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Ti5551l高强高韧近β钛合金（化学成分）航空航天钛合金的高温塑性变形行为
发布人：上海艾荔艾金属材料有限公司www.shailiai.com
更新时间：2014-09-09
Ti5551l（Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe）和Ti5553（Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr）等钛合金得到了广泛关注。与应用较早的Ti1023钛合金相比，Ti555ll和Ti5553易于熔炼铸造，且具有更优异的综合力学性能和淬透性，因此适合用于制作大尺寸的承力构件。
高强高韧近β钛合金具有比强度高、疲劳性能和断裂韧性等匹配性高等特点，且具有较宽的加工锻造窗口近β钛合金，适于加工大尺寸结构件，在制造大型运输机起落架等承力构件方面具有广泛的应用前景。近年来，Ti5551l（Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe）和Ti5553（Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr）等合金得到了广泛关注。与应用较早的Ti1023合金相比，Ti555ll和Ti5553易于熔炼铸造，且具有更优异的综合力学性能和淬透性，因此适合用于制作大尺寸的承力构件，受到广泛关注。
Ti55511合金复杂形状锻件、大规格棒材（Φ≥350mm）、投影面积不低于0.5m2的大中型锻件制备及工程化应用是国内外研究的重点。随着塑性成形技术的发展，物理模拟和数值模拟在金属塑性成形加工中的理论研究和生产实际作用已经显示出巨大的作用。通过实验的物理模拟，构建成型过程本构关系，获得反应材料热加工过程中流动应力与热力参数（如应变量、应变速率和变形温度）之间的关系，从而为后续数值模拟和设备吨位选择提供依据，以节约生产成本，提高研发效率。
国内外在Ti55511合金本构关系方面的研究鲜有报道。鉴于此，研究人员在Gleeble-1500热模拟试验机上对Ti55511钛合金固溶态圆柱试样进行等温压缩，建立热变形本构方程，研究合金在热变形过程中的组织演化规律，为该合金锻造工艺制定和有限元模拟提供理论依据。
研究采用Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金锻棒，化学成分（质量分数，％）5.75A1、5.42Mo、4.48V、0.75Cr、1.2Fe，杂质总含量＜0.3，其余为Ti，相变点tβ=875℃。锻棒首先进行（900℃，2h）均匀化退火，然后加工成Φ8?×12?圆柱试样，最后将圆柱试样在Gleeble-1500热模拟试验机上进行等温压缩实验：压缩温度750～900℃（热模拟机升温速度5℃／s，压缩前保温5min），应变速率0.001～1s-1，压缩变形量0.7（变形程度为50％）。在热模拟压缩过程中，采用氩气对压缩样品进行气氛保护；利用热模拟试验机的计算机系统自动采集压缩过程中应力、应变、温度等数据。压缩后的试样水淬至室温以保留高温变形组织，沿压缩方向切开后，制成金相试样，用腐蚀液腐蚀，并在XJP-6A型金相显微镜下对试样进行金相组织分析。研究结果如下：
（1）Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe钛合金的流变应力在变形初期随着应变的增加而迅速增大；在相同应变速率的条件下，合金的流变应力随变形温度升高而减小；在相同变形温度的条件下，合金的流变应力随应变速率的增大而增大。
（2）用线性回归方法可求得Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe钛合金高温变形的4个特征常数：结构因子A=6.839×1019s-1，应力水平参数a=5.528×10-3MPa-1，应力指数n=3.72648，变形激活能Q=454.2kJ／mol，并且该合金的流变应力满足以下本构方程ε(·)=6.839×1019[sinh（5.528×10-3σ）]3.72648·exp[-454.2／（RT）]
（3）随着热变形温度升高和应变速率减小，Ti-5A1-5Mo-5V-1Cr-1Fe钛合金的主要软化机制由动态回复向动态再结晶转变，热变形后的金相组织由被拉长破碎的β相和晶内析出的α相组成。
（4）在（α＋β）相区（750～850℃）变形时，α相析出量随变形温度的降低逐步提高，α相析出对再结晶起到一定阻碍作用。
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