非等温锻造下TC4钛合金锻件蠕变行为研究

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TC4钛合金比强度高,抗腐蚀性好,同时具有较好的蠕变强度、持久强度以及疲劳强度而被作为汽轮机叶片的首选结构材料。然而,在大型汽轮机的中高压级往往具有较高的温度,TC4钛合金不可避免的会发生蠕变变形。材料的蠕变性能不仅与服役环境有关,还与相关的成形工艺紧密相关。在工业领域中,装备中承载的核心零部件大多采用锻造塑性成形,考虑效率和成本的问题,目前TC4钛合金的锻造塑性成形更多采用的是非等温锻造。已有的研究大多数集中在锻造工艺参数对TC4钛合金微观组织及力学性能的影响,考虑锻造工艺参数对其高温服役性能的影响很少,尤其是其蠕变行为。因此,本文分析研究锻造工艺参数对TC4钛合金锻件蠕变行为的影响规律,以寻求合理的锻造工艺与蠕变行为的最优匹配。主要的研究内容如下:(1)根据工程实际并结合TC4钛合金材料特性选取了关键锻造工艺参数(锻造温度和锻造变形量),制定了合适的非等温锻造工艺实验;对所获得的TC4钛合金锻件分别进行了高温单轴拉伸试验,获取了相应的力学性能参数,为蠕变试验的实施奠定了一定的基础;(2)对已有的蠕变模型进行了分析和研究,并在此基础上结合相关工程应用设计了 TC4钛合金在不同锻造温度及变形量下所得锻件的蠕变试验,绘制了蠕变应变-时间曲线;通过分析不同锻造温度及变形量对TC4钛合金锻件蠕变行为的影响规律,建立了能相对应的描述TC4钛合金锻件蠕变行为的数学方程;明确了不同锻造工艺参数对蠕变方程中关键参数的影响,探讨了非等温锻造下TC4钛合金锻件的蠕变变形机制;(3)在明确锻造工艺参数对TC4钛合金锻件蠕变行为影响的基础上,获得并确定了 TC4钛合金锻件蠕变性能较好的最佳工艺参数组,并结合相关蠕变数学方程,建立了仿真模型,进行了相关工艺参数组下的TC4钛合金锻件的蠕变数值模拟分析,获得了其蠕变极限行为特征参数。本文的研究明确了锻造工艺参数对于TC4钛合金在高温服役环境下的蠕变行为有重要的影响,这对于依据TC4钛合金锻件的实际服役性能的要求不同,进行相对应的锻造工艺参数的合理选择和优化具有重要的工程指导意义。
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