TB6钛合金开题报告.doc

贵州大学本科毕业论文开题报告 题目：TB6钛合金等温锻成形锻件组织分布规律研究院（系）：材料与冶金学院专业： 材料物理101班姓名： 赖伟学号： 1008020168指导老师： 赵飞二一四年四月十六日星期三6贵州大学本科生毕业论文（设计）开题报告表论文(设计)名称TB6钛合金等温锻成型锻件组织分布规律论文（设计）来源教师科研论文（设计）类型理论研究论文指导教师赵飞学生姓名赖炜学号1008020168班级材物101 一、研究或设计的目的和意义：本课题研究内容是TB6钛合金等温锻成形锻件组织分布规律研究，主要在金相显微镜下观察在一定温度等温锻造过后成型的TB6钛合金锻件各个部位的组织分布情况、晶粒变形情况，从而研究等温锻造工艺对其组织的影响。这对指导钛合金复杂部件的生产有指导意义。二、研究或设计的国内外现状和发展趋势：为了保证钛合金锻件在室温和高温下均具有良好的综合性能，合金、(十)两相合金通常都是在低于转变温度以下温度范围内以中等应变速率锻造的。这种方法是一种传统的锻造方式，常称作(十)两相锻造或常规锻造。但是，由于锻造温度低、变形抗力大，难以锻出形状复杂、尺寸精确度高的锻件，也造成所需设备吨位大、材料利用率低、机械加工量大等问题。为了解决上述问题，出现了锻造、近锻造和等温模锻等成形工艺方法1。等温锻造是指自始至终模具与工件保持相同的温度，以低应变速率进行变形的一种锻造方法。为防止锻件和模具的氧化，常在真空或惰性气体保护的条件下进行2。等温锻造是近几年发展起来的一种先进的锻造技术。等温锻造是在坯料温度和锻模温度基本一致的情况下进行的。在等温成形条件下，锻件以较低的应变速率进行变形，变形材料能够充分动态再结晶，从而可大部分或全部克服加工硬化的影响。并不是在任何温度进行等温锻造都可以的，从邱伟、鲁世强3等人做的实验可知，锻态TB6钛合金在较低变形温度时(800950)，晶粒尺寸虽然得到了细化，但是再结晶体积分数较小，最大也只有465% ，这使得晶粒大小和组织结构呈现不均匀性。在较高的变形温度时(9501150)，温度升高促进了动态再结晶的形核和再结晶晶粒的长大，组织均匀性相应得到改善，但变形温度超过1050时，虽然动态再结晶较为充分，原始 晶粒和动态再结晶晶粒却都过分长大，合金组织粗化严重，应避免在此温度范围的热加工。 等温锻造有以下特征：1) 在整个锻造过程中，锻模与锻件始终保持在同一加工温度；2) 锻造速度很慢，应变速率很小；3) 为防止氧化，锻模与锻件有时置于真空或惰性气体环境里。与常规锻造相比，等温锻造的优点有：4,51) 等温锻造可密切控制锻件尺寸，能够锻出形状复杂、精度高的锻件，常规锻造更符合实际需要，节省了原料，大大减少了机加工，降低了成本；2) 锻造载荷较小，设备吨位大大减小，使锻造高温合金成为可能；3) 一步等温锻造工序可代替三步四步常规锻造工序，减少了锻造作业量，提高了效率；4) 能够实现单道次大变形工艺，从而获得更精细的组织结构；5) 锻件污损层为0.058 mm，而常规锻造的污损层为0.254 mm；6) 等温锻造可密切控制加工参数，产品具有均匀一致的微观组织，较少出现粗大晶粒，能够获得20%30%球状相，故其机械性能与常规锻造相当或优于常规锻造的；7) 由于锻造温度较高，使坯料易于充满模具型腔，降低了模具磨损程度；8) 等温锻件一般无残余应力；9) 由于消除了模具冷却效应，使得在等温锻造温度下工件的变形特性更接近于材料的真塑性变形特性。等温锻造温度一般在800-1150之间，应变速率和变形温度对合金的组织具有明显的影响，动态再结晶晶粒尺寸随应变速率降低和变形温度的升高而增大。合金在较高应变速率变形时，由于塑性变形较快，合金内部具有较高的存储能，使得变形组织中的动态再结晶形核数量较多且形核速度较快，由于没有充分的时间实现晶界的迁移，导致动态再结晶晶粒细小；而合金在低应变速率变形时，晶粒内部位错有足够的时间通过运动而实现重组，从而有利于动态再结晶形核和长大。同时随着变形温度的升高，晶界迁移能力增强，合金中原子热振动及扩散速率加剧，位错的滑移、攀移及交滑移比低温时容易，有利于动态再结晶形核和长大。合金在温度800、应变速率1每秒时，粗大的原始晶粒沿与压缩轴线接近垂直的方向被压扁拉长，晶界发生扭曲变形甚至破碎。由于相邻晶粒间的位向差较大，原子排列较为混乱，合金在低温高速下变形，位错不容易穿过晶界进行运动，晶界为了协同变形进行迁移，因而发生了晶界扭曲，晶界处的位错密度由于快速变形而急剧增大会产生较大的应力集中，从而进一步导致晶界的破碎。同时，在三叉晶界处可观察到极少量的细小的动态再结晶晶粒。由于三叉晶界在变形过程中承受了更大的变形，因而拥有较高畸变能，从而促进了动态再结晶形核的发生6。在变形温度800、应变速率001每秒 时，原始晶粒沿压应力垂直的方向被拉长且晶界扭曲严重，沿变形晶粒晶界区域出现大量均匀细小的动态再结晶晶粒。在应变速率1每秒 、变形温度900时，粗大的晶粒沿垂直于压缩轴线方向被压扁拉长，变形晶粒尺寸较温度800变形条件下的晶粒尺寸有所增大，除了在三叉晶界处有动态再结晶的发生外，同时可以观察到部分变形拉长的原始晶粒晶界有大量较为细小的等轴动态再结晶晶粒形成，称之为“项链状”再结晶组织，在晶粒内部没有观察到动态再结晶发生。这种“项链状”再结晶组织与动态再结晶优先在应变较大的晶界处，以及动态回复在驱动力较小的晶内起作用有关，这种组织容易造成晶粒大小和结构的不均匀7。在变形速率001每秒、变形温度900 时，变形晶粒晶界处的动态再结晶晶粒明显长大，并且向原始晶粒内部生长，动态再结晶体积分数有所增加，随着动态再结晶晶粒的长大，新生晶粒的数量有所下降。在应变速率为1每秒、变形温度1000和1100时，晶界处的动态再结晶晶粒尺寸有所增大， 变形晶粒也发生了明显的长大，晶粒尺寸极不均匀。合金在变形速率001s-1、变形温度1000时，动态再结晶比较充分，且晶粒大小较为均匀；在变形温度1100时，虽然此时也发生了比较充分的动态再结晶，但是晶粒太过于动态长大，不利于合金的加工性能和力学性能。TB6钛合金属于近型的钛合金,名义成分为Ti-10V-2Fe-3Al，因为其有高的比强度，极好的断裂韧性，好的蠕变和优良的抗腐蚀性能，已被广泛应用到航空航天、生物医学等领域8。TB6钛合金是在美国Ti-1023钛合金的基础上经国产化的一种近型钛合金，该合金具有高强度、高断裂韧性、深淬透性、锻造温度低和抗应力腐蚀能力强等特点，主要用于制造飞机结构材料，如横梁、接头、滑轨、隔框和起落架等零部件。该合金具有低的相变点、低的锻造温度和低的流动应力，尤其适合于进行等温锻造9。TB6 钛合金于美国波音公司生产的飞机，如波音 737 飞机的发动机短舱接头和机翼、波音 757 飞机的转轴轴承壳体和辅助襟翼滑架、最新一代研发波音 777 客机的起落架结构件、 在军事上的B-1B 超音速战略轰炸机上的大量结构件上等都被广泛的应用。同时，在欧洲生产的飞行器上，TB6 钛合金也有非常广泛的应用，如幻影 2000 战斗机的接头锻件和 A320 的外挂支承梁等。随着TB6相关技术的不断更新、发展和成熟，国外已有多个直升飞机生产厂家(如Eurocopter、Sikorsky 以及Westland.)正在对 TB6 钛合金的微观组织及相关性能进行更深入的研究，其中 Westland 公司更是试图将该合金应用于 Lynx 直升飞机的半刚性转子头部件10。当初这种直升飞机在设计的时候，其起飞重量为 3860Kg，但使用铸锭和锻造坯料工艺最佳化的退火态 Ti-6A1-4V钛合金，该直升飞机的起飞重量可提升到 4880Kg。如果要让这种直升飞机的起飞重量进一步提升至 5885 Kg，仅仅使用退火的 Ti-6A1-4V 钛合金无法是满足这一要求的，为了解决这一问题，解决方法之一就是采用一种新型的材料以取代 Ti-6A1-4V钛合金，当下可供选择的结构材料只有 IMI550 合金和 TB6 钛合金。但两者相比较，TB6 钛合金相对具有更高的高周疲劳寿命，更佳的强度和较低的刚性，因此，TB6钛合金很可能被采用以取代 Ti-6A1-4V 钛合金，以制造更高起飞重量的 Lynx 直升飞机转子头构件。同时目前 Sikoorsky 和 Eurocopter 等公司也正在深入研究利用 TB6钛合金以制造类似的飞机结构件11。最近我国也有许多研究人员对TB6钛合金的热加工性及其组织控制等方面展开了研究。黄旭，鲍如强12等人研究了热模锻工艺对TB6钛合金显微组织及其性能的影响，结果表明：在不同的应变量条件下，热模锻坯料不同的变形温度对拉伸强度的影响也不相同13。西北工业大学的赵雪盈、郭海镇、姚泽坤等人则分别在TB6钛合金的+两相区以及单相区对TB6钛合金进行了恒应变速率等温超塑性压缩试验14。该研究结果表明：TB6钛合金的相变温度(800左右)及锻造温度均较低，因此该合金非常适合于采用超塑性等温模锻的方法来制造复杂锻件15。参考文献：1 Y.-M.Guo，K.Nakanishi，Y.Yokouchi. A hot forging simulation by the volumetrically slastic and deviatorucally rigid-plastic finite-element method. Journal of Materials Processing Technology 89-90 (1999) 111-116.2 曲银化,孙建科,孟祥军.钛合金等温锻造技术研究进展.钛工业进展.2006.23(1):6-93 邱伟，鲁世强. 锻态TB6钛合金热变形行为及组织演变J 塑性工程学报.2010 4 王芝英,邵仁兴.锻压技术J,1997,22(1):125 张立建,劳金海等.上海钢研J,1995,(2):186 Miura H，Sakai T，Ham H，et a1Preferential nucleation of dynamic rerystallization at triple juncbionsJScripta Materialia，200450：65-697 李鑫TC11钛合金的热态变形行为及其锻造工艺优化研究D南京：南京航空航天大学，20088 高敬，姚丽国内外钛合金研究发展动态J世界有色金属，2001(2)：4-79 王金友，葛志明，周彦邦航空用钛合金M上海：上海科学技术出版社，198510 邱伟, 鲁世强, 欧阳德来, 黄旭, 雷力明.铸态TB6钛合金相区热变形行为的研究J.锻压技术，2010,35（6）:119-12311 程 虎.3104 铝合金热变形行为研究D.重庆：重庆大学：2006:1-5212 鲍如强，黄旭，黄利军等Ti一10V-2Fe-3A1合金热变形的研究EJ材料工程，2003(12)：3-713 O. Sivakesavam, Y.V.R.K. Prasad. Characteristics of superplasticity domain in the processing map forhot working of as-cast Mg 11.5Li 1.5Al alloyJ.Materials Science and Engineering.2002,(323):270-27714 Nho-Kwang Park, Jong-Taek Yeom, Young-Sang Na. Characterization of deformation stability in hot forging of conventional Ti6Al4V using processing mapsJ.Journal of Materials Processing Technology;2002,(130):540-54515 J.K. Chakravartty , G.K. Dey , S. Banerjee , Y.V.R.K. Prasad .Characterization of hot deformation behaviour of Zr-2.5Nb-0.5Cu using processing mapsJ.Journal of Nuclear Materials.1995,(218):247-255三、主要研究或设计内容，需要解决的关键问题和思路：1. 了解TB6钛合金，TB6钛合金的组织有什么特点。2. 了解等温锻造技术和钛合金的等温锻工艺。3. 等温锻造对TB6钛合金组织分布的影响。四、完成毕业论文（设计）所必须具备的工作条件及解决的办法：l 准备好研磨晶相的砂纸、抛光机、腐蚀液、晶相显微镜。l 能够独立自主的磨好晶相试样,能制出符合要求的晶相。l 能够熟练使用金相显微镜，熟悉显微镜的使用方法及保护条例