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本文以较低杂质含量的超低间隙TC4 ELI钛合金作为研究对象,利用等温恒应变速率压缩实验,对其在变形温度为750~950℃,应变速率为0.001~70s-1范围内的热变形行为及微观组织演变规律进行了较深入的研究,构建了能够较准确描述TC4 ELI钛合金热力学行为的本构关系模型,并采用加工图技术对其锻造工艺参数进行优化。本文的研究结果对合理制订及优化TC4 ELI钛合金的锻造工艺参数具有一定的指导意义,研究结果如下:从TC4 ELI钛合金真应力-真应变曲线分析中可知,流动应力对变形温度和应变速率具有较高的敏感性,随着变形温度的下降和应变速率的升高,流动应力逐渐下降;在变形初始阶段,合金流动应力随应变增加而迅速增大,在较小应变下流动应力到达峰值,随后合金流动应力会逐渐减小,流动应力随应变下降到一定程度后会趋于缓和。通过对TC4 ELI钛合金显微组织的观察表明,在相同变形温度前提下,随着应变速率的降低,α片层转变为的等轴细晶不断增多,动态再结晶进行的较充分。应变速率降低至0.01s-1时,α片层基本消失,等轴细晶分布较均匀;在相同应变速率前提下,随着变形温度的提升,α片层球化现象越显著,越有利于动态再结晶的进行。变形温度升高到TC4 ELI钛合金相变点附近时,合金微观组织会发生相转变,并出现大量的片层组织。分别使用Arrhenius本构方程、多元线性回归模型和BP人工神经网络模型三种方法建立了TC4 ELI钛合金的本构关系模型,其平均误差分别为17.51%、7.63%和1.36%,BP人工神经网络模型具有较高精度,比较适合用于TC4 ELI钛合金流动应力的预测。基于材料动态模型和Prasad判据,并采用等温恒应变压缩实验数据,建立了TC4 ELI钛合金在不同应变量下的加工图。通过综合分析该合金加工图并结合微观组织的观察,得到了TC4 ELI钛合金流动失稳区的微观组织机理,研究结果表明:热变形温度范围在750~930℃,应变速率范围在0.0063~70s-1区域里出现了绝热剪切带和局部塑性失稳现象,该区域为流动失稳区,在热加工过程中应尽可能避开。通过对不同应变量下的加工图进行分析及结合微观组织的验证,确定出了最佳的热变形热力参数范围是:变形温度区间为840~950℃,应变速率区间为0.001~0.01s-1;较佳的热变形热力参数范围是:变形温度区间为750~840℃,应变速率区间为0.001~0.003s-1。该区域的变形机制都是动态再结晶,为TC4 ELI钛合金较好的锻造工艺参数。