相比例對(duì)高壓扭轉(zhuǎn)TC4鈦合金晶粒細(xì)化及超塑性的影響.pdf

1、高壓扭轉(zhuǎn)法(High Pressure Torsion，HPT)是一種制備塊體超細(xì)晶材料的新型塑性加工方法，它能顯著細(xì)化晶粒，提高材料的力學(xué)性能，已成為材料科學(xué)與工程領(lǐng)域內(nèi)的研究熱點(diǎn)。
　　本文采用高壓扭轉(zhuǎn)法對(duì)初始相比例不同的TC4鈦合金在室溫下進(jìn)行了不同扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的劇烈塑性變形。采用光學(xué)顯微鏡、透射電子顯微鏡和顯微硬度計(jì)觀察和分析了HPT變形試樣的顯微組織特征和性能，研究了不同扭轉(zhuǎn)圈數(shù)和初始相比例對(duì)HPT后合金的組織和顯微硬度的影

2、響，探討了HPT過(guò)程中的組織細(xì)化機(jī)理。此外，在低溫條件(500～600℃)下對(duì)高壓扭轉(zhuǎn)變形獲得的超細(xì)晶TC4鈦合金進(jìn)行超塑性拉伸試驗(yàn)，分析其超塑性變形能力和變形力學(xué)行為，并對(duì)其變形機(jī)理進(jìn)行了討論。主要結(jié)論如下:
　　(1)冷軋態(tài)TC4鈦合金經(jīng)兩相區(qū)熱處理(910℃/45min+550℃/3h、950℃/45min+550℃/3h和970℃/45min+550℃/3h，冷卻方式為空冷)后獲得了三種不同相體積分?jǐn)?shù)的等軸α+β轉(zhuǎn)變組織。

3、隨著溫度升高，β轉(zhuǎn)變組織含量增多，分別為30％(TC4-1)、53％(TC4-2)、75％(TC4-3)，最終得到的等軸α相晶粒尺寸分別為～7.0μm，～9.0μm和～9.5μm。
　　(2)高壓扭轉(zhuǎn)試驗(yàn)表明:高壓扭轉(zhuǎn)后，試樣的硬度隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)增多而升高，且沿著直徑方向上的硬度值分布不均勻，中心硬度低，邊緣硬度高。當(dāng)圈數(shù)大于5圈時(shí)，硬度值逐漸達(dá)到飽和狀態(tài)，當(dāng)圈數(shù)達(dá)到20圈時(shí)，顯微硬度達(dá)到最大值，且沿直徑方向上的分布趨于均勻。高壓扭

4、轉(zhuǎn)變形時(shí)，晶粒尺寸隨扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的增加而減小。在20圈扭轉(zhuǎn)變形后，三種不同初始相比例的TC4鈦合金的晶粒尺寸分別達(dá)到了117±30nm(TC4-1)、83±25nm(TC4-2)和77±15nm(TC4-3)，說(shuō)明片層組織更有利于高壓扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的晶粒細(xì)化。此外，經(jīng)20圈扭轉(zhuǎn)變形后，隨著組織中片層組織含量的增多，試樣中心處低硬度值區(qū)域的直徑逐漸減小，分別為3.0mm、2.0mm和1.0mm，與觀察到的顯微組織中心處變形不均勻區(qū)域直徑大致相符。

5、
　　(3)高壓扭轉(zhuǎn)過(guò)程中的顯微組織觀察表明:經(jīng)1圈扭轉(zhuǎn)變形后，晶粒內(nèi)部出現(xiàn)了取向差較小的板條狀組織;經(jīng)5圈扭轉(zhuǎn)后，板條間的取向差增大，逐漸發(fā)展為亞晶界，同時(shí)板條內(nèi)的胞狀組織增多，使板條沿長(zhǎng)軸方向開(kāi)始細(xì)化;隨著扭轉(zhuǎn)圈數(shù)的繼續(xù)增大，胞狀組織演變成亞晶，進(jìn)而發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)形成具有大角度晶界的等軸狀超細(xì)晶組織。
　　(4)對(duì)HPT超細(xì)晶TC4鈦合金的超塑拉伸試驗(yàn)表明:在實(shí)驗(yàn)條件下，TC4合金表現(xiàn)出了很好的低溫高應(yīng)變速率超塑性。在(ε

6、)=10-2s-1，溫度為600℃時(shí)延伸率高達(dá)419％;當(dāng)變形在較低的溫度T=500℃((ε)≤5×10-3s-1)下進(jìn)行時(shí)，延伸率仍然超過(guò)了300％;合金在600℃應(yīng)變速率為5×10-3s-1時(shí)，得到最大延伸率736％。此外，超細(xì)晶TC4鈦合金是一種對(duì)變形溫度和應(yīng)變速率敏感的材料，流動(dòng)應(yīng)力和延伸率均隨著變形溫度的升高而升高，隨著應(yīng)變速率的增加而下降。
　　(5)在試驗(yàn)溫度范圍內(nèi)，TC4鈦合金的變形激活能在162～180kJ/mo