TC4钛合金热压变形行为分析

陈成 李慧 李洪洋

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州 215000）

TC4钛合金热压变形行为分析

陈成 李慧 李洪洋

（国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心，江苏苏州 215000）

通过热模拟机对TC4合金在700℃以下的三个温度范围的压缩变形进行了模拟实验，结合金相实验对变形过程中的宏观力学性能与微观组织演化规律进行了研究，以期为TC4合金的中温变形提供理论参考。研究结果表明：500℃以下TC4合金变形困难，动态再结晶难于进行，低温变形后的等轴晶粒增加，组织趋于均匀。

中温变形 微观组织 动态再结晶

1 前言

钛合金具有密度小、比强度比刚度高、耐腐蚀性好、高温力学性能优异、抗疲劳和蠕变性能突出、无磁性可焊接等优点在航空、航天、化工、兵器、舰船、能源等领域得到广泛应用［1］。

钛合金相变点以下较低温度的变形可以在一定程度上抑制钛合金的动态回复和动态再结晶行为，改善微组织，提高材料综合力学性能及强度，但由于钛合金低温塑性变形能力差，易产生开裂等加工缺陷，钛合金相变点以下相对低温材料行为的研究一直较少［2-3］。

钛合金属组织敏感材料，其微观组织与变形行为密切相关，同时对宏观材料性能影响很大，需重点研究［4-6］。

针对上述问题本文通过物理模拟手段，对TC4钛合金相变点以下相对低温的材料行为进行了一定的探索，通过实验研究了TC4钛合金形变过程中的应力应变行为及组织演化特征，以期能为钛合金相对低温塑性成形控制提供理论参考。

2 实验研究

2.1 实验材料及过程

图1 应力—应变曲线

图2 微观组织照片

表1 实验参数

实验所用材料是经过轧制得到的钛合金棒材，通过线切割制成Φ8X12试样。运用Gleeble-1500实验机的温度控制系统，对TC4的三个不同温度段的热敦粗进行了实验，压缩过程为自由降温过程，当达到终止温度时，停止变形，并立即进行水中淬火，对其组织进行冻结，以保证动态结晶晶粒的纯洁性。具体实验参数见表1。

2.2 实验结果分析

图1是应变率相同条件下不同温度的TC4压缩应力应变曲线。从图中可以看出，变形温度越高，流动应力越小，变形温度开始温度从700℃降到600℃时，峰值流变应力就增加100Mpa左右，而当降到500℃时峰值流变应力就增加200Mpa左右，这主要是由于随着变形温度的升高，合金的热激活作用增强，动态再结晶容于进行，随再结晶体积分数增加位错密度降低，合金的流变应力减小，也说明了TC4为温度敏感材料。反之，变形温度越低，动态再结晶越难于进行，合金的流变应力增加。

同时实验结果还表明，随温度降低TC4的塑性变形能力也降低，600-500℃压缩试验变形率并未达到50%，而是41.6%，500-400℃压缩试验变形率只有33.3%。

图2是变形前后的微观组织照片，其中图2a是变形前组织，图2b，3c及3d分别为700℃，600℃及500℃条件下的变形组织。从图中可以看出，原始组织晶粒形状成狭长状态，沿着轧制方向的平均晶粒长度为80微米左右。变形后经粒由狭长状逐渐向等轴转变，晶界逐渐减小，这主要是动态再结晶所引起。同时从变形组织中还可以看出，700℃与600℃变形后的晶粒区别不是很大，除了等轴晶粒还存在着部分原始扁平狭长晶粒，而500℃变形组织中存在有更多的等轴晶粒。由于温度越低动态再结晶越困难，这说明TC4合金在中低温度下变形可能存在着某种其它晶粒细化机制。

3 结语

TC4合金虽然在低温下不易变形，但变形后有可能比中高温变形获得更细小，分布更均匀的等轴晶粒。

［1］刘莹，曲周德，王本贤.钛合金TC4的研究开发与应用［J］.兵器材料科学与工程，2005，28（5）：47-50.

［2］聂蕾.TC4合金的热模段过程设计与质量控制［D］.西安：西北工业大学，2002.

［3］马文昌.铸态AZ91D镁合金体积成形工艺及微观组织演变模拟［D］.秦皇岛：燕山大学，2010.

［4］王召军.TC4合金高温变形工艺与显微组织特征［D］.沈阳：东北大学，2009.