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Ti5551l高強高韌近β鈦合金（化學成分）航空航天鈦合金的高溫塑性變形行為
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：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注。與應用較早的Ti1023鈦合金相比，Ti555ll和Ti5553易于熔煉鑄造，且具有更優異的綜合力學性能和淬透性，因此適合用于制作大尺寸的承力構件。
?高強高韌近β鈦合金具有比強度高、疲勞性能和斷裂韌性等匹配性高等特點，且具有較寬的加工鍛造窗口近β鈦合金，適于加工大尺寸結構件，在制造大型運輸機起落架等承力構件方面具有廣泛的應用前景。近年來，Ti5551l（Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe）和Ti5553（Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr）等合金得到了廣泛關注。與應用較早的Ti1023合金相比，Ti555ll和Ti5553易于熔煉鑄造，且具有更優異的綜合力學性能和淬透性，因此適合用于制作大尺寸的承力構件，受到廣泛關注。
Ti55511合金復雜形狀鍛件、大規格棒材（Φ≥350mm）、投影面積不低于0.5m2的大中型鍛件制備及工程化應用是國內外研究的重點。隨著塑性成形技術的發展，物理模擬和數值模擬在金屬塑性成形加工中的理論研究和生產實際作用已經顯示出巨大的作用。通過實驗的物理模擬，構建成型過程本構關系，獲得反應材料熱加工過程中流動應力與熱力參數（如應變量、應變速率和變形溫度）之間的關系，從而為后續數值模擬和設備噸位選擇提供依據，以節約生產成本，提高研發效率。
國內外在Ti55511合金本構關系方面的研究鮮有報道。鑒于此，研究人員在Gleeble-1500熱模擬試驗機上對Ti55511鈦合金固溶態圓柱試樣進行等溫壓縮，建立熱變形本構方程，研究合金在熱變形過程中的組織演化規律，為該合金鍛造工藝制定和有限元模擬提供理論依據。
研究采用Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金鍛棒，化學成分（質量分數，％）5.75A1、5.42Mo、4.48V、0.75Cr、1.2Fe，雜質總含量＜0.3，其余為Ti，相變點tβ=875℃。鍛棒首先進行（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熱模擬試驗機上進行等溫壓縮實驗：壓縮溫度750～900℃（熱模擬機升溫速度5℃／s，壓縮前保溫5min），應變速率0.001～1s-1，壓縮變形量0.7（變形程度為50％）。在熱模擬壓縮過程中，采用氬氣對壓縮樣品進行氣氛保護；利用熱模擬試驗機的計算機系統自動采集壓縮過程中應力、應變、溫度等數據。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型金相顯微鏡下對試樣進行金相組織分析。研究結果如下：
（1）Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe鈦合金的流變應力在變形初期隨著應變的增加而迅速增大；在相同應變速率的條件下，合金的流變應力隨變形溫度升高而減小；在相同變形溫度的條件下，合金的流變應力隨應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個特征常數：結構因子A=6.839×1019s-1，應力水平參數a=5.528×10-3MPa-1，應力指數n=3.72648，變形激活能Q=454.2kJ／mol，并且該合金的流變應力滿足以下本構方程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變速率減小，Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe鈦合金的主要軟化機制由動態回復向動態再結晶轉變，熱變形后的金相組織由被拉長破碎的β相和晶內析出的α相組成。
（4）在（α＋β）相區（750～850℃）變形時，α相析出量隨變形溫度的降低逐步提高，α相析出對再結晶起到一定阻礙作用。
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