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                        行業新聞

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                        鈦合金等溫及非等溫多道次熱變形行為及組織演變!


                        Ti-5Al-2.5Sn(TA7)鈦合金是一種典型的中等強度的近α鈦合金,該類合金由于優異的低溫力學性能及極佳的可焊性,被應用于航空和燃氣渦輪發動機和低溫應用領域。然而,該類合金熱變形的變形抗力較大、加工工藝窗口較窄,因此通常需要進行多道次熱變形(例如軋制、鍛造)及道次間保溫以達到目標形狀及微觀組織。因此,對典型近α合金TA7多道次過程中的熱變形行為及動態相變機理展開研究對工業生產具有重要指導價值。
                        近日,湖南大學張輝教授團隊對TA7鈦合金等溫及非等溫多道次熱變形行為展開了系統的研究,并對變形過程中的流變行為、微觀組織演變及動態相變機理進行了深入分析。相關論文以題為:“Constitutive and microstructural characteristics of Ti-5Al-2.5Sn alloy during isothermal and non-isothermal multi-stage hot deformation across different phase regions”發表于Journal of Alloys and Compounds。


                        論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164647

                        由于多道次熱變形過程中鈦合金內部動/靜態的微觀組織演變(如回復、再結晶、相變和球化等),鈦合金的多道次熱變形行為將包含復雜的加工硬化及流變軟化行為。因此,對鈦合金多道次熱變形過程中顯微組織演變的研究具有重要意義。本文設計的多道次熱壓縮方案如圖1所示,非等溫多道次熱變形從β單相區(1050℃)開始,共分六個道次,每道次應變為0.2,變形速率為0.001-0.1s-1,道次間降溫30℃,在變形過程結束后水淬以保留高溫下的微觀組織。等溫多道次熱變形的溫度范圍包括900-1050℃,道次間保溫100s,同樣在變形過程結束后水淬以保留高溫下的微觀組織。

                        圖1(a)非等溫多道次熱壓縮;(b)等溫多道次熱壓縮

                        TA7合金等溫多道次熱壓縮的流變應力曲線如下所示??梢钥闯?,當低于β相變點(995℃)時,合金多道次變形過程中發生了明顯的流變軟化。尤其是在990℃下,流變軟化行為非常明顯,變形三道次后合金的流變應力與β單相區(1020℃及1050℃)變形相當,這主要與合金熱變形過程中的動態回復、動態再結晶以及動態相變行為相關。此外,文中對TA7合金的等溫及非等溫多道次熱變形在α+β相區及β單相區分別建立了雙曲正弦本構方程,并驗證了本構方程的有效性。研究表明,當熱變形處于α+β相區內時,非等溫多道次熱變形的熱變形激活能明顯低于對應條件下的等溫多道次,這可能與不同應變路徑(等溫、非等溫)導致合金不同的微觀組織的轉變有關。

                        圖2TA7合金等溫多道次熱變形應力應變曲線

                        圖3為TA7合金在變形溫度900℃和應變速率1s-1等溫及非等溫多道次變形的微觀組織。等溫多道次變形后合金的微觀組織仍然由等軸α構成,合金內部含有大量亞晶界。非等溫多道次熱變形后,合金的微觀組織則由層狀α構成,在層狀的界面處還伴隨有少量的再結晶晶粒。此外,通過KAM圖及XRD衍射峰寬化測量,證明了同樣的變形溫度和應變速率下,等溫多道次后TA7合金內部的位錯密度高于對應非等溫多道次條件下合金的位錯密度。

                        圖3 TA7合金在變形溫度900℃和應變速率1s-1等溫及非等溫多道次變形的微觀組織:(a) 等溫多道次的IPF圖;(b)非等溫多道次的IPF圖;(c)等溫多道次的GOS圖;(d)非等溫多道次的GOS圖;(e)等溫多道次的KAM圖;(f)非等溫多道次的KAM圖;(g)衍射峰100的對比;(h)對應的mWH圖

                        文中通過對合金的微觀組織進行系統分析表明,在990℃進行等溫多道次變形時,合金內部發生了明顯的α+β→β動態相變。與鋼中的動態相變(奧氏體轉變為鐵素體)相似,鈦合金相變過程中的凈軟化是該類動態相變的驅動力。通過TEM分析表明,該相變的機制可能為切變形核擴散長大的機制,具體討論可從文中詳細查閱。

                        圖4TA7合金等溫多道次(990℃ 0.01s-1)過程中典型的動態相變α晶粒

                        本文針對TA7合金的等溫及非等溫多道次熱變形行為及微觀組織演變展開了系統研究。其中,等溫多道次熱變形過程中觀察到有明顯的動態相變現象,此外在某些工藝參數下還伴隨有FCC-Ti析出相的形成。對處于α+β雙相區的等溫多道次熱變形,最終TA7合金的微觀組織仍為等軸晶組織。對于非等溫多道次熱變形而言,由于存在相轉變(β→α)的影響,流變應力隨著變形溫度的降低而顯著升高,最終的微觀組織則主要由層狀α組成,伴隨有一定程度的再結晶晶粒??偟膩碚f,本文的研究結果對TA7合金多道次熱變形的實際生產具有重要指導價值,并對其他近α合金的多道次熱變形同樣具有指導作用。


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