相，随着时效温度的升 高(450~550C)，次生α相尺寸越小，形貌由条状转变为等轴状，硬度值逐渐增 大，最大值为451.8HV，主要发生了第二相弥散强化。时效处理后冷却方式的 不同对Ti2041合金组织影响较小，主要区别在于α相形貌上的不同。 关键词：Ti2041钛合金，热变形行为，加工图，热处理，硬度 南昌航空大学 万方数据 貌由等轴状变为板条状，硬度值随着保温时间的增加逐渐增大，最大值为331.4 HV。在不同的时效处理工艺下，组织中均出现了次生α相，随着时效温度的升 高(450~550C)，次生α相尺寸越小，形貌由条状转变为等轴状，硬度值逐渐增 大，最大值为451.8HV，主要发生了第二相弥散强化。时效处理后冷却方式的 不同对Ti2041合金组织影响较小，主要区别在于α相形貌上的不同。 关键词：Ti2041钛合金，热变形行为，加工图，热处理，硬度 南昌航空大学 万方数据 貌由等轴状变为板条状，硬度值随着保温时间的增加逐渐增大，最大值为331.4 HV。在不同的时效处理工艺下，组织中均出现了次生α相，随着时效温度的升 高(450~550C)，次生α相尺寸越小，形貌由条状转变为等轴状，硬度值逐渐增 大，最大值为451.8HV，主要发生了第二相弥散强化。时效处理后冷却方式的 不同对Ti2041合金组织影响较小，主要区别在于α相形貌上的不同。 关键词：Ti2041钛合金，热变形行为，加工图，热处理，硬度 南昌航空大学 万方数据