研究簡報

單相亞穩(wěn)β組織的Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr合金的熱變形機制

Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr合金是一種高強近β型鈦合金，該合金兼具良好的加工性能和力學(xué)性能，已被用于制造大型航空部件。日本研究人員基于組織演變和加工圖技術(shù)，對原始組織為單相β等軸晶的Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr合金的熱變形機制進行了研究。實驗溫度分別為600、700、800、900、1 000、1 100 ℃，應(yīng)變速率分別為0.001、0.01、0.1、1、10 s-1。

實驗結(jié)果表明，在應(yīng)力-應(yīng)變曲線中，較低溫度區(qū)域和較高應(yīng)變速率區(qū)域能觀察到應(yīng)力出現(xiàn)峰值之后的連續(xù)流變軟化現(xiàn)象。然而，隨著變形溫度的升高或應(yīng)變速率的減小，應(yīng)力-應(yīng)變曲線變得平緩。這是β鈦合金熱變形時的典型行為。隨著溫度的升高或應(yīng)變速率的減小，變形以動態(tài)回復(fù)為主導(dǎo)。觀察合金在700 ℃下的流變行為，發(fā)現(xiàn)應(yīng)變速率為1 s-1和0.1 s-1時的流變曲線幾乎是相同的，這主要是受變形過程中單相β組織中形成的α析出相的影響。由應(yīng)力-應(yīng)變曲線計算出的熱變形激活能分別為296 kJ·mol-1(600～800 ℃，0.001～0.1 s-1)和188 kJ·mol-1(900～1 100 ℃，0.001～0.1 s-1)，表明β轉(zhuǎn)變溫度以上的變形和低應(yīng)變速率的變形主要是以動態(tài)回復(fù)為主導(dǎo)。在700 ℃變形的組織中可以觀察到細小的等軸晶，而且發(fā)現(xiàn)在變形過程中有α相析出。β相中的變形模式為：較高應(yīng)變速率區(qū)域，亞晶變形占主導(dǎo)地位；較低應(yīng)變速率區(qū)域，超塑性變形和晶界滑移占主導(dǎo)作用。在800 ℃及以上溫度的所有實驗條件下，變形組織中均有粗大的β晶粒組織。在變形速率為0.001 s-1和0.01 s-1時，變形組織中有粗大的亞晶粒和具有大角度晶界的新生細小晶粒，這表明連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶在原始β晶粒的晶界附近占主導(dǎo)作用。另一方面，動態(tài)回復(fù)在原始β晶粒內(nèi)部被頻繁激活，隨著應(yīng)變速率的增加，動態(tài)回復(fù)的主導(dǎo)作用更加顯著。根據(jù)加工圖的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)有三個區(qū)域具有最優(yōu)功率耗散率(從40%到50%)。這三個區(qū)域與晶界滑移、動態(tài)回復(fù)以及與動態(tài)回復(fù)同時出現(xiàn)的連續(xù)動態(tài)再結(jié)晶有關(guān)。失穩(wěn)圖表明穩(wěn)定區(qū)域出現(xiàn)在低應(yīng)變速率和高應(yīng)變速率區(qū)，也就是說，在所有實驗溫度下，當(dāng)應(yīng)變速率在0.05～1 s-1范圍時，流變行為表現(xiàn)出不穩(wěn)定的特征。

席錦會譯自《Materials Science and Engineering A》