Ti60合金热变形行为及微观组织

高温钛合金主要用于制造航空发动机压气机叶片、机盘和机匣等零部件，要求材料在工作条件下具有高的比强度、高温蠕变抗力、疲劳强度及良好的组织稳定性等。目前，高温钛合金的最高使用温度为600℃，是大推重比航空发动机的关键结构材料。Ti60合金是我国自行开发的新型600℃高温钛合金，具有优良的综合力学性能和抗蠕变性能，但该合金成形温度区间较窄，其变形抗力对变形温度和应变速率非常敏感，成形过程中局部容易过热，致使微观组织分布不均匀，导致了成形的复杂性。科研人员在热模拟试验的基础上，分析了变形工艺参数对该合金流动应力的影响规律，计算了不同变形条件下的应变速率敏感因子，并对变形微观组织进行了观察和分析，以期为高温钛合金的实际生产提供参考。

试验料取自Ti60轧环，成分为Ti-5.6Al-4.8Sn-2.0Zr-1.0Mo-0.35Si-0.85Nd，其（α+β）/β转变温度为1040℃。等温恒应变速率压缩试验在ThermecmastorZ热模拟试验机上进行，试样采用感应加热，压缩过程中闭环温控系统的控温精度为±1.0℃，自动采集流动应力数据。试样尺寸为Φ8mm×12mm，两端加工有深度为0.2mm的凹槽，用以储存玻璃润滑剂。采用真空感应加热，升温速率为10℃/s，升高至要求的温度后保温300s。压缩温度分别取920、950、980、1010、1040、1070和1100℃；应变速率分别取10-3、10-2、10-1、1、10和70s-1；最大高度压下率为50%，对应的真应变约为0.7。变形后的试样立即喷氦气冷却。将变形试样沿压缩轴纵向切割，采用标准方法制备金相试样后，使用体积比为1∶3∶6的HF、HNO3和H2O的混合酸腐蚀，并在XJP-6P光学显微镜上进行微观组织观察。试验结果如下：

（1）Ti60合金在α+β两相区变形，变形温度较低、应变速率较高时，易产生局部流动；应变速率较低时，易发生动态球化。在β单相区，应变速率较低时，易发生动态再结晶；应变速率较高时，易造成机械失稳。

（2）Ti60合金的流动应力对变形温度和应变速率均较敏感。在变形温度较高、应变速率较低时，Ti60合金流动应力曲线呈稳态流动特征；在变形温度较低、应变速率较高时，呈流动软化特征。

（3）在990～1030℃、0.001～0.01s-1区域和920～935℃、0.001～0.003s-1区域，为Ti60合金α+β两相区变形时适宜的工艺参数范围。在1070～1100℃、0.001～0.01s-1区域，为β锻时适宜的工艺参数范围。