應(yīng)變速率對兩相鈦合金α相中微孿晶形成的影響

Ti-6Al-4V鈦合金的超塑性行為已被廣泛研究，但其在應(yīng)用上受到了一些限制，如熱加工和冷加工困難、加工硬化率低及超塑性形成溫度過高。SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)是一種富β的α+β鈦合金，性能優(yōu)于Ti-6Al-4V鈦合金，例如，有更高的拉伸和疲勞強(qiáng)度、更好的斷裂韌性和更低的超塑性成形溫度。SP700鈦合金中添加Mo作為β相穩(wěn)定元素，使SP700鈦合金中β相變溫度(900℃)低于Ti-6Al-4V鈦合金的β相變溫度(978℃)。目前大多數(shù)的超塑性成形Ti-6Al-4V鈦合金產(chǎn)品于900℃左右成形，而SP700鈦合金在低于800℃時就顯示出優(yōu)異的超塑性。雖然文獻(xiàn)中有許多關(guān)于Ti-6Al-4V鈦合金疲勞、蠕變和超塑性的研究，但對SP700鈦合金的研究很少。因此，研究人員考察了不同應(yīng)變速率下單軸拉伸變形后SP700鈦合金的微觀結(jié)構(gòu)演變，并與Ti-6Al-4V鈦合金進(jìn)行比較。實驗選取富α的兩相Ti-6Al-4V鈦合金和富β的兩相SP700鈦合金熱軋棒材，按ASTM E292-01標(biāo)準(zhǔn)加工成拉伸試樣。使用MTS 810材料試驗機(jī)，在室溫下以不同應(yīng)變速率(10－1、10－2、10－3、10－4s－1)進(jìn)行拉伸試驗。從變形樣品中取3 mm厚的圓片，采用組成為5%的硫酸和95%的甲醇溶液，在－45～－40℃溫度范圍和20 V電壓條件下，進(jìn)行雙噴射電解拋光處理。處理后，進(jìn)行TEM分析。實驗結(jié)果表明，在不同應(yīng)變速率下，SP700鈦合金的屈服強(qiáng)度始終比Ti-6Al-4V鈦合金的高，而且，其延展性好于Ti-6Al-4V鈦合金，尤其是在小應(yīng)變速率10-4s－1下。研究發(fā)現(xiàn)，SP700鈦合金的延展性與孿晶的形成有關(guān)。由于SP700鈦合金在高應(yīng)變速率下的β相穩(wěn)定劑鉬元素具有較低的層錯能，使其α相中產(chǎn)生了大量的形變孿晶。在低應(yīng)變速率下，α相中產(chǎn)生的長而密的孿晶使得SP700鈦合金具有良好的延展性。伴隨著應(yīng)變速率的降低，SP700鈦合金的變形模式由β晶粒中的錯位控制機(jī)制變?yōu)棣令w粒中的微孿晶控制機(jī)制。在高應(yīng)變速率下，SP700鈦合金孿晶化改善塑性的情況不再發(fā)生。然而，Ti-6Al-4V鈦合金在高應(yīng)變速率下產(chǎn)生更多的變形孿晶，并導(dǎo)致流動應(yīng)力增加。

慕偉意摘譯自《Materials Science and Engineering A》