变形态Ti40合金的热变形行为及其变形组织演变规律研究

【摘要】：以经过环轧变形后的Ti40合金为研究对象，通过在温度950～1100℃、应变速率1.0～0.001s-1和真应变0.11～0.92范围内的等温恒应变速率压缩实验，研究了Ti40合金的热变形行为并构建出精度较高的本构方程，获得了实验变形组织随变形参数的演变规律。研究结果可为该材料的热变形工艺的制定提供理论指导。 流动应力曲线的分析表明，在不同的变形条件下，流动应力随应变的增加快速到达峰值，然后大体上均呈稳态流动。流动应力对变形温度和应变速率都比较敏感，其随变形温度的增加和应变速率的减小而降低。通过对流动应力曲线和数据的进一步分析可知，该材料的本构关系适宜采用双曲正弦型Arrhenius方程进行构建，并通过向双曲正弦型Arrhenius方程中添加Z参数构建出了精度较高的本构关系。误差分析表明，所建本构关系误差小于10％的数据点占总数据点的94.41％，可较好地描述材料的热变形行为。 研究了变形程度为60%时变形温度和应变速率对变形组织演变规律的影响。结果表明，不同变形参数下的变形组织均发生了不同程度的动态再结晶，随着变形温度的增大和应变速率的降低，动态再结晶逐渐由晶界处向晶粒内部扩展。相同应变速率时，动态再结晶体积分数及其晶粒尺寸随着变形温度（950～1100℃）的增加而增大，当应变速率为1.0s-1时，分别约在8.02%～28.69%和8.77μm～30.36μm；当应变速率为0.1s-1时，分别约在5.32%～23.74%和7.93μm～13.82μm；当应变速率为0.01s-1时，分别约在31.56%～87.27%和10.72μm～40.26μm；当应变速率为0.001s-1时，分别约在74%～100%和36.08μm～90.23μm。相同变形温度时，当应变速率从1.0s-1降低至0.1s-1，动态再结晶体积分数及其晶粒尺寸略有减小，最大的变化幅度分别约为7.59%和16.54μm；但是当应变速率从0.1s-1降低至0.001s-1时，动态再结晶体积分数及其晶粒尺寸显著增大，最大变化幅度分别约为83.21%和76.41μm。从提高加工性能的角度考虑，当温度＜1050℃时，应变速率以≤0.01s-1为宜；当温度≥1050℃时，应变速率可放宽到1.0s-1～0.001s-1。 通过系统研究相同变形温度和应变速率下不同变形程度时的变形组织发现，大多数变形参数下的原β晶粒沿垂直于压缩方向被拉长压扁的迹象随着应变的增加越来越明显。变形温度为950～1100℃，应变速率为0.001s-1时，发生动态再结晶所需的临界应变最小（约为0.11），而在应变速率大于0.001s-1时，发生动态再结晶所需的临界应变随应变速率的增加而增大。另外，在相同变形温度和应变速率下，应变越大，动态再结晶体积分数及其晶粒尺寸越大。例如1000℃、0.001s-1时，应变从0.11增加至0.92的变形组织中，动态再结晶体积分数及其晶粒尺寸分别约在2.69%～84.48%和19.67μm～42.16μm。而变形组织的平均晶粒尺寸随应变的增加始终保持着减小的趋势，原β晶粒随着应变的增加得到了的细化。不同应变下的变形组织中，当应变速率从1.0s-1降低到0.001s-1时，动态再结晶机制由以形核再结晶为主逐渐转变为以连续再结晶为主。