TiNbTaZr鈦合金冷加工塑性行為研究

王玉會， 張 暉， 張旺峰， 顏孟奇， 李 野

(1. 北京航空材料研究院 先進鈦合金航空科技重點實驗室，北京100095;2. 西安交通大學，西安710049)

精密螺釘、彈性密封件及彈簧等零件需要高強度、低彈性模量的材料。但是，一般情況下，材料的彈性模量越低強度也越低。在此背景下，SAITO 等［1～4］研制出一組以Ti35Nb2Ta3Zr0.3O 合金為代表的新型多功能亞穩態β 鈦合金，即Ti-24mol%(Nb +Ta +V)-(Zr，Hf)-O，該合金具有超彈性、室溫超塑性、低加工硬化率，并且在經過超過90%的冷旋鍛變形后具有高強度、非線彈性、恒彈和恒脹等獨特的性能。2003年SAITO 等［1］在《Science》上首次報道該合金后，立即引起多國學者的關注并展開相關研究，涉及合金的設計理論、制備方法、彈性行為、塑性變形機制、成分、特異性能及腐蝕行為［2～9］等。其中，對該合金塑性變形行為及其機理的研究最為廣泛，但爭議也最多。

早期的研究認為，Ti35Nb2Ta3Zr0.3O 合金室溫超塑性及低加工硬化率等獨特的塑性行為與其非位錯型塑性變形機制有關，當合金滿足成分的平均價電子數e/a=4.24，Dv-Xα Cluster 法的結合次數Bo=2.87 和d 電子軌道能級Md=2.45eV 3個電子參數時，非位錯型塑性變形機制成立［1］。然而，有研究者根據這3個電子參數設計了較低Nb 含量的不同成分的合金［5，6］，均沒有達到Ti35Nb2Ta3Zr0.3O合金的各項特異性能，尤其是塑性較差，難以進行90%的冷加工。

迄今為止，該合金冷加工塑性行為機理系統研究的報道不多。該合金不同于普通β 鈦合金的塑性行為機理仍是一個亟待解決的謎。為此，本工作采用低成本的真空自耗熔煉法制備化學成分均勻的Ti35Nb2Ta3Zr0.3O 鑄錠，并研究合金在冷加工過程的塑性行為，探索其塑性變形機理。……