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Ti5551l高強(qiáng)高韌近β鈦合金（化學(xué)成分）航空航天鈦合金的高溫塑性變形行為
發(fā)布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時(shí)間：2014-09-09
Ti5551l（Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe）和Ti5553（Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr）等鈦合金得到了廣泛關(guān)注。與應(yīng)用較早的Ti1023鈦合金相比，Ti555ll和Ti5553易于熔煉鑄造，且具有更優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和淬透性，因此適合用于制作大尺寸的承力構(gòu)件。
?高強(qiáng)高韌近β鈦合金具有比強(qiáng)度高、疲勞性能和斷裂韌性等匹配性高等特點(diǎn)，且具有較寬的加工鍛造窗口近β鈦合金，適于加工大尺寸結(jié)構(gòu)件，在制造大型運(yùn)輸機(jī)起落架等承力構(gòu)件方面具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，Ti5551l（Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe）和Ti5553（Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr）等合金得到了廣泛關(guān)注。與應(yīng)用較早的Ti1023合金相比，Ti555ll和Ti5553易于熔煉鑄造，且具有更優(yōu)異的綜合力學(xué)性能和淬透性，因此適合用于制作大尺寸的承力構(gòu)件，受到廣泛關(guān)注。
Ti55511合金復(fù)雜形狀鍛件、大規(guī)格棒材（Φ≥350mm）、投影面積不低于0.5m2的大中型鍛件制備及工程化應(yīng)用是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)。隨著塑性成形技術(shù)的發(fā)展，物理模擬和數(shù)值模擬在金屬塑性成形加工中的理論研究和生產(chǎn)實(shí)際作用已經(jīng)顯示出巨大的作用。通過(guò)實(shí)驗(yàn)的物理模擬，構(gòu)建成型過(guò)程本構(gòu)關(guān)系，獲得反應(yīng)材料熱加工過(guò)程中流動(dòng)應(yīng)力與熱力參數(shù)（如應(yīng)變量、應(yīng)變速率和變形溫度）之間的關(guān)系，從而為后續(xù)數(shù)值模擬和設(shè)備噸位選擇提供依據(jù)，以節(jié)約生產(chǎn)成本，提高研發(fā)效率。
國(guó)內(nèi)外在Ti55511合金本構(gòu)關(guān)系方面的研究鮮有報(bào)道。鑒于此，研究人員在Gleeble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上對(duì)Ti55511鈦合金固溶態(tài)圓柱試樣進(jìn)行等溫壓縮，建立熱變形本構(gòu)方程，研究合金在熱變形過(guò)程中的組織演化規(guī)律，為該合金鍛造工藝制定和有限元模擬提供理論依據(jù)。
研究采用Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金鍛棒，化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，％）5.75A1、5.42Mo、4.48V、0.75Cr、1.2Fe，雜質(zhì)總含量＜0.3，其余為T(mén)i，相變點(diǎn)tβ=875℃。鍛棒首先進(jìn)行（900℃，2h）均勻化退火，然后加工成Φ8?×12?圓柱試樣，最后將圓柱試樣在Gleeble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行等溫壓縮實(shí)驗(yàn)：壓縮溫度750～900℃（熱模擬機(jī)升溫速度5℃／s，壓縮前保溫5min），應(yīng)變速率0.001～1s-1，壓縮變形量0.7（變形程度為50％）。在熱模擬壓縮過(guò)程中，采用氬氣對(duì)壓縮樣品進(jìn)行氣氛保護(hù)；利用熱模擬試驗(yàn)機(jī)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)自動(dòng)采集壓縮過(guò)程中應(yīng)力、應(yīng)變、溫度等數(shù)據(jù)。壓縮后的試樣水淬至室溫以保留高溫變形組織，沿壓縮方向切開(kāi)后，制成金相試樣，用腐蝕液腐蝕，并在XJP-6A型金相顯微鏡下對(duì)試樣進(jìn)行金相組織分析。研究結(jié)果如下：
（1）Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe鈦合金的流變應(yīng)力在變形初期隨著應(yīng)變的增加而迅速增大；在相同應(yīng)變速率的條件下，合金的流變應(yīng)力隨變形溫度升高而減小；在相同變形溫度的條件下，合金的流變應(yīng)力隨應(yīng)變速率的增大而增大。
（2）用線性回歸方法可求得Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe鈦合金高溫變形的4個(gè)特征常數(shù)：結(jié)構(gòu)因子A=6.839×1019s-1，應(yīng)力水平參數(shù)a=5.528×10-3MPa-1，應(yīng)力指數(shù)n=3.72648，變形激活能Q=454.2kJ／mol，并且該合金的流變應(yīng)力滿(mǎn)足以下本構(gòu)方程ε(·)=6.839×1019[sinh（5.528×10-3σ）]3.72648·exp[-454.2／（RT）]
（3）隨著熱變形溫度升高和應(yīng)變速率減小，Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe鈦合金的主要軟化機(jī)制由動(dòng)態(tài)回復(fù)向動(dòng)態(tài)再結(jié)晶轉(zhuǎn)變，熱變形后的金相組織由被拉長(zhǎng)破碎的β相和晶內(nèi)析出的α相組成。
（4）在（α＋β）相區(qū)（750～850℃）變形時(shí)，α相析出量隨變形溫度的降低逐步提高，α相析出對(duì)再結(jié)晶起到一定阻礙作用。
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