TC4鈦合金熱壓變形行為分析

陳成 李慧 李洪洋

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000）

TC4鈦合金熱壓變形行為分析

陳成 李慧 李洪洋

（國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專(zhuān)利局專(zhuān)利審查協(xié)作江蘇中心，江蘇蘇州 215000）

通過(guò)熱模擬機(jī)對(duì)TC4合金在700℃以下的三個(gè)溫度范圍的壓縮變形進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)，結(jié)合金相實(shí)驗(yàn)對(duì)變形過(guò)程中的宏觀力學(xué)性能與微觀組織演化規(guī)律進(jìn)行了研究，以期為T(mén)C4合金的中溫變形提供理論參考。研究結(jié)果表明：500℃以下TC4合金變形困難，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶難于進(jìn)行，低溫變形后的等軸晶粒增加，組織趨于均勻。

中溫變形 微觀組織 動(dòng)態(tài)再結(jié)晶

1 前言

鈦合金具有密度小、比強(qiáng)度比剛度高、耐腐蝕性好、高溫力學(xué)性能優(yōu)異、抗疲勞和蠕變性能突出、無(wú)磁性可焊接等優(yōu)點(diǎn)在航空、航天、化工、兵器、艦船、能源等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用［1］。

鈦合金相變點(diǎn)以下較低溫度的變形可以在一定程度上抑制鈦合金的動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為，改善微組織，提高材料綜合力學(xué)性能及強(qiáng)度，但由于鈦合金低溫塑性變形能力差，易產(chǎn)生開(kāi)裂等加工缺陷，鈦合金相變點(diǎn)以下相對(duì)低溫材料行為的研究一直較少［2-3］。

鈦合金屬組織敏感材料，其微觀組織與變形行為密切相關(guān)，同時(shí)對(duì)宏觀材料性能影響很大，需重點(diǎn)研究［4-6］。

針對(duì)上述問(wèn)題本文通過(guò)物理模擬手段，對(duì)TC4鈦合金相變點(diǎn)以下相對(duì)低溫的材料行為進(jìn)行了一定的探索，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了TC4鈦合金形變過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變行為及組織演化特征，以期能為鈦合金相對(duì)低溫塑性成形控制提供理論參考。

2 實(shí)驗(yàn)研究

2.1 實(shí)驗(yàn)材料及過(guò)程

圖1 應(yīng)力—應(yīng)變曲線

圖2 微觀組織照片

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)

實(shí)驗(yàn)所用材料是經(jīng)過(guò)軋制得到的鈦合金棒材，通過(guò)線切割制成Φ8X12試樣。運(yùn)用Gleeble-1500實(shí)驗(yàn)機(jī)的溫度控制系統(tǒng)，對(duì)TC4的三個(gè)不同溫度段的熱敦粗進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，壓縮過(guò)程為自由降溫過(guò)程，當(dāng)達(dá)到終止溫度時(shí)，停止變形，并立即進(jìn)行水中淬火，對(duì)其組織進(jìn)行凍結(jié)，以保證動(dòng)態(tài)結(jié)晶晶粒的純潔性。具體實(shí)驗(yàn)參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

圖1是應(yīng)變率相同條件下不同溫度的TC4壓縮應(yīng)力應(yīng)變曲線。從圖中可以看出，變形溫度越高，流動(dòng)應(yīng)力越小，變形溫度開(kāi)始溫度從700℃降到600℃時(shí)，峰值流變應(yīng)力就增加100Mpa左右，而當(dāng)降到500℃時(shí)峰值流變應(yīng)力就增加200Mpa左右，這主要是由于隨著變形溫度的升高，合金的熱激活作用增強(qiáng)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶容于進(jìn)行，隨再結(jié)晶體積分?jǐn)?shù)增加位錯(cuò)密度降低，合金的流變應(yīng)力減小，也說(shuō)明了TC4為溫度敏感材料。反之，變形溫度越低，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶越難于進(jìn)行，合金的流變應(yīng)力增加。

同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果還表明，隨溫度降低TC4的塑性變形能力也降低，600-500℃壓縮試驗(yàn)變形率并未達(dá)到50%，而是41.6%，500-400℃壓縮試驗(yàn)變形率只有33.3%。

圖2是變形前后的微觀組織照片，其中圖2a是變形前組織，圖2b，3c及3d分別為700℃，600℃及500℃條件下的變形組織。從圖中可以看出，原始組織晶粒形狀成狹長(zhǎng)狀態(tài)，沿著軋制方向的平均晶粒長(zhǎng)度為80微米左右。變形后經(jīng)粒由狹長(zhǎng)狀逐漸向等軸轉(zhuǎn)變，晶界逐漸減小，這主要是動(dòng)態(tài)再結(jié)晶所引起。同時(shí)從變形組織中還可以看出，700℃與600℃變形后的晶粒區(qū)別不是很大，除了等軸晶粒還存在著部分原始扁平狹長(zhǎng)晶粒，而500℃變形組織中存在有更多的等軸晶粒。由于溫度越低動(dòng)態(tài)再結(jié)晶越困難，這說(shuō)明TC4合金在中低溫度下變形可能存在著某種其它晶粒細(xì)化機(jī)制。

3 結(jié)語(yǔ)

TC4合金雖然在低溫下不易變形，但變形后有可能比中高溫變形獲得更細(xì)小，分布更均勻的等軸晶粒。

［1］劉瑩，曲周德，王本賢.鈦合金TC4的研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用［J］.兵器材料科學(xué)與工程，2005，28（5）：47-50.

［2］聶蕾.TC4合金的熱模段過(guò)程設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制［D］.西安：西北工業(yè)大學(xué)，2002.

［3］馬文昌.鑄態(tài)AZ91D鎂合金體積成形工藝及微觀組織演變模擬［D］.秦皇島：燕山大學(xué)，2010.

［4］王召軍.TC4合金高溫變形工藝與顯微組織特征［D］.沈陽(yáng)：東北大學(xué)，2009.