應變速率對兩相鈦合金α相中微孿晶形成的影響

應變速率對兩相鈦合金α相中微孿晶形成的影響

Ti-6Al-4V鈦合金的超塑性行為已被廣泛研究，但其在應用上受到了一些限制，如熱加工和冷加工困難、加工硬化率低及超塑性形成溫度過高。SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)是一種富β的α+β鈦合金，性能優于Ti-6Al-4V鈦合金，例如，有更高的拉伸和疲勞強度、更好的斷裂韌性和更低的超塑性成形溫度。SP700鈦合金中添加Mo作為β相穩定元素，使SP700鈦合金中β相變溫度(900℃)低于Ti-6Al-4V鈦合金的β相變溫度(978℃)。目前大多數的超塑性成形Ti-6Al-4V鈦合金產品于900℃左右成形，而SP700鈦合金在低于800℃時就顯示出優異的超塑性。雖然文獻中有許多關于Ti-6Al-4V鈦合金疲勞、蠕變和超塑性的研究，但對SP700鈦合金的研究很少。因此，研究人員考察了不同應變速率下單軸拉伸變形后SP700鈦合金的微觀結構演變，并與Ti-6Al-4V鈦合金進行比較。實驗選取富α的兩相Ti-6Al-4V鈦合金和富β的兩相SP700鈦合金熱軋棒材，按ASTM E292-01標準加工成拉伸試樣。使用MTS 810材料試驗機，在室溫下以不同應變速率(10－1、10－2、10－3、10－4s－1)進行拉伸試驗。從變形樣品中取3 mm厚的圓片，采用組成為5%的硫酸和95%的甲醇溶液，在－45～－40℃溫度范圍和20 V電壓條件下，進行雙噴射電解拋光處理。處理后，進行TEM分析。實驗結果表明，在不同應變速率下，SP700鈦合金的屈服強度始終比Ti-6Al-4V鈦合金的高，而且，其延展性好于Ti-6Al-4V鈦合金，尤其是在小應變速率10-4s－1下。研究發現，SP700鈦合金的延展性與孿晶的形成有關。由于SP700鈦合金在高應變速率下的β相穩定劑鉬元素具有較低的層錯能，使其α相中產生了大量的形變孿晶。在低應變速率下，α相中產生的長而密的孿晶使得SP700鈦合金具有良好的延展性。伴隨著應變速率的降低，SP700鈦合金的變形模式由β晶粒中的錯位控制機制變為α顆粒中的微孿晶控制機制。在高應變速率下，SP700鈦合金孿晶化改善塑性的情況不再發生。然而，Ti-6Al-4V鈦合金在高應變速率下產生更多的變形孿晶，并導致流動應力增加。

慕偉意摘譯自《Materials Science and Engineering A》