【摘 要】 通過熱模擬機對TC4合金在700℃以下的三個溫度范圍的壓縮變形進行了模擬實驗，結合金相實驗對變形過程中的宏觀力學性能與微觀組織演化規律進行了研究，以期為TC4合金的中溫變形提供理論參考。研究結果表明：500℃以下TC4合金變形困難，動態再結晶難于進行，低溫變形后的等軸晶粒增加，組織趨于均勻。
【關鍵詞】 中溫變形 微觀組織 動態再結晶
1 前言
鈦合金具有密度小、比強度比剛度高、耐腐蝕性好、高溫力學性能優異、抗疲勞和蠕變性能突出、無磁性可焊接等優點在航空、航天、化工、兵器、艦船、能源等領域得到廣泛應用[1]。
鈦合金相變點以下較低溫度的變形可以在一定程度上抑制鈦合金的動態回復和動態再結晶行為，改善微組織，提高材料綜合力學性能及強度，但由于鈦合金低溫塑性變形能力差，易產生開裂等加工缺陷，鈦合金相變點以下相對低溫材料行為的研究一直較少[2-3]。
鈦合金屬組織敏感材料，其微觀組織與變形行為密切相關，同時對宏觀材料性能影響很大，需重點研究[4-6]。
針對上述問題本文通過物理模擬手段，對TC4鈦合金相變點以下相對低溫的材料行為進行了一定的探索，通過實驗研究了TC4鈦合金形變過程中的應力應變行為及組織演化特征，以期能為鈦合金相對低溫塑性成形控制提供理論參考。
2 實驗研究
2.1 實驗材料及過程
實驗所用材料是經過軋制得到的鈦合金棒材，通過線切割制成Φ8X12試樣。運用Gleeble-1500實驗機的溫度控制系統，對TC4的三個不同溫度段的熱敦粗進行了實驗，壓縮過程為自由降溫過程，當達到終止溫度時，停止變形，并立即進行水中淬火，對其組織進行凍結，以保證動態結晶晶粒的純潔性。具體實驗參數見表1。
2.2 實驗結果分析
是應變率相同條件下不同溫度的TC4壓縮應力應變曲線。從圖中可以看出，變形溫度越高，流動應力越小，變形溫度開始溫度從700℃降到600℃時，峰值流變應力就增加100Mpa左右，而當降到500℃時峰值流變應力就增加200Mpa左右，這主要是由于隨著變形溫度的升高，合金的熱激活作用增強，動態再結晶容于進行，隨再結晶體積分數增加位錯密度降低，合金的流變應力減小，也說明了TC4為溫度敏感材料。反之，變形溫度越低，動態再結晶越難于進行，合金的流變應力增加。
同時實驗結果還表明，隨溫度降低TC4的塑性變形能力也降低，600-500℃壓縮試驗變形率并未達到50%，而是41.6%，500-400℃壓縮試驗變形率只有33.3%。
是變形前后的微觀組織照片，其中圖2a是變形前組織，圖2b，3c及3d分別為700℃，600℃及500℃條件下的變形組織。從圖中可以看出，原始組織晶粒形狀成狹長狀態，沿著軋制方向的平均晶粒長度為80微米左右。變形后經粒由狹長狀逐漸向等軸轉變，晶界逐漸減小，這主要是動態再結晶所引起。同時從變形組織中還可以看出，700℃與600℃變形后的晶粒區別不是很大，除了等軸晶粒還存在著部分原始扁平狹長晶粒，而500℃變形組織中存在有更多的等軸晶粒。由于溫度越低動態再結晶越困難，這說明TC4合金在中低溫度下變形可能存在著某種其它晶粒細化機制。
3 結語
TC4合金雖然在低溫下不易變形，但變形后有可能比中高溫變形獲得更細小，分布更均勻的等軸晶粒。
參考文獻：
[1]劉瑩，曲周德，王本賢.鈦合金TC4的研究開發與應用[J].兵器材料科學與工程，2005，28（5）：47-50.
[2]聶蕾.TC4合金的熱模段過程設計與質量控制[D].西安：西北工業大學，2002.
[3]馬文昌.鑄態AZ91D鎂合金體積成形工藝及微觀組織演變模擬[D].秦皇島：燕山大學，2010.
[4]王召軍.TC4合金高溫變形工藝與顯微組織特征[D].沈陽：東北大學，2009.
