基于加工图技术的TA15钛合金α+β两相区锻造工艺

张雯

摘 要：加工图能够反映在各种变形温度和应变速率下，材料高温变形时内部微观组织的变化，并且可对材料的可加工性进行评估。在加工图的基础上对TA15钛合金进行深入了解，对优化钛合金热加工工艺参数、预测及提高钛合金产品性能又具有深远的影响。

关键词：TA15钛合金；Prasad判据；加工图

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

0 引言

钛是1790年发现的一种化学元素，钛的比重为4.5。金属钛是一种化学性能很稳定的金属。钛合金具有良好的耐热性、成形性、耐蚀性和生物相容性，成为钛工业中的王牌合金 [1]。

1 TA15钛合金

TA15钛合金是通过α稳定元素铝的固溶强化，并加入了少量中性元素锆以及β稳定元素钼和钒强化合金。该合金兼有α型和（α+β）型钛合金的优点，即具有较高的室温和高温强度、良好的热稳定性和焊接性能。广泛应用于发动机的各种叶片、飞机的各种钣金件、大型壁板以及焊接承力框等。

2 钛合金热变形时的性能变化

钛合金最常用的形变热处理方法是高温形变热处理和低温形变热处理。形变热处理包括塑性变形和热处理两个工序，塑性变形和热处理通常一起完成。钛合金形变热处理的基础是其变形强化和热处理强化的能力。

对TA15钛合金热变形行为的研究发现：（1）TA15合金在高温变形过程中，流动应力首先随应变的增大而增加，达到峰值后再下降，最后趋于稳定值。（2）应变速率较小时，变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较小；应变速率较大时，变形温度对稳态应力和峰值应力的影响较大。

2.1 动态材料模型

动态材料模型把工件当作耗散器，加工变形时获得的能量从两个方向消耗：热能和组织演变。由塑性变形所引起的为功率耗散量（G）；由组织变化所引起的为功率耗散协量（J）[2]。

2.2 塑性失稳判断

塑性失稳判断是预测金属材料塑性流动失稳现象的依据。

2.3 Prasad失稳判据

3 基于Prasad判据的加工图制作

根据Prasad等提出的塑性流动失稳判据，分别利用（1）和（3）绘制出功率耗散图和失稳图，将其叠加得到TA15钛合金的加工图。

4 加工图预测结果分析及变形工艺优化

由图3可以看出，η峰值随真应变增大而增大。随着温度升高，失稳区减少，说明温度对加工存在一定影响，中高温对加工更有利。

5 结论

本文使用型热加工模拟试验机对TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩试验，采用基于Prasad判据的加工图技术对TA15钛合金进行预测，最终优化出该合金的锻造工艺范围：最佳加工区范围：温度为800℃～900℃、应变速率0.001s-1～0.005s-1；适宜加工范围：温度为940℃～950℃、应变速率0.001s-1～0.1s-1。

参考文献：

[1]张卫.钛及钛合金的发展与应用研究[J].科技创新导报，2011（07）.

[2]薛克敏等.TB8钛合金的热变形行为及加工图[J].材料工程，2007.

[3]冯菲等.铸态TC21钛合金高温热变形行为及加工图[J].稀有金属材料与工程，2012（02）.endprint