钛合金等温及非等温多道次热变形行为及组织演变！

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164647

由于多道次热变形过程中钛合金内部动/静态的微观组织演变（如回复、再结晶、相变和球化等），钛合金的多道次热变形行为将包含复杂的加工硬化及流变软化行为。因此，对钛合金多道次热变形过程中显微组织演变的研究具有重要意义。本文设计的多道次热压缩方案如图1所示，非等温多道次热变形从β单相区（1050℃）开始，共分六个道次，每道次应变为0.2，变形速率为0.001-0.1s^-1，道次间降温30℃，在变形过程结束后水淬以保留高温下的微观组织。等温多道次热变形的温度范围包括900-1050℃，道次间保温100s，同样在变形过程结束后水淬以保留高温下的微观组织。

图1（a）非等温多道次热压缩；（b）等温多道次热压缩

TA7合金等温多道次热压缩的流变应力曲线如下所示。可以看出，当低于β相变点（995℃）时，合金多道次变形过程中发生了明显的流变软化。尤其是在990℃下，流变软化行为非常明显，变形三道次后合金的流变应力与β单相区（1020℃及1050℃）变形相当，这主要与合金热变形过程中的动态回复、动态再结晶以及动态相变行为相关。此外，文中对TA7合金的等温及非等温多道次热变形在α+β相区及β单相区分别建立了双曲正弦本构方程，并验证了本构方程的有效性。研究表明，当热变形处于α+β相区内时，非等温多道次热变形的热变形激活能明显低于对应条件下的等温多道次，这可能与不同应变路径（等温、非等温）导致合金不同的微观组织的转变有关。

图2TA7合金等温多道次热变形应力应变曲线

图3为TA7合金在变形温度900℃和应变速率1s^-1等温及非等温多道次变形的微观组织。等温多道次变形后合金的微观组织仍然由等轴α构成，合金内部含有大量亚晶界。非等温多道次热变形后，合金的微观组织则由层状α构成，在层状的界面处还伴随有少量的再结晶晶粒。此外，通过KAM图及XRD衍射峰宽化测量，证明了同样的变形温度和应变速率下，等温多道次后TA7合金内部的位错密度高于对应非等温多道次条件下合金的位错密度。

图3 TA7合金在变形温度900℃和应变速率1s^-1等温及非等温多道次变形的微观组织：(a) 等温多道次的IPF图；(b)非等温多道次的IPF图；(c)等温多道次的GOS图；(d)非等温多道次的GOS图；(e)等温多道次的KAM图；(f)非等温多道次的KAM图；(g)衍射峰100的对比；(h)对应的mWH图

文中通过对合金的微观组织进行系统分析表明，在990℃进行等温多道次变形时，合金内部发生了明显的α+β→β动态相变。与钢中的动态相变（奥氏体转变为铁素体）相似，钛合金相变过程中的净软化是该类动态相变的驱动力。通过TEM分析表明，该相变的机制可能为切变形核扩散长大的机制，具体讨论可从文中详细查阅。

图4TA7合金等温多道次（990℃ 0.01s^-1）过程中典型的动态相变α晶粒

本文针对TA7合金的等温及非等温多道次热变形行为及微观组织演变展开了系统研究。其中，等温多道次热变形过程中观察到有明显的动态相变现象，此外在某些工艺参数下还伴随有FCC-Ti析出相的形成。对处于α+β双相区的等温多道次热变形，最终TA7合金的微观组织仍为等轴晶组织。对于非等温多道次热变形而言，由于存在相转变（β→α）的影响，流变应力随着变形温度的降低而显著升高，最终的微观组织则主要由层状α组成，伴随有一定程度的再结晶晶粒。总的来说，本文的研究结果对TA7合金多道次热变形的实际生产具有重要指导价值，并对其他近α合金的多道次热变形同样具有指导作用。

本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系，未经许可谢绝转载至其他网站。