純鈦在高溫大變形量下的加工性及變形模型

純鈦由于具有高的比強(qiáng)度，是出色的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件候選材料。通過大變形量塑性變形細(xì)化晶粒是一種可行的增加材料強(qiáng)度及塑性的方法。為了獲得溫加工及熱加工變形所必須的力學(xué)性能參數(shù)，以往的研究重點(diǎn)均集中在材料的可加工性及流變應(yīng)力曲線模型的建立上。掌握材料的高溫流變行為是通過調(diào)整熱加工工藝參數(shù)來改善其可加工性的重要依據(jù)。土耳其安茲耶大學(xué)研究人員前期的工作主要集中在對(duì)純鈦及其他金屬材料高溫流變行為的研究上，幾乎沒有高溫下可加工性的研究，并缺乏對(duì)相關(guān)參數(shù)的討論，而這些參數(shù)對(duì)于正確理解應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)是至關(guān)重要的。此外，對(duì)于等徑角擠壓法(ECAE)制備的超細(xì)晶純鈦，前期研究中也沒有涉及高溫下(高達(dá)900 ℃)的流變模型及特性。因此，研究者擬通過兩方面的工作來填補(bǔ)上述空白：①揭示純鈦在ECAE過程中的熱流變特性及高溫下的可加工性；②使用兩種模型對(duì)流變/應(yīng)變響應(yīng)進(jìn)行擬合。

實(shí)驗(yàn)首先將Gr.2純鈦棒在300 ℃保溫1 h，然后進(jìn)行8道次ECAE變形，變形速率為1.27 mm/s，總應(yīng)變?yōu)?.24。變形后的棒材沿?cái)D壓方向切成4 mm×4 mm×8 mm的方塊，并打磨拋光去除氧化層及劃傷。沿樣品高度方向進(jìn)行等溫壓縮，其變形量為60%(真應(yīng)變?yōu)?.9)，應(yīng)變速率分別為0.001、0.01、0.1 s-1，應(yīng)變溫度分別為600、700、800、900 ℃(介于0.45Tm～0.6Tm之間)。研究表明，ECAE法制備的超細(xì)晶純鈦在經(jīng)過900 ℃×3 min退火處理后發(fā)生晶粒長大現(xiàn)象，900 ℃等溫壓縮后出現(xiàn)細(xì)小、粗大晶?；旌辖M織。純鈦在高溫ECAE過程中的流變響應(yīng)取決于變形溫度及變形速率這兩個(gè)因素，增加應(yīng)變速率或降低變形溫度可以得到更高的流動(dòng)應(yīng)力水平。純鈦在高溫大變形量下的應(yīng)變速率對(duì)變形溫度十分敏感，尤其當(dāng)變形溫度升高到800 ℃時(shí)，應(yīng)變速率敏感指數(shù)急劇增加；與此相反，應(yīng)變速率對(duì)應(yīng)變不敏感，特別是溫度高于800 ℃時(shí)。所有實(shí)驗(yàn)中，都是通過確定局部流變參數(shù)來檢測(cè)局部流變失穩(wěn)趨勢(shì)，根據(jù)這個(gè)判據(jù)，純鈦在800 ℃以上的高溫可加工性令人滿意，從金屬材料成形方面看，在700 ℃以上高溫變形是比較好的選擇，因?yàn)榭梢垣@得相對(duì)較低的局部流變量。在本研究選取的應(yīng)變速率及溫度范圍內(nèi)，位錯(cuò)密度模型和基于Arrhenius公式的數(shù)學(xué)模型在擬合應(yīng)力-應(yīng)變曲線時(shí)都有合理的契合度，誤差水平均低于10%。相比而言，位錯(cuò)密度模型在600 ℃以上更準(zhǔn)確一些，而基于Arrhenius公式的數(shù)學(xué)模型在600 ℃以下更為準(zhǔn)確。

侯智敏譯自《Materials and Design》