变形和相变交互作用对钛合金等温局部加载组织的影响机制

The influencing mechanism of the interaction of deformation and phase transformation on the microstructure of titanium alloy under isothermal local loading is the key scientific problem urgently to be solved in developing large scale complex titanium component of high performance and light weight. Combining theoretical analysis, experimental investigation and numerical simulation, the interaction mechanism of multi-pass unequal deformation and phase transformation in local loading will be revealed. A constituive law for titanium alloy coupling microstructure evolution will be established for multi-pass hot deformation. A macro-micro through-process model will be developed for local loading forming of large scale complex titanium component. The forming mechanism and conditions for each microstructure morphology under local loading will be revealed. The research is important to developing isothermal local loading forming technique, and will provide basis for the manufacturing of large scale complex titanium component in aero-space domain.

变形和相变交互作用对钛合金等温局部加载微观组织的影响机制，是发展高性能轻量化钛合金复杂大件局部加载精确成形迫切需要解决的关键基础科学问题。本项目综合采用理论、实验和数值仿真方法，研究获得局部加载多道次不均匀变形与相变的交互作用机制；研究建立适用于多道次成形的耦合组织演变的钛合金宏微观本构关系以及钛合金复杂大件局部加载成形全过程宏微观耦合仿真模型；研究揭示局部加载复杂不均匀变形下各形态组织的形成机制和产生条件。本研究对发展等温局部加载先进精确塑性成形技术具有重要意义，并可为航空航天领域钛合金复杂大件的高性能成形制造提供指导。

变形和相变交互作用对钛合金多道次局部加载成形微观组织的影响机制，是发展高性能轻量化钛合金复杂大件局部加载精确成形迫切需要解决的关键基础科学问题。本项目综合采用理论、实验和数值仿真方法对此进行了系统研究。取得主要进展如下：（1）揭示了多道次不均匀变形中钛合金组织演变机制和定量规律：加热过程中次生片层α相的析出和转变均优先于初生等轴α相；等温变形不影响初生等轴α相含量和形态，但当变形超过临界应变时导致已有次生片层α相的球化；低速冷却下初生等轴α相和次生片层α相发生竞争生长，预变形和非等温变形均促进次生片层α相产生但对初生等轴α相生长影响较小。获得了多道次非均匀变形中影响组织形态的关键因素。（2）建立了预测全过程组织演变和不均匀变形的钛合金复杂大件局部加载成形有限元模型：基于经典理论，建立了预测加热后稳态组织的简化模型；发现低估溶质浓度梯度是导致经典理论难以预测冷却过程等轴α相生长的主要原因，采用提高扩散系数的等效方法建立了等轴α相扩散生长模型；提出了钛合金组分相本构和组织演变模型，建立了耦合组织演变的钛合金热变形本构关系；提出了多道次热变形全过程建模思路，建立了钛合金复杂大件局部加载成形变形和组织演变全过程仿真模型。实现了多道次不均匀变形下组织形态的预测。（3）揭示了局部加载下钛合金三态组织的产生条件。提出了在局部加载中获得三态组织的两种工艺路径：局部加载近β等温锻+(α+β)锻+普通热处理和局部加载近等温近β锻+普通热处理。探明了获得均匀三态组织的局部加载工艺参数范围。为钛合金复杂大件组织调控提供了基础。研究成果在本领域著名期刊J Mater Process Technol等发表论文12篇，申请专利1项，培养研究生4人。