第36卷第7期 北京科技大学学报 Vol.36 No.7 2014年7月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jul.2014 基于球化机理的TA15钛合金热变形统一本构模型 赵慧俊”，王宝雨”，刘钢区，杨 雷) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨150001 ☒通信作者，E-mail:iu@hit.edu.cm 摘要应用晶界分离模型解释了片层α相的球化现象，阐述了TA15钛合金转变组织中次生片层α相的球化是其主要的流 动软化机制.基于钛合金球化软化机理，建立了TA15钛合金的统一黏塑性本构模型.本构模型综合考虑了次生α相的球化、 正则位错密度、等向硬化、塑性成形产生的温升、成形过程中的相变等物理变量.利用遗传算法确定了本构模型中的材料常 数.本构模型能够较好地描述TA15钛合金热变形下的流动应力变化. 关键词钛合金：球化：本构模型：遗传算法：材料常数 分类号TG146.23 Unified constitutive model of TA15 titanium alloy in hot deformation based on the globularization mechanism ZHAO Hui-jun",WANG Bao-yu,LIU Gang,YANG Lei 1)School of Mechanical Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)School of Materials Science and Engineering,Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China Corresponding author,E-mail:gliu@hit.edu.cn ABSTRACT Globularization of lamellar a phase was stated by the grain boundary separating model.It was elucidated that globu- larization of secondary (lamellar)o phase in the transformed microstructure is the main flow softening mechanism of TAl5 titanium al- loy.A unified viscoplastic constitutive equation of TAl5 titanium alloy was developed based on the globularization mechanism.Some physical variables including globularization of secondary (lamellar)a phase,normalized dislocation density,isotropic hardening,plas- tic deformation induced temperature rise,and phase transformation during deformation were comprehensively considered in the constitu- tive model.Material constants in the constitutive model were determined and optimized by a genetic algorithm.The constitutive model can accurately predict the flow stress of TAl5 titanium alloy in hot deformation. KEY WORDS titanium alloys:globularization:constitutive models;genetic algorithms:material constants TA15(Ti6A1-2Zr-1Mo-1V)合金是一种高Al ner-Hollomon参数的双曲正弦函数描述了TA15合 当量的近α型钛合金，主要强化机制是通过α《稳定 金的流变应力行为.沈昌武等回基于BP神经网络 元素A!的固溶强化.该合金既具有α《型钛合金良 建立了TA15合金的本构模型.fan等建立了能 好的热强性和可焊性，又具有接近于α+B型钛合 够预测微观组织演变的TA15合金本构模型.可以 金的工艺塑性，是一种综合性能优良的钛合金四， 发现，目前对TA15合金本构模型的研究，大部分都 在航空领域得到广泛的应用，如飞机隔框和机匣. 是基于经验公式，或者只是考虑了变形热效应、结构 目前，有许多学者P-1对TA15钛合金的热变 变化和微观组织形态对材料流动软化的影响.然 形本构模型进行了研究.其中纪仁峰等回采用Ze- 而，在钛合金热加工中，转变组织的分解对于等轴组 收稿日期：2013-11-20 基金项目：现代交通金属材料与加工技术北京实验室资助项目：高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20120006110017) DOI:10.13374/j.issn1001-053x.2014.07.011:http://journals.ustb.edu.cn第 36 卷 第 7 期 2014 年 7 月 北京科技大学学报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol． 36 No． 7 Jul． 2014 基于球化机理的 TA15 钛合金热变形统一本构模型 赵慧俊1) ，王宝雨1) ，刘 钢2) ，杨 雷1) 1) 北京科技大学机械工程学院，北京 100083 2) 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院，哈尔滨 150001  通信作者，E-mail: gliu@ hit． edu． cn 摘 要 应用晶界分离模型解释了片层 α 相的球化现象，阐述了 TA15 钛合金转变组织中次生片层 α 相的球化是其主要的流 动软化机制． 基于钛合金球化软化机理，建立了 TA15 钛合金的统一黏塑性本构模型． 本构模型综合考虑了次生 α 相的球化、 正则位错密度、等向硬化、塑性成形产生的温升、成形过程中的相变等物理变量． 利用遗传算法确定了本构模型中的材料常 数． 本构模型能够较好地描述 TA15 钛合金热变形下的流动应力变化． 关键词 钛合金; 球化; 本构模型; 遗传算法; 材料常数 分类号 TG 146. 2 + 3 Unified constitutive model of TA15 titanium alloy in hot deformation based on the globularization mechanism ZHAO Hui-jun1) ，WANG Bao-yu1) ，LIU Gang2)  ，YANG Lei1) 1) School of Mechanical Engineering，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) School of Materials Science and Engineering，Harbin Institute of Technology，Harbin 150001，China  Corresponding author，E-mail: gliu@ hit． edu． cn ABSTＲACT Globularization of lamellar α phase was stated by the grain boundary separating model． It was elucidated that globu￾larization of secondary ( lamellar) α phase in the transformed microstructure is the main flow softening mechanism of TA15 titanium al￾loy． A unified viscoplastic constitutive equation of TA15 titanium alloy was developed based on the globularization mechanism． Some physical variables including globularization of secondary ( lamellar) α phase，normalized dislocation density，isotropic hardening，plas￾tic deformation induced temperature rise，and phase transformation during deformation were comprehensively considered in the constitu￾tive model． Material constants in the constitutive model were determined and optimized by a genetic algorithm． The constitutive model can accurately predict the flow stress of TA15 titanium alloy in hot deformation． KEY WOＲDS titanium alloys; globularization; constitutive models; genetic algorithms; material constants 收稿日期: 2013--11--20 基金项目: 现代交通金属材料与加工技术北京实验室资助项目; 高等学校博士学科点专项科研基金资助项目( 20120006110017) DOI: 10． 13374 /j． issn1001--053x． 2014． 07． 011; http: / /journals． ustb． edu． cn TA15( Ti--6A1--2Zr--1Mo--1V) 合金是一种高 Al 当量的近 α 型钛合金，主要强化机制是通过 α 稳定 元素 Al 的固溶强化． 该合金既具有 α 型钛合金良 好的热强性和可焊性，又具有接近于 α + β 型钛合 金的工艺塑性，是一种综合性能优良的钛合金［1］， 在航空领域得到广泛的应用，如飞机隔框和机匣． 目前，有许多学者［2 － 5］对 TA15 钛合金的热变 形本构模型进行了研究． 其中纪仁峰等［2］采用 Ze￾ner--Hollomon 参数的双曲正弦函数描述了 TA15 合 金的流变应力行为． 沈昌武等［4］基于 BP 神经网络 建立了 TA15 合金的本构模型． Fan 等［5］建立了能 够预测微观组织演变的 TA15 合金本构模型． 可以 发现，目前对 TA15 合金本构模型的研究，大部分都 是基于经验公式，或者只是考虑了变形热效应、结构 变化和微观组织形态对材料流动软化的影响． 然 而，在钛合金热加工中，转变组织的分解对于等轴组