不同晶粒尺寸TC4钛合金高温变形行为研究

【摘要】： 不同晶粒尺寸的钛合金,在相同变形条件下的高温变形行为显著不同,而且钛合金的组织和性能对变形热加工参数比较敏感。因此,研究不同晶粒尺寸TC4钛合金在不同变形条件下的力学行为及内部微观组织的变化,可为合理确定材料的热加工工艺和控制产品质量提供科学依据和理论指导。 本文研究了晶粒尺寸分别为6μm、12μm和20μm的TC4钛合金的室温压缩变形行为和高温压缩变形行为。借助扫描电子显微镜(SEM)观察室温压缩后的断口形貌;通过热压缩试验,分析了晶粒尺寸和变形条件对力学行为的影响;采用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)、背散射电子衍射(EBSD)和高温金相显微镜研究了变形过程中的组织演变规律。 室温性能测试结果表明:随着晶粒尺寸的减小,合金的断裂强度和硬度值均增加;压缩断口为混合型断口,且断口表面比较光滑,随着晶粒尺寸的减小,韧窝所占比例增加。 高温压缩试验结果表明:当应变速率处于10-1s-1-10-3s-1范围时,流变应力和合金的软化速率均随着晶粒尺寸的减小而增大;当应变速率为10-4s-1时,流变应力随着晶粒尺寸的减小而减小。不同晶粒尺寸的钛合金,流变应力均随着变形温度的升高和应变速率的降低而降低。平均晶粒尺寸分别为6μm、12μm和20μm时,合金的热变形激活能依次为360.8 kJ/mol、368.3 kJ/mol和387.2 kJ/mol,均远远高于α钛自扩散激活能204 kJ/mol与β钛自扩散激活能161 kJ/mol,这表明合金在变形过程中发生了动态再结晶。 高温压缩过程中的微观组织观察表明:晶粒尺寸为6μm和12μm时,变形过程中晶界角度发生了变化,变形后组织仍保持等轴状,且大角度晶界的比例增加,因此,变形中晶界滑移占主导地位;晶粒尺寸为20μm时,合金变形后组织被拉长,变形机制以位错运动为主。变形温度的升高和应变速率的降低有助于动态再结晶现象的发生。晶粒尺寸为6μm的TC4钛合金在10-4s-1变形时,软化以动态回复为主。