鈦合金因低密度、高比強(qiáng)度、耐腐蝕等獨(dú)特優(yōu)勢，在航空、航天、兵器等領(lǐng)域備受青睞[1]。鈦合金在高溫環(huán)境中仍有較高力學(xué)性能、蠕變抗力、抗氧化能力，常用來生產(chǎn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件、高速飛機(jī)蒙皮等鈑金零件，隨著我國航空產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展，其應(yīng)用前景廣闊[2-3]。經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展，逐漸形成了IMI-xxxx、BTxx、Ti-xxxx等一系列尚溫鈦合金。我國開發(fā)的Ti55、Ti60和Ti65合金應(yīng)用溫度升至650℃。Ti65是Ti-AlSn-Zr-Mo-Si-Nb-Ta-W-C合金體系的近α型鈦合金。

Jia等14]研究了鈦合金在高溫下的變形行為，揭示了在單相場中流動(dòng)軟化是由動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶引起，而雙相場中流動(dòng)軟化由α的破碎和球化造成。Balasundar等[5]:提出在P區(qū)速率控制變形機(jī)理主要由林位錯(cuò)的交叉作用，建立了α+β和β區(qū)的材料本構(gòu)模型，開發(fā)了基于動(dòng)態(tài)材料模型的加工圖。Yue等16]研究了Ti65合金在固溶處理后冷卻速率對拉伸行為影響，發(fā)現(xiàn)冷卻率增加有助于強(qiáng)度和伸長率提高，室溫下塑性差異主要由孿晶引起的相容變形和(:^的厚度與體積分?jǐn)?shù)共同決定，空冷樣品室溫下為準(zhǔn)解理斷裂，高溫下為韌性斷裂。Ebied等[7[通過等溫壓縮試驗(yàn)研究鈦合金的熱變形行為，高溫流動(dòng)應(yīng)力曲線顯示壓縮過程未產(chǎn)生硬化，而在高應(yīng)變率下動(dòng)態(tài)回復(fù)比動(dòng)態(tài)再結(jié)晶更明顯。Han等(8]開發(fā)了一種適用Ti65鈦合金的高溫氧化防護(hù)涂層，該涂層具有與Ti65合金基體相容的熱膨脹系數(shù)，且兼具良好的化學(xué)穩(wěn)定性和抗熱震性。吳汐玥等[9]研究了不同熱處理狀態(tài)下Ti65板材，發(fā)現(xiàn)熱處理明顯改變了板材組織和織構(gòu)，織構(gòu)是影響板材各向異性的主要因素。在高溫拉伸時(shí)，顯微組織和織構(gòu)種類不同導(dǎo)致強(qiáng)度變化。Zhang等^研究Ti65熱軋板蠕變后的取向行為，發(fā)現(xiàn)77)方向以（1216)[1211]和(0113)[1211]為主，蠕變機(jī)制主要由擴(kuò)散和晶界滑動(dòng)引起;方向以（1210)[1010]為主，蠕變機(jī)制主要由滑移引起。同時(shí)優(yōu)化時(shí)效處理工藝使合金強(qiáng)韌性均提高，確定強(qiáng)度提高由于(TiZr)3Si和Ti3Al的析出，塑性提高歸因于(^與^，比例優(yōu)化。Yue等[|2]利用透射電鏡(TEM)和原子探針斷層掃描（APT)對熱處理后的Ti65鈦合金進(jìn)行表征，并觀察到除Sn外，其它合金元素傾向聚集在α和β相。合金元素在(3相富集的順序是Zr、Nb、Ta、MO、W。

目前對Ti65合金熱成形工藝的研究鮮少,成為限制其在航空鈑金領(lǐng)域應(yīng)用的主要原因。為研究Ti65合金生產(chǎn)的最佳溫度和應(yīng)變率,本文作者利用高溫拉伸測試Ti65合金在不同溫度和應(yīng)變率下的力學(xué)性能，為Ti65合金在熱成形加工中提供理論指導(dǎo)。

1、試驗(yàn)方法

材料為2nun厚的軋制Ti65合金板材，化學(xué)成分如表1所示。沿板材軋制方向線切割試驗(yàn)所需樣品，如圖1所示。

通過MTSExceedE45.305電子高溫材料試驗(yàn)機(jī)測試不同條件下Ti65合金力學(xué)性能。溫度分別為740、790、840X；，應(yīng)變率分別為0.0012、0.0018,0.0024s^-1。

觀察板材原始試樣的顯微組織，金相樣品分別經(jīng)240、400、600、800、1000、1200*砂紙打磨，拋光至光滑鏡面，經(jīng)腐蝕得到最終觀察樣品。用場發(fā)射電子掃描電鏡(SEM)觀察拉伸后斷口形貌。

2、結(jié)果

2.1金相組織

圖2為原始板材的金相組織。原始板材為典型的等軸組織，由等軸α相、變形α相和少量的晶間β相構(gòu)成，同時(shí)局部位置能觀察到軋制變形流線。

2.2高溫力學(xué)性能

圖3為不同溫度下Ti65鈦合金板材沿ftD方向的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。圖4為790℃不同應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變曲線。不同溫度和應(yīng)變率的峰值應(yīng)力如表2所示。

2.3斷口形貌

圖5為Ti65板材分別在740、790的拉伸斷口。

3、分析討論

3.1溫度對高溫力學(xué)性能的影響

圖3中的高溫下拉伸曲線，在初始階段應(yīng)力迅速達(dá)到峰值，然后隨應(yīng)變增加而下降。因?yàn)槌跏甲冃坞A段位錯(cuò)密度驟增，產(chǎn)生加工硬化，但隨變形時(shí)間的延長，溫度增加了原子動(dòng)能，降低位錯(cuò)阻力，同時(shí)發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶，使動(dòng)態(tài)軟化占主導(dǎo)作用，減小變形抗力[13-14]。

圖6為不同溫度下峰值應(yīng)力。溫度對板材力學(xué)性能有顯著影響，隨溫度升高峰值應(yīng)力不斷降低[15]。這是因?yàn)闇囟忍岣呓档土嘶葡档呐R界剪切應(yīng)力，從而降低位錯(cuò)滑移所需的外力，導(dǎo)致峰值應(yīng)力下降[16-17]。

790℃下Ti65鈦合金板材的峰值應(yīng)力較低,840℃下峰值應(yīng)力更低，雖然在設(shè)備的允許范圍內(nèi)，但為提高加工效率、模具壽命和工件表面質(zhì)量，故選790℃作為熱成形最佳溫度。

不同溫度峰值應(yīng)力下的軟化程度差異明顯，740℃的軟化程度明顯高于另外兩個(gè)溫度，這是因?yàn)閼?yīng)變硬化與動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶的競爭程度不同，溫度越低導(dǎo)致兩者競爭強(qiáng)烈,軟化越明顯。

3.2應(yīng)變率對高溫力學(xué)性能的影響

圖7為不同應(yīng)變率下的峰值應(yīng)力。應(yīng)變率對板材力學(xué)性能影響顯著，隨應(yīng)變率升高峰值應(yīng)力不斷升高(15]。應(yīng)變率升高有助于增加位錯(cuò)密度，促進(jìn)硬化作用。同時(shí)應(yīng)變率的增加使動(dòng)態(tài)回復(fù)和再結(jié)晶進(jìn)行不充分，削弱其軟化作用[16-17]。

3.3高溫?cái)嗔褭C(jī)制

圖5中斷口存在方向不一的孔洞聚合路徑，最終斷裂由這些聯(lián)合路徑引起，所以高溫下斷裂形式為塑性斷裂[6]。但不同溫度下的斷口孔洞差異明顯。隨溫度升高，小尺寸靭窩的數(shù)量逐漸增加。在740℃斷口存在許多分布不均的大尺寸孔洞（圖5b)，而790℃存在數(shù)量眾多、分布均勻的小尺寸孔洞（圖5d)。韌窩越多，說明塑性越高[18]。

4、結(jié)論

1)Ti65鈦合金在740℃、應(yīng)變率為0.0018s^-1時(shí)，峰值應(yīng)力最大為381.1MPa,在840℃、應(yīng)變率為0.0018^-1時(shí)，峰值應(yīng)力最小為138MPa。

2)隨溫度的升高，峰值應(yīng)力逐漸減小；隨應(yīng)變率增加，峰值應(yīng)力逐漸增加。溫度增加和應(yīng)變率降低能

減小Ti65鈦合金變形抗力。

3)高溫環(huán)境下斷裂由微孔聚集引起，溫度越高等軸狀靭窩數(shù)量越多，有利于塑性的提高。

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（注，原文標(biāo)題：Ti65鈦合金板材高溫力學(xué)性能及影響因素）