隨著等溫鍛造、超塑成形等先進的成形技術的不斷發(fā)展,對鈦合金高溫變形行為進行研究變得尤為重要。鈦合金在獲得最終產品前,需要在β單相區(qū)或α+β兩相區(qū)進行熱加工,而鈦合金高溫變形受應變、應變速率和溫度的共同影響。合理的選擇熱加工參數對鈦合金的加工性能(是否有裂紋、空洞和變形不均勻現(xiàn)象)和顯微組織(晶粒尺寸、α相形態(tài)、β相形態(tài)和第二相分布)都能產生良好的影響,并且可以有效的提高加工速率、降低加工成本。近年來,為了提高鈦合金零件的加工能力,各國學者對鈦合金的高溫變形行為以及成形性能做了大量的研究。但目前國際上對Ti-6Al-7Nb生物鈦合金高溫變形機制深入研究甚少。
科研人員采用Gleeble2000熱模擬機對Ti-6Al-7Nb合金鍛棒在不同溫度和不同應變速率下進行高溫單道次壓縮試驗,分析不同溫度和應變速率對應力-應變曲線和組織變化的影響,探討獲得良好加工性能的熱變形條件,利用Arrhenius方程計算熱變形激活能,為制定合理的熱加工工藝提供可靠的理論依據。
實驗用料Ti-6Al-7Nb合金取自模鍛棒材,原始狀態(tài)為(α+β)雙相組織,化學成分(%,質量分數):Al6.18,Nb7.07,F(xiàn)e0.046,C0.027,Ti為基體。利用熱膨脹法測出此合金α→β相變點溫度約為1010℃。采用Gleeble-2000熱模擬實驗機進行恒溫恒應變速率單道次熱壓縮實驗。試樣尺寸為Φ8mm×15mm的圓柱體,試樣表面均磨光。實驗變形溫度分別為750、800、850、900℃,應變速率分別為0.001、0.010、0.100、1.000、10.000s-1,最大變形量70%。進行熱壓縮實驗之前,試樣兩端面墊有薄Ta片,起潤滑作用,加熱速率為5℃·s-1,到溫后保溫5min,精確控制加熱和保溫溫度(≤±5℃);然后開始壓縮。實驗在氬氣保護下進行,完畢后迅速取出試樣空冷,以模擬實際熱加工狀態(tài)。利用光學顯微鏡和透射電鏡觀察變形后組織。實驗結果如下:
(1)Ti-6Al-7Nb合金在較低應變速率0.001~0.100s-1變形時,軟化機制主要歸因于α相動態(tài)再結晶;而在較高應變速率1~10s-1變形時,流變軟化主要是由“絕熱”效應造成的。
(2)溫度變化對α相體積分數有重要影響;應變速率變化對α相體積分數影響不大,但對α相形貌有重要影響。
(3)Ti-6Al-7Nb合金在750、800、850和900℃溫度下變形激活能分別為209.25、196.01、194.01和130.40kJ·mol-1。
(4)Ti-6Al-7Nb合金在溫度750~850℃,應變速率為0.001~0.100s-1范圍內變形機制主要為α相動態(tài)再結晶,在溫度900℃變形時,應變速率0.001~0.100s-1范圍內變形機制由β相動態(tài)回復控制。
綜合考慮變形行為與組織細化因素,溫度750~850℃,變形速率在0.010~0.100s-1范圍內,為良性熱加工區(qū)域。