PDF《空冷态 TC11 钛合金的高温流变行为及加工图》

第43 卷第2期稀有金属材料与工程 Vol.

43, No.2

2014 年2月RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING February

2014 收稿日期:2013-01-15 基金项目:国家自然科学基金(51005112) ;

江西省教育厅科技项目(GJJ11156) ;

轻合金加工科学和技术国防重点学科实验室开放基金 (GF200901008) 作者简介:李鑫,男,1975 年生,博士,副教授,南昌航空大学航空制造工程学院,江西 南昌 330063,

电话:0791-83863039,E-mail: [email protected] 空冷态 TC11 钛合金的高温流变行为及加工图 李鑫,鲁世强,王克鲁,董显娟 (南昌航空大学,江西 南昌 330063) 摘要:对空冷态 TC11 钛合金在温度 750~1100 ℃、应变速率 0.001~10.0 s-1 范围内进行等温压缩实验,利用流动应力- 应变曲线和加工图研究了该合金在 两相区和 单相区的高温流变行为、流变失稳现象及变形机制.结果表明,在 两相区, 流动应力超过峰值后在低温区随应变的增大持续下降, 在中、 高温区先下降最后趋于接近稳定的应力值;

在 单相区,流动应力随应变的增大略有下降然后逐渐趋于稳定.在加工图上, 两相区 值较高的范围大致为 750~900 ℃、0.001~0.006 s-1 和900~1000 ℃、0.001~0.02 s-1 ,分别是 片层的球化起作用和 片层的球化及 相变同时起作用的区域;

单相区 值较高的区域大致为 1000~1100 ℃、0.003~0.3 s-1 ,是动态再结晶起作用的区域. 这些区域均是良好的加工区域.流变失稳区为 750~875 ℃、0.006~10.0 s-1 ,875~975 ℃、0.03~10.0 s-1 和975~1100 ℃、 1.0~10.0 s-1 ,失稳现象表现为宏观剪切、绝热剪切带和 晶粒的不均匀变形. 关键词:空冷态 TC11 钛合金;

高温流变行为;

加工图;

流变失稳;

球化 中图法分类号:TG146.2+ 3;

TG316 文献标识码:A 文章编号:1002-185X(2014)02-0375-06 TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si) 属于马氏体型双相热强钛合金,是制造航空发动机压气机盘、 叶片、 转子等关键部件的重要合金. 该类钛合金在 相 变点以上加工或热处理后,通过水淬、空冷和炉冷等 不同冷却方式,可分别获得针状马氏体、细片状和粗 片状的 转变组织.这种组织综合力学性能较差,且 比较稳定,仅靠热处理难以改变,须在 两相区 进行加工才能使其球化,改善综合力学性能.关于钛 合金片层组织的球化行为,国内外不少学者进行了探 讨[1-4] .文献[1]对具有 3.4 和6μm 两种厚度 片层的 Ti-6Al-4V 合金在两相区变形以及在两相区变形并进 行退火处理的球化行为进行了研究.结果表明,在相 同温度和应变速率条件下, 相的球化程度随应变的 增大而增加, 且细片层 相更容易球化. 文献[1]认为, 无论对于变形过程还是随后的热处理, 片层的球化 过程分两步进行:首先通过变形产生穿过 片层的剪 切带或通过回复在 片层内形成低取向差或高取向差 的界面;

然后 相从剪切带或界面处进行扩散渗透, 完成 片层的分离.文献[2]分析了 退火态片层组织 TC11 钛合金变形球化组织的精细结构和晶界特征, 获 悉的 片层的球化过程和文献[1]相似.另外,文献[2] 通过分析球化过程中变形 相和 相内的晶界差取 向分布,认为球化过程中, 相发生了连续动态再结 晶过程,而 相则经历的是动态回复或不连续动态再 结晶过程.文献[3]对热轧 TC21 板材中 片层的演变 进行了分析,获得的关于球化过程的结论与上面

2 个 文献相似.文献[4]则在 920~980 ℃和0.01~10 s-1 范围 内研究了 TC11 钛合金的动态球化动力学行为.通过 建立动态球化分数方程及动力学方程,获得了不同变 形条件下的动态球化临界应变及完全应变.与文献[2] 不同的是, 文献[4]的作者 Song Hongwu 等比较了动态 球化临界应变与动态再结晶临界应变,认为由于二者 相差较大因而动态球化并非动态再结晶.动态球化动 力学速率随应变的增大呈现先增大后减小的趋势,其 原因为球化进行到一定程度后, 片层的纵横比减小 和球化相更多承担变形而使片层的继续球化变得困 难.此外,文献[4]还指出球化 相的晶粒大小与片层 中界面或剪切带之间的距离有关,而温度和应变速率 则是决定距离的主要因素.在上述分析的基础上,文献[4]优化出了实验参数范围内的温度和应变速率,也 首次提出对于片层结构的钛合金可在高温、高应变速 率条件下通过大的变形获得细小的球化组织,这对于 制定和改进片层组织的钛合金的热变形工艺具有重要 的意义.文献[1-3]着重于球化过程和机理,没有涉及 ・376・ 稀有金属材料与工程 第43 卷 影响片层组织球化参数的优化;