单相亚稳β组织的Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr合金的热变形机制

Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr合金是一种高强近β型钛合金，该合金兼具良好的加工性能和力学性能，已被用于制造大型航空部件。日本研究人员基于组织演变和加工图技术，对原始组织为单相β等轴晶的Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr合金的热变形机制进行了研究。实验温度分别为600、700、800、900、1000、1100℃，应变速率分别为0.001、0.01、0.1、1、10s-1。

实验结果表明，在应力-应变曲线中，较低温度区域和较高应变速率区域能观察到应力出现峰值之后的连续流变软化现象。然而，随着变形温度的升高或应变速率的减小，应力-应变曲线变得平缓。这是β钛合金热变形时的典型行为。随着温度的升高或应变速率的减小，变形以动态回复为主导。观察合金在700℃下的流变行为，发现应变速率为1s-1和0.1s-1时的流变曲线几乎是相同的，这主要是受变形过程中单相β组织中形成的α析出相的影响。由应力-应变曲线计算出的热变形激活能分别为296kJ•mol-1（600~800℃，0.001~0.1s-1）和188kJ•mol-1（900~1100℃，0.001~0.1s-1），表明β转变温度以上的变形和低应变速率的变形主要是以动态回复为主导。在700℃变形的组织中可以观察到细小的等轴晶，而且发现在变形过程中有α相析出。β相中的变形模式为：较高应变速率区域，亚晶变形占主导地位；较低应变速率区域，超塑性变形和晶界滑移占主导作用。在800℃及以上温度的所有实验条件下，变形组织中均有粗大的β晶粒组织。在变形速率为0.001s-1和0.01s-1时，变形组织中有粗大的亚晶粒和具有大角度晶界的新生细小晶粒，这表明连续动态再结晶在原始β晶粒的晶界附近占主导作用。另一方面，动态回复在原始β晶粒内部被频繁激活，随着应变速率的增加，动态回复的主导作用更加显著。根据加工图的结果，发现有三个区域具有最优功率耗散率（从40%到50%）。这三个区域与晶界滑移、动态回复以及与动态回复同时出现的连续动态再结晶有关。失稳图表明稳定区域出现在低应变速率和高应变速率区，也就是说，在所有实验温度下，当应变速率在0.05~1s-1范围时，流变行为表现出不稳定的特征。