、热变形参数对TA合金高温变形显微组织的影响.docxVIP

热变形参数对TA15合金高温变形显微组织的影响 姚彭彭1，宋群超1，李萍1 (1. 合肥工业大学材料科学与工程学院，安徽合肥 230009) 摘要 采用热模拟试验机在变形温度为900-1050℃、应变速率为1-10-2s、变形程度为40%和60%的条件下进行TA15合金等温压缩变形实验。利用光学显微镜分析合金热压缩条件和变形组织之间的关系，结果表明：TA15合金高温变形过程中，发生了动态回复和动态再结晶。热变形参数对显微组织的影响：随着变形温度的升高，晶粒的尺寸逐渐变大；以较快速率变形，容易使晶粒细化和等轴化；加大变形量，可以提高再结晶的程度，达到细化组织的目的。 关键词 TA15合金；热变形；显微组织；组织演变 1 前言 金属塑性变形不仅要获得所需产品的外观和尺寸，还需获得组织形态、晶粒大小和分布达到最优的显微组织，以使产品具有良好的使用性能。在金属热变形过程中，坯料变形成为具有某一特定形状的产品，同时，材料还经历一系列显微组织变化，如加工硬化、动态回复、动态再结晶及晶粒长大。对于TA15合金来说，热变形工艺中变形温度、应变速率和变形程度能影响它的动态再结晶和动态回复，而随后的冷却和热处理制度，又能影响其静态回复和再结晶。深入研究显微组织在热变形过程中的演化规律，对于合理选择工艺参数，控制钛合金件的组织和性能，生产出组织和性能都符合设计要求的产品具有重要意义[1,2,3]。TA15合金虽属于近α型钛合金，但也存在双相组织，而关于其热变形行为的研究多集中在单相组织（即α相组织）中，本文进行双相组织（即α+β双相组织）的等温压缩试验，来研究热变形试样显微组织随变形条件（如变形温度、应变速率、变形程度等）的变化规律 [4]。 2 试验方案 本试验采用TA15钛合金棒材，其化学成分（质量分数）为：6.6%Al，2.31%V，1.7%Mo，2.2%Zr，0.06%Fe，87.13%Ti，相变点为970-990℃。采用线切割将试样加工成Φ10×15的圆柱体，在Gleeble-3500热模拟试验机上进行轴对称恒应变速率等温压缩试验,，变形温度分别为900℃、950℃、1000℃、1050℃，应变速率分别为1s、10-1s、10-2s，变形程度分别为40%、60%，试样的加热规范为升温速度为10℃/s，升高到相应温度保温3min（1000℃以上温度保温1min），然后进行等温压缩变形实验，变形结束后，迅速对试样进行喷水冷却，以保留高温变形时组织。为减少压头与试样表面的摩擦，在试样两端加上钽片和润滑剂[5,6]。 3 热变形参数对TA15合金显微组织的影响 在热变形过程中，特定的显微组织与特定的流变应力相对应，而流变应力又是热变形参数的函数，因此，在冷却条件相同的情况下，金属变形后的显微组织主要取决于变形温度、变形程度和应变速率等热变形参数[4,7]。 3.1 变形温度对形变组织的影响 变形温度对形变组织的影响具有两重性：一方面，变形温度越高，原子的迁移扩散运动越剧烈，回复程度也越大，降低变形金属内储存的畸变能，进而降低再结晶驱动力；另一方面，变形温度越高，晶界迁移能力越强，发生再结晶的时间便越短，再结晶形核速率和长大速度均很快[8]。如图1.所示,可以看出变形温度对TA15合金的形变组织有着明显影响，该合金属于温度敏感型合金，较高的变形温度使得α相的扩散能力增强，有机会吞并附近细小的α晶粒，从而使得α晶粒数量减少，晶粒尺寸增大[9]。 （a）T=900℃（b）T=950℃ （c）T=1000℃ （d）T=1050℃ 图1. 应变速率为0.01s-1、变形程度为60%、不同变形温度下TA15合金的显微组织（x400） 图1.（a）为900℃条件下的变形组织，由于应变速率较低，初生α相晶粒尺寸略有长大。这是因为较长的变形时间促使了晶粒长大，但由于有β相的阻碍，并且此区域是应变量为60%试样的剧烈变形区，变形量较大，对α相的破碎有利，所以初生α相晶粒只是略有长大；此时发生的软化行为主要是动态再结晶，再结晶过程是一个热激活过程，温度越高再结晶过程越容易进行，这一软化行为可以从组织中α相的不均匀性可以看出，由于应变速率较慢时，变形时间过长，动态再结晶和晶粒长大在不断进行，不断有细小的新晶粒形成，但温度过高，再结晶的晶粒也不断聚集长大，导致晶粒粗大，这就是组织中等轴α相晶粒粗化的原因。图1.（b）中可以看到β相已成为多数相，发生了转变，在β晶粒的晶界处分布着较细小的α晶粒，这是晶界α相，热变形组织已基本变成β为基体的组织；由于β相为体心立方结构，具有较高的层错能，位错难以分解为不全位错，变形时较容易发生动态回复，此时材料中的动态再结晶受到一定程度的抑制 [7]。图1.（c）中α相