模锻变形速率对TC18钛合金锻件组织及力学性能影响研究

王 华

(海军装备部，陕西 西安 710021)

1 前 言

钛合金由于具有较高的比强度、淬透性、良好的可焊接性、优异的冷热成形性能以及可通过热处理强化获得优异的强度-塑性-韧性匹配，目前已广泛应用于航空、航天、船舶、能源等领域[1, 2]。TC18钛合金是一种高合金化的α+β型钛合金材料，名义成分Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe，该合金退火后抗拉强度可达1080 MPa以上，是目前退火状态下强度最高的钛合金材料[3]。该合金平衡状态下由α相和β相组成，与相同强度级别的Ti-17和Ti-1023相比，具有更好的熔炼性能以及良好的强度-韧性匹配，且其最大淬透界面厚度可达250 mm(Ti-17和Ti1023仅为150和100 mm)[4, 5]，因此该合金作为飞机大型主承力结构件材料具有独特优势，是一种优异的高强、高韧航空结构钛合金材料。

航空钛合金主要采用以锻造为主的成形方式，锻造过程中的热变形工艺对锻件的组织及性能具有重要影响，主要包括加热温度、保温时间、变形量及变形速率等方面[6, 7]。徐杰等[8]研究了TC18钛合金热变形过程中的组织演变，结果表明，在β相区热变形，β晶粒逐渐长大形成粗大的β晶粒组织，并伴随着动态回复和动态再结晶两种软化机制，该研究工作为TC18合金β相区锻造工艺控制提供了理论依据。黄大荣等[9]基于位错演变分析了TC18钛合金热变形过程中的流变行为，建立了大变形条件下钛合金稳态流动的一种新的本构关系，并通过TC18钛合金验证该本构模型，模型预测值与试验结果吻合良好。沙爱学等[10]研究了变形加热温度对TC18钛合金显微组织演变和力学性能的影响规律，结果表明：塑性、冲击韧性以及断裂韧度等性能指标对热变形温度变化敏感，通过在不同相区热变形可以得到不同的显微组织和力学性能。……