TC4-DT钛合金高温热变形行为研究

式： Ｑ…
为 应 力 指 数 ， 为 绝 对 温 度 （ ； 为 气 体 常数 Ｋ） Ｒ
（ ． １ ｔ ｌ ・ ） ， ， ： Ａ为 与 材 料有 ８ ３４ Ｊ・ ｏ～ Ｋ ｏ ； Ａ１Ａ ， 关 的常数 ，ｒ 和 ｎ 之 间满 足 ＝ ２ ｎ 。 ｏｔ ｔ２ ｌ ｎ／ Ｉ 当 为 常数 时 ， 根据 式 （ ） （ ） （ ） １ ， ２ ，３ 可得 ：
０ ０ ～１ｓ 、 形 程 度 为 ４ ％ 一７ ％ 条件 下 的热 变 形 行 为 ， 析 了 该 合 金 的 流 变 应 力 行 为 及 微 观 组 织 演 变 规 律 ， ．１ ０ ～ 变 ０ ０ 分 并 建 立 了本 构 关 系 模 型 。研 究 结 果 表 明 ，Ｃ 一 Ｔ合 金 在 ９０ 以 下 的较 低 温 度 变 形 时 应 力 软 化 现 象 非 常 明 显 ， Ｔ ４Ｄ ５％ 变 形 机 制 和 热 变 形 激 活 能 不 同于 ９ ０ 以上 的较 高 温 度 变 形 机 制 ； ９ ０ 以 上 高 温 度 变 形 时 ， 应 变 速 率 （ ５℃ 在 ５℃ 低 如 ＝ ００ ） 进 了动 态再 结 晶 行 为 的 发 生 ， 在 较 高 的应 变 速 率 （ ．１ Ｓ 促 而 如 ＝ １ｓ ） ， 般 只 发 生 动 态 回复 现 象 ， 态 ０ 时 一 动 再 结 晶行 为 受 抑 制 。 关键 词 ：Ｔ ４Ｄ Ｃ 一Ｔ钛 合 金 ； 温 锻 造 ； 态 再 结 晶 ； 观 组 织 高 动 微
形 机 制也发 生 了变 化 ， 热激 活 能 Ｑ也 在 １ ９ ４ ７ ． ｋＪ・ ｏｌ ｔｏ 左 右 ， 变形 机制 主要 由纯 Ｂ钛 的 自扩 散激 活 热 能 １１ ｔ ｌ ６ ｋＪ・ ｏ ｏ
压 缩 过 程 中 ， 样 两 端 用 石 墨 片 加 以 润 滑 ， 时 试 同 ， 也得 到 了相 应 的应 用 。另 ， 对 而
目前 国 内对 Ｔ ２ Ｃ １和 Ｔ ４ Ｄ Ｃ 一 Ｔ钛合 金 的损 伤 容
限性 能研究 比较 多 外对 Ｔ ２ Ｃ １的热 变 形 行 为研 究 也 比较 多
Ｔ ４Ｄ Ｃ Ｔ合金 的热 成 形 行 为 的研 究 则 较 少 ， 利 于 不
收 稿 日期 ： ０ ００ —０ 修 订 日期 ： ０ １０ —２ ２１— ２ ； ９ ２ １—２０ 基 金 项 目 ： 重 大 型号 钛 合 金 工 程 技 术 研 究 （ Ｚ ３ ７ ５０ 某 Ｋ ２０ １２ ）
第３ ２卷 第 １ 期
２１ ０ ２年 ２月
航
空
ห้องสมุดไป่ตู้
材
料
学
报
Ｖｏ． １３２，Ｎｏ ．１ Ｆｅ ｕ ｒ ２ ２ ｂｒ ａｙ ０１
Ｊ ＯＵＲＮ ＲＯＮＡ Ｉ ＡＬ ＭＡ ＥＲ ＡＬ ＡＬ ＯＦ ＡＥ ＵＴ Ｃ Ｔ Ｉ Ｓ
Ｔ ４ＤＴ钛 合 金 高温 热 变 形 行 为研 究 Ｃ－
材 料 需 要 克 服 一 定 的势 垒 才 能 完 成 热 变 形 过
在 ９ ０～１０ ￣ 温 度 区间 时 ： ＝５ ２ Ｑ ＝ ５ ０ ０（ ２ ｎ ． ４， １９ ４ Ｊ・ ｏ～ ， ＝１ ４ ４×１ ， ７． ｋ ｔ ｌ Ａ ｏ ．８ ０ 热变形 方程 为 ：
＝
程， 这个 势垒 就是该 热变形 过 程 的激 活能 ， 其大 小反 映了合金 热 变形过 程 中位错 开 动 、 回复 和 再结 晶进
建 立合金 的 Ａ ｒｅ ｉｓ ｒ ｎｕ 型热 变形本 构 方程 ， 析 热 变 ｈ 分 形 过程 中 的动态再 结 晶行 为 ， 制订 生 产 工 艺 参 数 为 提 供一定 的理 论参 考 。
１ 实 验材 料 和 方 法
实 验材料 选 用 Ｔ ４Ｄ Ｃ 一 Ｔ合 金 准 Ｂ锻 造 棒 材 ， 相
ＤＯＩ １ ． ９ ９ ｊｉｓ ． ０ ５５ ５ ． ０ ２ １０ ７ ：０ ３ ６ ／ ．ｓｎ １ ０ —０ ３ ２ １ ． ． ０
中 图分 类 号 ：Ｔ １ ６ ２ Ｇ ４ ．
文 献标 识码 ：Ａ
文 章 编 号 ： ０ ５５ ５ （ ０ ２ ０ 一 ３ —５ １ ０ —０ ３ ２ １ ） ｌ０ ００ ０
变 点为 （ ７ ９ ０±５ ℃ 。原 材 料 显 微 组 织 为 粗 片层 魏 ）
加工 方 法 是 高 温 锻 造 ， 准 ｐ锻 造 、 如 Ｂ锻 造 ， 是 这
由于在 Ｂ相 区 附近 变 形后 零 件 的 组 织 主 要 是 在 高
温蠕 变 度 、 裂 韧性 、 劳 裂 纹 扩 展 率 等 方 面 有 明 断 疲 显优 越 性 的 魏 氏组 织 和 网 篮 组 织 ¨ 这 正 是 损 伤 ，
王 小 芳 陈 明和 ， 陈 伟 朱 知 寿 ， ，
（． １南京 航空 航天 大学 机 电学 院 ， 南京 ２０ １； ． １０６ ２苏州 有 色金属 研究 院 ， 江苏 苏州 ２５２ ； ． 京航 空材 料研 究 院 ， 京 １０９ ） １０６ ３北 北 ００５
摘 要 ：利 用 Ｇｅｂ 一 ０ 热 模 拟 实 验 机 ， 究 了 Ｔ ４Ｄ ｌｅｌ ３ ０型 ｅ５ 研 Ｃ －Ｔ损 伤 容 限 型 钛 合 金 在 温 度 ８０ ～１０ ￣ 、 变 速 率 ５℃ ００ 应
方程 为 ：
：
ａｎ ｌ
０ｎ １
ｌ
０ｎ － １ ｏｐ
，
雨
ｌ
（） ４
３ ６４ Ｘ １ ｆ ｉｈ ０ ０ ７ ） ．４ ０ ｎ （ ． ０ ４ １ ｓ ｅｐ 一 １ １６ ０ Ｒ ） ｘ （ ２ ６ ４ ／ Ｔ （） ６
根据 图 ３ —ｂ 求得 仅值为 ０ Ｏ７ Ｍ ａ ａ ， ．０４ Ｐ ～。
图 ３ Ｔ ４Ｄ Ｃ 一 Ｔ钛 合 金 峰 值 应 力 与 应 变 速 率 及 变形 温度 的关 系
Ｆｉ ． Ｒｅａ ｉｎ ｈ ｐ ｏ ａ ｔｅ ｓ ，ｔａｎ ｒ ｔ ｎ ｅ ｅ ａｕ ｅ ｇ３ ｌｔｏ ｓ ｉ ｆｐｅ ｋ ｓｒ ｓ ｓｒ ｉ ａ ｅ ａ ｄ ｔ ｍｐ ｒ ｔｒ
ｎ ａ． ｄ ｃ ｕａ ｅ ｕ． ｎ。
３ ２
航
空
材
料
学
报
第３ ２卷
・ ｏ ） １可 表示 峰值应 力或 稳态 流 变应 力 ， ｍ ｌ ；＂ ３ 或相 当于指 定某 应变量 时对 应 的流变 应力 （ ａ ； ， ＭＰ ） ｎ ｎ ，
，
并 对 １ Ｔ求偏导 ， ／ 整理 得到 热 变形 激 活 能 Ｑ 的表达
单 纯 的静强 度 设 计 向现 代 的损 伤 容 限设 计 准 则 转 变， 要求 钛 合 金 在具 有 一定 强 度水 平 条 件 下 ， 要 还 具 有 较 高 的 断 裂 韧 性 和 较 低 的疲 劳 裂 纹 扩 展 速 率 。Ｔ ４ Ｄ Ｃ 一 Ｔ和 Ｔ ２ 钛 合 金 都 是 在 此 理 念 下 我 国 Ｃ１ 自主研 发 的新 型 损 伤 容 限 型钛 合 金 ， 两 种 合 金 这 形成 了强 度 高 低 搭 配 、 能 优 势 互 补 的损 伤 容 限 性 型 飞机 结 构件 用 钛 合 金 系列 。此 类 结 构 件 常 用 的
由此 可见 ， ９ Ｏ 以下 ， 在 ５℃ 变形 加 热 和热 变形 速
相 在 总量上 减少 的 同 时 ， 态 也 有 长 条状 变 为 短 条 形 状 （ 图 ４ 和 图 ４ ） 并 出现 网篮 组织 。此 时 ， 变 见 ｃ ｄ ， 热
率 导致 的 Ｔ ４Ｄ Ｃ 一Ｔ钛 合金 相变不 明显 ， 合金 中仍 以 仅
ａｎ ｌ
ｎ １ 一
ｄ』 ｌ ， ｌ Ｉ
／
绘 制 Ｉ ［ｉｈ Ｏ ＂ ］一１ Ｔ曲线 （ 图 ３ ） ｎ ｓｎ （Ｌ 。 Ｏ） ／ 见 ｄ 。其
中， ８ ０～９ ０Ｅ温 度 区 间 时 ， ＝ ４ ９ 在 ５ ５＇ ． ９，Ｑ ＝ １ １ ． ４ Ｊ・ ｏ～ ， ＝３ ６ ４ Ｘ １ ， 变形 本 构 ２６ ６ ｋ ｔ ｌ Ａ ｏ ． ４ ０ 热
容 限设 计 的关 键 所 在 。 由 于 Ｂ工 艺 本 身 与 材 料 的 热变 形 条 件 密 切 相 关 ， 此 研 究 合 金 在 不 同条 件 因 下 的 高温 热变 形 特 征 对 于 继 续 深 入 研 究 其 损 伤 容
限性 能很 有 意义 。
对 试 样 进 行 恒 温 、 应 变 速 率 条 件 下 的 热 压 缩 变 恒 形 。试 样 采 用 电 阻加 热 法 ， 热 速 度 为 ３ ／ ， 加 ℃ ｓ 到 达 试 验 温 度 后 保 温 ２ ｎ使 试 样 内部 温 度 均 匀 ； ｍｉ
行 的难 易程度 。当 一定 时 ， 式 （ ） 边取 对 数 ， 对 ３两
１４ ４×１ ｓ ｈ ０ ０ ７ ￣） ．８ ０［ｉ （ ．０４ ］ ｎ
ｅｐ ｘ （一 １ ９ ０ ／ ７ ４ ０ ＲＴ） （） ７
２ ２
●
Ｏ Ｏ
Ｊ
５ Ｏ ５ Ｏ ５ Ｏ ５ Ｏ ５ Ｏ
为 ８ ０Ｃ， ０ ９ ０ Ｃ， ７ ５ ９ ０Ｃ，５ ９ ５ Ｃ和 １ ０ 应 变 速 ｏ ｏ ｏ ｏ ０ ０Ｃ， ｏ
率 分 别 为 ０ ０ ～， ． ～ ， ． 和 １ ， 形 ．１ ｓ ０１ ｓ １ ０ ｓ ０～ 变 ｓ
量 为 ４ ％ ， ０ 和 ７ ％ 。 整 个 实 验 过 程 中试 验 ０ ６％ ０
相为主 （ 图 ４ 见 ａ和 图 ４ ） 热 变 形 激 活 能 Ｑ 为 ｂ ，
１ １ ．４ ｋＪ・ ｏ 左右 ， ２ ６ ６ ｔ ｌ ｏ 但远 远高 于纯 ｏ钛 的 自扩 Ｌ 散 激活 能 ２ ４ ｏ ｌ ０ ｋ Ｊ・ｔ ｏ ， 与 热 变 形 的 同 时 发 这 生相变 行 为有关 。而 当温 度 高 于 ９ ０ 和 在较 低 的 ５℃ 应 变 速率下 时 ， 金 中 相 大 量 向 ｐ转 变 ， 且 合 并 相 的形貌也 因热 变形 和动态 回复 与再结 晶而发生 变 化 。在温度 较低 时 ， 相 主 要是 原 组 织 受 压 而 发 生 形变 ， 因而 晶粒 成 条 状 被 拉 长 ， 随着 温 度 的升 高 ，
机 自动记 录 压缩 数 据 ， 直接 获得 真 应 力 一 应 变 曲 真 线 。 利 用 正 置 金 相 显 微 镜 Ｌ ０ ３ Ｌ ０ ０观 察 变 ２０ ／２ ３
形 后试 样 微 观组 织 。
通 信 作 者 ： 明 和 ， 授 ， 士 生 导 师 （ — ａ ） ｅｍ ｃｅ ＠ 陈 教 博 Ｅ ｍ ｉ ｍ ｅ ｈ ｈｎ ｌ
作 者 简 介 ： 小 芳 （ ９ ６ ） 女 ， 士 研 究 生 ， 要 研 究 方 向 王 １ ８一 ， 硕 主 为 钛 合 金 热 加 工 过 程 中 微 观 组 织 演 变 模 拟 ， Ｅｍａ ） ａｇｆ （ — ｉ ｗ ｎｘ ｌ
３ ３ ＠ １ ３． ｏ ２１ Ｏ１ ６ ｃ ｍ
通 入氩 气 ， 防止 试 样 氧 化 。 根 据 材 料 常 用 加 工 方 法 以及 实 验条 件 选 定 实 验 条 件 为 ： 形 温 度 分 别 变
氏组织 ， 图 １所 示 。将 试 样 线 切 割成 热 压 缩 标 准 如 试样 ， 尺寸 为 西 ｍ ×１ ｍ ８ ｍ ２ ｍ。
采 用 常 用 模 拟 锻 造 过 程 的方 法 ， 轴 对 称 等 即 温 压 缩 试 验 ， Ｇ ｅ ｂｅ３ ０ 在 ｌｅ ｌ一５ ０型 热 模 拟 试 验 机 上
近年 来 国 际航 空 结 构 材 料 的 设 计 理 念 逐 渐 由
Ｔ ４Ｄ Ｃ 一Ｔ合金 的进 一 步 开 发 和利 用 。因此 本 文 主要
研 究 Ｔ ４Ｄ Ｃ 一Ｔ合 金 热 压缩 变 形 过 程 中变 形 温 度 、 应 变 速率及 变形 程度 对 流 变应 力 和 显 微 组织 的影 响 ，