詳細(xì)描述

鈦及鈦合金具有眾多優(yōu)異的性能，如高的比強(qiáng)度、優(yōu)良的耐腐蝕性、良好的低溫性能以及無磁等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于航空、航天、海洋、汽車和生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)。

其應(yīng)用水平日益成為衡量一個(gè)國家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平、社會(huì)發(fā)展和戰(zhàn)略地位的重要指標(biāo)。TA15鈦合金是一種通用型高鋁含量的近α型鈦合金，兼有α型和α+β型鈦合金的優(yōu)點(diǎn)，具有中等室溫和高溫強(qiáng)度，良好的熱穩(wěn)定性和焊接性能，長(zhǎng)時(shí)工作溫度可達(dá)500℃，主要用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件和發(fā)動(dòng)機(jī)上，是一種重要的航空材料。

研究發(fā)現(xiàn)，晶粒細(xì)化可以有效提升鈦合金的強(qiáng)度及塑性，進(jìn)一步提高其使用壽命。大塑性變形技術(shù)（SPD）通過對(duì)金屬施加大的塑性應(yīng)變，有效細(xì)化金屬組織，從而獲得亞微米甚至納米尺寸的晶粒，提高合金的綜合性能。多向鍛壓工藝（MDF）是一種典型的大塑性變形方法，變形過程中對(duì)塊狀金屬材料沿三個(gè)不同的軸向進(jìn)行反復(fù)壓縮，其工藝原理如圖 1 所示。多向等溫鍛壓不僅工藝簡(jiǎn)單、成本低，而且可使用現(xiàn)有的工業(yè)裝備實(shí)現(xiàn)制備大塊致密材料并使材料性能得到改善等目的，可直接用于工業(yè)生產(chǎn)。目前，對(duì)初始組織為片狀或雙態(tài)組織的 TA15 鈦合金大變形量的熱加工組織演變的研究多有報(bào)道。對(duì)初始組織為等軸狀的TA15鈦合金熱加工變形的研究多在近β或β單相區(qū)溫度區(qū)間，但存在變形后冷卻速率不夠快易造成晶粒尺寸迅速長(zhǎng)大和材料不均勻問題，且高溫β相組織難以保留。由于TA15合金鍛壓溫度區(qū)間窄，在β轉(zhuǎn)變溫度下成形具有較低的延展性。因此，研究在相變點(diǎn)以下溫度區(qū)間內(nèi)大塑性變形參數(shù)對(duì)組織性能的影響具有較大的實(shí)際意義。本實(shí)驗(yàn)通過等溫多向鍛壓實(shí)驗(yàn)，結(jié)合組織觀察和室溫拉伸性能測(cè)試，對(duì)在α+β相區(qū)溫度加熱后在不同變形條件下變形水冷后的初始組織為等軸狀的TA15鈦合金的顯微組織演變和室溫拉伸性能進(jìn)行研究，探明初生α隨變形道次和溫度的演化規(guī)律，以獲得組織均勻、綜合性能優(yōu)異的TA15合金材料。

TA15鈦鍛件鍛壓的組織變化特點(diǎn)：

1) TA15 鈦合金經(jīng)多向鍛壓變形后，晶粒主要通過機(jī)械破碎和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶細(xì)化。700 ℃變形條件下隨著變形道次的增加，晶粒細(xì)化的主要方式由機(jī)械破碎轉(zhuǎn)向連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，組織中粗大的初生α晶粒得到明顯細(xì)化，3道次后細(xì)化至6.0μm，等軸α晶粒增多，顯微組織均勻性得到有效提高。

2) 3 道次變形條件下，隨著變形溫度的升高，材料中的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象明顯，合金中位錯(cuò)等缺陷減少，900 ℃，3道次變形條件下初生α晶粒細(xì)化效果不明顯。

3) 多向鍛壓變形后，隨著鍛壓道次的增加，材料的強(qiáng)塑性提高，700 ℃，3道次變形條件下抗拉強(qiáng)度提高到1443 MPa，延伸率增加到13.6%，變形溫度的提高保證了材料的良好塑性，強(qiáng)度得到改善，材料綜合性能得到明顯提高。