TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)鈦合金是一種高鋁當(dāng)量近α型鈦合金，具有中等室溫和高溫強(qiáng)度，良好的熱穩(wěn)定性、抗蠕變性和焊接性能，被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域。從廣義上講TA15鈦合金屬于α+β兩相鈦合金，可在相轉(zhuǎn)變溫度以下40～50℃進(jìn)行鍛造，通常可得鍛后組織為等軸組織，這種成形方式被稱為常規(guī)鍛。等溫局部鍛造成形集等溫成形和局部鍛造成形兩種先進(jìn)加工工藝優(yōu)勢(shì)于一身，可有效解決鈦合金等難變形材料現(xiàn)有加工設(shè)備下塑性成形能力有限和航空航天等工業(yè)對(duì)鈦合金構(gòu)件大型整體化要求之間的矛盾。然而，該成形過程是一個(gè)多火次、多參數(shù)、高溫、復(fù)雜的成形過程，并且不同的加載區(qū)域具有不同的熱循環(huán)過程且在加工過程中都存在高溫空燒現(xiàn)象，從而導(dǎo)致材料的熱變形行為及其復(fù)雜且難控制。針對(duì)TA15鈦合金熱變形行為，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了大量研究，但大都局限于單道次整體鍛造過程，因此迫切需要研究揭示多道次等溫局部鍛造材料的熱變形行為。鑒于此，本文以三道次等溫局部鍛造為例，采用熱模擬壓縮試驗(yàn)研究了TA15鈦合金多道次等溫局部常規(guī)鍛材料的熱變形行為，揭示了不同加載區(qū)材料的變形和微觀組織演化行為，為TA15鈦合金大型整體構(gòu)件等溫局部鍛造成形提供依據(jù)。
試驗(yàn)所用原材料為TA15鈦合金扁材，尺寸為380mm×170mm×80mm的，其相變點(diǎn)為(990±5)℃。將試樣加工成Φ10mm×15mm的圓柱體，在Gleeble-3500試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行等溫?zé)崮M壓縮試驗(yàn)，變形溫度945℃，變形后采取空冷的冷卻方式。采取0.1s-1的應(yīng)變速率以求取得較好的球化效果，選取75%的總變形量以反映大型復(fù)雜整體鍛件的變形特點(diǎn)。用兩個(gè)試樣1#和2#分別模擬等溫局部鍛造成形時(shí)先、后加載區(qū)材料的熱循環(huán)過程，具體方案如表1所示。
表1 實(shí)驗(yàn)方案
|
試樣 |
第一火次 變形量 |
第二火次 變形量 |
第三火次 變形量 |
第四火次 變形量 |
第五火次 變形量 |
第六火次 變形量 |
|
1# |
25% |
0(空燒) |
25% |
0(空燒) |
25% |
0(空燒) |
|
2# |
0(空燒) |
25% |
0(空燒) |
25% |
0(空燒) |
25% |
TA15合金多道次等溫局部常規(guī)鍛時(shí)每個(gè)道次的流變曲線表現(xiàn)為典型的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶曲線類型，先、后加載區(qū)的流變應(yīng)力均隨加載道次的增加而降低，并且相應(yīng)道次下先加載區(qū)的流變應(yīng)力大于后加載區(qū)。TA15合金多道次等溫局部常規(guī)鍛條件下鍛態(tài)以及普通退火之后微觀組織為等軸組織，這與單道次整體鍛時(shí)一致，但晶粒度略大。多道次等溫局部常規(guī)鍛先、后加載區(qū)微觀組織的各組分形態(tài)、大小及含量無太大差異，可滿足大型構(gòu)件整體成形對(duì)微觀組織一致性的要求。
