基于加工圖技術(shù)的TA15鈦合金α+β兩相區(qū)鍛造工藝

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摘 要：加工圖能夠反映在各種變形溫度和應(yīng)變速率下，材料高溫變形時(shí)內(nèi)部微觀組織的變化，并且可對(duì)材料的可加工性進(jìn)行評(píng)估。在加工圖的基礎(chǔ)上對(duì)TA15鈦合金進(jìn)行深入了解，對(duì)優(yōu)化鈦合金熱加工工藝參數(shù)、預(yù)測(cè)及提高鈦合金產(chǎn)品性能又具有深遠(yuǎn)的影響。

關(guān)鍵詞：TA15鈦合金；Prasad判據(jù)；加工圖

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.23.025

0 引言

鈦是1790年發(fā)現(xiàn)的一種化學(xué)元素，鈦的比重為4.5。金屬鈦是一種化學(xué)性能很穩(wěn)定的金屬。鈦合金具有良好的耐熱性、成形性、耐蝕性和生物相容性，成為鈦工業(yè)中的王牌合金 [1]。

1 TA15鈦合金

TA15鈦合金是通過(guò)α穩(wěn)定元素鋁的固溶強(qiáng)化，并加入了少量中性元素鋯以及β穩(wěn)定元素鉬和釩強(qiáng)化合金。該合金兼有α型和（α+β）型鈦合金的優(yōu)點(diǎn)，即具有較高的室溫和高溫強(qiáng)度、良好的熱穩(wěn)定性和焊接性能。廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)的各種葉片、飛機(jī)的各種鈑金件、大型壁板以及焊接承力框等。

2 鈦合金熱變形時(shí)的性能變化

鈦合金最常用的形變熱處理方法是高溫形變熱處理和低溫形變熱處理。形變熱處理包括塑性變形和熱處理兩個(gè)工序，塑性變形和熱處理通常一起完成。鈦合金形變熱處理的基礎(chǔ)是其變形強(qiáng)化和熱處理強(qiáng)化的能力。

對(duì)TA15鈦合金熱變形行為的研究發(fā)現(xiàn)：（1）TA15合金在高溫變形過(guò)程中，流動(dòng)應(yīng)力首先隨應(yīng)變的增大而增加，達(dá)到峰值后再下降，最后趨于穩(wěn)定值。（2）應(yīng)變速率較小時(shí)，變形溫度對(duì)穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和峰值應(yīng)力的影響較??；應(yīng)變速率較大時(shí)，變形溫度對(duì)穩(wěn)態(tài)應(yīng)力和峰值應(yīng)力的影響較大。

2.1 動(dòng)態(tài)材料模型

動(dòng)態(tài)材料模型把工件當(dāng)作耗散器，加工變形時(shí)獲得的能量從兩個(gè)方向消耗：熱能和組織演變。由塑性變形所引起的為功率耗散量（G）；由組織變化所引起的為功率耗散協(xié)量（J）[2]。

2.2 塑性失穩(wěn)判斷

塑性失穩(wěn)判斷是預(yù)測(cè)金屬材料塑性流動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象的依據(jù)。

2.3 Prasad失穩(wěn)判據(jù)

3 基于Prasad判據(jù)的加工圖制作

根據(jù)Prasad等提出的塑性流動(dòng)失穩(wěn)判據(jù)，分別利用（1）和（3）繪制出功率耗散圖和失穩(wěn)圖，將其疊加得到TA15鈦合金的加工圖。

4 加工圖預(yù)測(cè)結(jié)果分析及變形工藝優(yōu)化

由圖3可以看出，η峰值隨真應(yīng)變?cè)龃蠖龃?。隨著溫度升高，失穩(wěn)區(qū)減少，說(shuō)明溫度對(duì)加工存在一定影響，中高溫對(duì)加工更有利。

5 結(jié)論

本文使用型熱加工模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)TA15鈦合金進(jìn)行等溫恒應(yīng)變速率壓縮試驗(yàn)，采用基于Prasad判據(jù)的加工圖技術(shù)對(duì)TA15鈦合金進(jìn)行預(yù)測(cè)，最終優(yōu)化出該合金的鍛造工藝范圍：最佳加工區(qū)范圍：溫度為800℃～900℃、應(yīng)變速率0.001s-1～0.005s-1；適宜加工范圍：溫度為940℃～950℃、應(yīng)變速率0.001s-1～0.1s-1。

參考文獻(xiàn)：

[1]張衛(wèi).鈦及鈦合金的發(fā)展與應(yīng)用研究[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（07）.

[2]薛克敏等.TB8鈦合金的熱變形行為及加工圖[J].材料工程，2007.

[3]馮菲等.鑄態(tài)TC21鈦合金高溫?zé)嶙冃涡袨榧凹庸D[J].稀有金屬材料與工程，2012（02）.endprint