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TC21钛合金是我国自主研发的一种高强高韧的(α+β)双相钛合金,可通过热变形及热处理等热加工工艺得到较好的综合性能。在热加工过程中发生的微观组织变化对合金的性能有着重要的影响。因此,研究TC21钛合金热变形及热处理过程的微观组织演变,在理论和工程应用上均有重要的意义。首先,采用Gleeble3500热模拟试验机对TC21钛合金进行恒温恒应变速率的热模拟压缩试验。分析了该合金在不同热变形条件下的高温流变行为;建立了合金在变形温度为900~1020℃,应变速率为0.001~10 s-1条件下的塑性流变本构方程,计算得到合金在此变形条件下的热变形激活能Q?258.600 KJ/mol;并根据再结晶形核与长大理论以及动力学基本特点,建立了该合金在β单相区热变形过程的动态再结晶临界应变模型、体积分数模型、晶粒尺寸演化模型和位错密度演化模型。其次,对TC21钛合金的等温转变行为进行了研究。采用JMat Pro软件模拟计算得到该合金的等温转变曲线(TTT),同时采用膨胀法及金相法绘测其TTT曲线进行对比验证。实验结果表明,由于TC21钛合金β→α相转变时相变体积效应小,膨胀法无法测得等温转变开始时间;金相法能较准确的绘测出等温转变曲线,表明在温度800~900℃左右等温时,其次生α相析出速度最快,也就是TTT曲线鼻尖位置;JMat Pro软件模拟计算结果和实验绘制得到的TTT曲线吻合得较好。再次,对TC21钛合金的双重退火组织演变进行了研究。实验结果表明,合金经二次退火后,析出了针状的次生α相;各原始β晶粒边界出现了不同程度的破碎,出现了零散的颗粒状晶界α相;原始β晶粒内析出的针状α片交错成网篮状组织;除了生成了网蓝组织,还保留了退火前典型的动态再结晶和动态回复的组织特征。最后,基于DEFORM-3D软件平台,将动态再结晶唯象数学模型通过二次开发的方法植入,并将位错密度模型与元胞自动机(CA)方法相结合起来对TC21钛合金热压缩过程进行微观组织模拟。结果表明:在变形温度为975℃条件下当应变速率为0.01s-1时,热变形过程中的试样各变形区发生了动态再结晶,大变形区晶粒尺寸较其他区域小;同时当应变速率不断增大时,合金动态再结晶的晶粒尺寸减小,平均晶粒尺寸得到细化;模拟结果与试验结果较吻合。