基于加工圖技術的TA15鈦合金α+β兩相區鍛造工藝

張雯

摘 要：加工圖能夠反映在各種變形溫度和應變速率下，材料高溫變形時內部微觀組織的變化，并且可對材料的可加工性進行評估。在加工圖的基礎上對TA15鈦合金進行深入了解，對優化鈦合金熱加工工藝參數、預測及提高鈦合金產品性能又具有深遠的影響。

關鍵詞：TA15鈦合金；Prasad判據；加工圖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.025

0 引言

鈦是1790年發現的一種化學元素，鈦的比重為4.5。金屬鈦是一種化學性能很穩定的金屬。鈦合金具有良好的耐熱性、成形性、耐蝕性和生物相容性，成為鈦工業中的王牌合金 [1]。

1 TA15鈦合金

TA15鈦合金是通過α穩定元素鋁的固溶強化，并加入了少量中性元素鋯以及β穩定元素鉬和釩強化合金。該合金兼有α型和（α+β）型鈦合金的優點，即具有較高的室溫和高溫強度、良好的熱穩定性和焊接性能。廣泛應用于發動機的各種葉片、飛機的各種鈑金件、大型壁板以及焊接承力框等。

2 鈦合金熱變形時的性能變化

鈦合金最常用的形變熱處理方法是高溫形變熱處理和低溫形變熱處理。形變熱處理包括塑性變形和熱處理兩個工序，塑性變形和熱處理通常一起完成。鈦合金形變熱處理的基礎是其變形強化和熱處理強化的能力。

對TA15鈦合金熱變形行為的研究發現：（1）TA15合金在高溫變形過程中，流動應力首先隨應變的增大而增加，達到峰值后再下降，最后趨于穩定值。（2）應變速率較小時，變形溫度對穩態應力和峰值應力的影響較小；應變速率較大時，變形溫度對穩態應力和峰值應力的影響較大。

2.1 動態材料模型

動態材料模型把工件當作耗散器，加工變形時獲得的能量從兩個方向消耗：熱能和組織演變。由塑性變形所引起的為功率耗散量（G）；由組織變化所引起的為功率耗散協量（J）[2]。

2.2 塑性失穩判斷

塑性失穩判斷是預測金屬材料塑性流動失穩現象的依據。

2.3 Prasad失穩判據

3 基于Prasad判據的加工圖制作

根據Prasad等提出的塑性流動失穩判據，分別利用（1）和（3）繪制出功率耗散圖和失穩圖，將其疊加得到TA15鈦合金的加工圖。

4 加工圖預測結果分析及變形工藝優化

由圖3可以看出，η峰值隨真應變增大而增大。隨著溫度升高，失穩區減少，說明溫度對加工存在一定影響，中高溫對加工更有利。

5 結論

本文使用型熱加工模擬試驗機對TA15鈦合金進行等溫恒應變速率壓縮試驗，采用基于Prasad判據的加工圖技術對TA15鈦合金進行預測，最終優化出該合金的鍛造工藝范圍：最佳加工區范圍：溫度為800℃～900℃、應變速率0.001s-1～0.005s-1；適宜加工范圍：溫度為940℃～950℃、應變速率0.001s-1～0.1s-1。

參考文獻：

[1]張衛.鈦及鈦合金的發展與應用研究[J].科技創新導報，2011（07）.

[2]薛克敏等.TB8鈦合金的熱變形行為及加工圖[J].材料工程，2007.

[3]馮菲等.鑄態TC21鈦合金高溫熱變形行為及加工圖[J].稀有金屬材料與工程，2012（02）.endprint