熱力參數對TC16鈦合金應力應變及變形組織的影響

2017-03-22 14:38:25余新平

商情 2017年1期

【摘要】在Thermecmater-Z熱加工模擬實驗機上對TC16鈦合金進行熱態壓縮實驗，變形溫度和應變速率范圍分別為700℃～950℃和1s-1和5s-1。根據壓縮實驗結果，繪制出了不同變形溫度、不同應變速率下的應力-應變關系曲線，并分析了變形溫度、應變速率和變形程度對TC16鈦合金變形組織的影響。

【關鍵詞】TC16鈦合金；流變應力；變形組織

引言

TC16鈦合金是一種馬氏體型α+β兩相鈦合金，含有穩定的α穩定元素Al和同晶β穩定元素Mo和V。TC16鈦合金具有較高的強度、塑性，良好的抗疲勞、焊接等性能，廣泛應用于航天航空等領域的緊固用構件。對于強度要求較高的TC16鈦合金緊固構件，一般需要進行熱加工，而熱加工參數的選擇對合金的成形性能及顯微組織有著重要的影響。因此本文主要研究TC16鈦合金在不同變形溫度和變形量下，顯微組織的變化情況，可為相關熱加工工藝提供理論參考。

1實驗材料和方法

實驗材料為TC16鈦合金，該合金的α+β→β轉變溫度（β相變點）為860±20℃。將TC16鈦合金加工成Φ8mm×12mm圓柱體試樣，熱模擬壓縮實驗在Thermecmater-Z型熱加工模擬實驗機上進行，試樣兩端刻有0.2mm深的凹槽，用來儲存玻璃粉潤滑劑以減少磨擦。實驗采用真空感應加熱，升溫速率為10℃/s，加熱至設定溫度后保溫210s，壓縮變形后采用氦氣快速冷卻至室溫。高溫壓縮實驗方案如下：變形溫度：700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃；變形量：40%；應變速率為1s-1和5s-1。

2實驗結果與討論

2.1應力應變曲線分析

圖1為TC16鈦合金在不同溫度和應變速率壓縮的應力-應變曲線。當變形溫度一定時，應變速率越高，流動應力越大。當溫度在700℃～850℃之間時，在所有應變速率下，應力-應變曲線基本上為應變軟化型，也就是說，流動應力在較小的應變下（<0.05）達到峰值后隨應變的繼續增加而下降，下降的趨勢逐漸平緩，最后在某個應變附近趨于一定值這是因為在變形的初始階段，可能是由于大量可動位錯從晶界突然增殖，導致變形從晶界向晶內擴展引起的，而隨后的穩態流動則表明位錯增殖引起的應變硬化和位錯的相互銷毀及重排引起的軟化之間達到動態平衡。當溫度大于和等于850℃時，應力-應變曲線為穩態流動型。

（a）應變速率為1s-1

（b）應變速率為5s-1

圖1TC16合金在不同應變速率及溫度變形下的應力應變曲線

2.2熱力參數對TC16鈦合金變形組織的影響

如圖2所示，可知，在溫度750℃變形時，在較低變形速率1s-1下，變形時間長，α與β之間的相界模糊不清，與應變速率較高的5s-1相比，α相晶粒的體積分數含量較高，α+β相分布較均勻，但是總體來看區別不是很大。在850℃時動態再結晶已經開始，等軸狀的動態再結晶組織在β晶界處產生，兩應變速率對變形組織相變的影響主要表現在高應變速率時較均勻圍繞著β原始晶粒周圍的動態再結晶晶粒組織，動態再結晶程度較高。在β相變點以上的950℃時，變形組織均為β相，且β晶粒發生了明顯的動態再結晶。從兩個溫度的不同應變速率下的組織相比較，應變速率較高的β晶粒中所含板條馬氏體的量較低應變速率下的高且細。但高的應變速率會影響動態再結晶晶粒的尺寸，變形速率越高動態再結晶晶粒尺寸越小。（a）750℃，1s-1（b）850℃，1s-1

（c）950℃，1s-1（d）750℃，5s-1

（e）850℃，5s-1（f）850℃，5s-1

圖2不同變形溫度及不同應變速率下的TC16鈦合金變形組織

3結論

（1）TC16鈦合金在高溫壓縮變形時流動應力在較小的應變下（<0.05）達到峰值后隨應變的繼續增加而下降，下降的趨勢逐漸平緩，最后在某個應變附近趨于一定值，并當壓縮應變超過一定值時，真應力并不隨應變量的繼續增大而發生明顯變化；

（2）TC16鈦合金在變形溫度達到850℃時，可以觀察到合金發生了動態再結晶，動態再結晶晶粒尺寸隨變形溫度的增加而增大，隨應變速率的增大而減小。

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