TC11鈦合金在航空工業上應用廣泛，但其熱變形溫度范圍較窄，變形抗力大［1-3］。變形過程中合金的流動應力對溫度、應變速率等工藝參數比較敏感［4-6］。

為了優化TC11鈦合金的熱成形工藝參數，研究TC11鈦合金熱變形行為以及熱變形過程中工藝參數的變化對微觀組織的影響至關重要。本文利用熱模擬壓縮試驗，分析TC11鈦合金的在不同工藝參數下的熱變形行為以及顯微組織的演變規律。結合熱加工圖分析［7-8］，從而達到優化TC11鈦合金變形工藝參數的目的。

1、試驗材料與方法

試驗采用φ18mm的TC11鈦合金棒材，試驗前進行退火，制度為950℃×1h，爐冷至600℃保溫2h，空冷。退火后的顯微組織如圖1所示，由圖1可以發現，退火后TC11鈦合金顯微組織主要由等軸α相和β相組成。退火后的試樣機械加工成φ8mm×12mm的圓柱體進行后續的熱模擬壓縮試驗，試驗設備選擇Gleeble-3500型熱模擬試驗機。變形溫度選擇:750、800、920、940和960℃，應變速率:0.001、0.1、1和10s^－1，變形程度:30%、50%和70%，壓縮變形后采用水冷的方式冷卻。變形后的試樣沿軸線方向切割，制備金相試樣后進行顯微組織觀察。

2、試驗結果與討論

2.1流動應力

不同變形溫度和應變速率下的TC11鈦合金應力-應變曲線如圖2所示。熱變形溫度較低時(750、800℃)，流變應力隨著應變的增加逐漸增加，達到峰值后呈降低的趨勢。而在920、940和960℃較高的變形溫度下，流動應力在最初的急劇升高后，迅速軟化并趨于穩定，處于穩態流動的狀態。在相同溫度下，隨著應變速率的升高，流動應力的軟化程度增加。TC11鈦合金在變形初期，加工硬化速率大于動態軟化的速率，若應變速率較高，造成流動應力急速上升;隨著變形的增加，位錯密度增加，晶格畸變能增加，為合金的動態再結晶提供了形核點以及驅動力，從而使得動態再結晶等軟化作用增加，造成位錯密度降低，流動應力減小。而在較低的應變速率下，位錯的增殖相對較慢，同時變形時間長，有利于動態回復的進行，從而使得硬化和軟化處于一個動態的平衡，流動應力曲線比較平緩。

2.2熱加工圖

基于動態材料模型(DMM)，結合熱模擬壓縮試驗獲得的應力-應變數據，分別計算在不同變形溫度、應變速率以及變形量條件下TC11鈦合金的能量耗散率η以及穩定性參數ξ(ε·)。利用能量耗散率η，繪制變形溫度T和應變速率ε·所構成的二維平面上功率耗散圖;結合不同條件下的ξ(ε·)值繪制的流變失穩圖可以獲得特定應變條件下的熱加工圖。圖3給出了TC11鈦合金在真應變為0.6時的熱加工圖，圖3的等值線表示TC11鈦合金在熱變形過程中的能量耗散率η，陰影部分表示熱變形過程中的塑性失穩區(ξ(ε·)＜0)。從圖3可以發現，在真應變為0.6的條件下，當變形溫度為940℃，應變速率為0.001s^－1時，TC11鈦合金變形過程中的能量耗散率最高，達到0.71。而當變形溫度在920～930℃，應變速率在0.9～10s^－1時，TC11鈦合金在熱變形時出現塑性失穩的現象。

2.3顯微組織

圖4為940℃、變形量為30%時在不同應變速率下TC11鈦合金熱變形后的顯微組織。不同應變速率下，變形后顯微組織中α相的差別較大。在0.001s^－1的條件下，變形時間長，α相有合并長大的趨勢，使得α相的晶粒數量降低，尺寸增大，在熱加工圖上這部分區域的能量耗散率高，主要是組織的演變消耗了較多的變形能量。隨著應變速率的增加，合金的變形過程中動態回復加強，原始組織中的等軸狀晶粒能夠保持下來(見圖4(b))。而當應變速率為10s^－1時，變形時間較短，動態回復無法進行，同時位錯密度以及畸變能的迅速增加，有利于動態再結晶的進行，圖4(d)可以發現，顯微組織中細小的α相增多，晶粒細化現象明顯。

圖5為在920℃，10s^-1的條件下，變形量對TC11合金顯微組織的影響。由圖5可以發現，隨著變形量的增加，顯微組織中的α相出現動態再結晶細化的現象。當變形量為30%時，顯微組織呈現變形的特征;當變形量為70%時，顯微組織中細小α相明顯增多。對比圖4(d)和圖5(a)可以發現，在相同應變速率和變形量下，變形溫度的升高有利于合金的動態再結晶。

3、結論

1)TC11鈦合金在高溫變形過程中，隨著變形溫度的升高以及應變速率的降低，合金的流動應力呈降低的趨勢;隨著應變速率升高，合金的流動應力軟化程度增加。

2)在真應變為0.6的條件下，能量耗散率最高出現在940℃，0.001s^－1的條件下，達到0.71;塑性失穩區出現在920～930℃，0.9～10s^-1的變形工藝參數范圍。

3)TC11鈦合金在熱變形過程中，應變速率的增加促進α相的動態再結晶;同時變形量的增加以及變形溫度的升高有利于再結晶的進行。

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