材料热处理学报 第41卷第11期 Vol. 41No. 11 2020年 11月 TRANSACTIONS OF MATERIALS AND HEAT TREATMENT November 2020 D01:10. 13289/j. issn. 1009-6264.2020-0186 Ti2041合金热变形行为及工艺参数优化 周璇，王克鲁，鲁世强，李鑫，邱仟，王俊 （南昌航空大学航空制造工程学院，江西南昌330063） 摘要：采用Gleeble-3800热模拟机进行等温恒应变速率压缩试验，研究了Ti2041合金的在650~900℃和0.001~1s-条件下 的热变形行为。基于实验数据，建立了Z参数Arrhenius本构模型,计算了变形激活能。结果表明：该合金对变形温度和应变速 率敏感，流动应力值的大小会随着温度的升高而降低，随着应变速率的增大而增大。根据极性交互模型原理和动态材料模型原 理，分别建立了PRM和Prasad加工图。利用光学显微镜观察不同变形条件下合金的组织，并将加工图的预测和组织相结合，得 出Prasad加工图与变形后的组织更相符。所以,采用Prasad加工图来优化该合金的热加工工艺参数。得出最佳参数范围为：变 流动和机械失稳，稳定区的变形机制为动态再结晶。 关键词：Ti2041合金；热变形行为；本构模型；加工图；工艺参数优化 中图分类号：TG146.2 文献标志码：A 文章编号：1009-6264(2020)11-0159-08 Hot deformation behavior and process parameter optimization of Ti2041 alloy ZHOU Xuan， WANG Ke-lu， LU Shi-qiang， LI Xin， QIU Qian， WANG Jun (School of Aeronautical Manufacturing Engineering, Nanchang Hangkong University, Nanchang 330063, China) Abstract:Hot deformation behavior of Ti2041 alloys under deformation temperature of 650-900 ℃ and strain rate of 0. 001-1 s'' was studied by isothermal constant strain rate compression test using a Gleeble-3800 thermal simulator. The Arrhenius constitutive model including Z parameter was established, and the activation energy of deformation was calculated. The results show that the alloy is sensitive to deformation temperature and strain rate, and the flow stress value decreases with the increase of the deformation temperature and reciprocity model and dynamic material model. The microstructure of the alloy under different deformation conditions was observed by metallographic microscope. Combining the processing map prediction and the microstructure observation, it is found that the Prasad processing map is more consistent with the deformed microstructure. Therefore, the Prasad processing map is used to optimize the hot working process parameters of the alloy. The optimum parameters range is as follows: deformation temperature of 760-825 C and strain rate of 0. 001-0. 0032 s-', and deformation temperature of 825-900 ℃ and strain rate of 0. 0056-0. 056 s-'; the deformation mechanism of the instability zone is mainly flow localization and mechanical instability, and the deformation mechanism of the stable zone is dynamic recrystallization. Keywords : Ti2041 alloy; hot deformation behavior; constitutive model; processing map; process parameter optimization 疗器械等领域[1-4]。可通过对β钛合金进行适当的 β钛合金具有低密度、生物相容性、耐腐蚀性和 高比强度等优异性能，广泛应用于航空航天、汽车、医 强-塑性调控，使其成为一种极有发展潜力的高强结 收稿日期：2020-05-09；修订日期：2020-05-25 基金项目：国家自然科学基金（51464035） 作者简介：周璇（1995一），男，硕士研究生，主要研究方向为钛合金材料微观结构调控，E-mail:[email protected]。 通信作者：王克鲁（1968一），男，教授，博士，主要研究方向为航空材料及金属材料微观结构调控，E-mail：[email protected]。 引用格式：周璇，王克鲁，鲁世强，等．Ti2041合金热变形行为及工艺参数优化J]．材料热处理学报，2020，41(11)：159-166. ZHOU Xuan, WANC Ke-lu, LU Shi-qiang, et al. Hot deformation behavior and process parameter optimization of Ti2041 alloy [J]. Transactions ofMaterials and Heat Treatment,2020,41(11):159-166. 万方数据 材料热处 160 理学报 第41卷 构钛合金，即通过合理的改变变形工艺参数来提高其 向平行的表面进行研磨和抛光，然后采用体积比为 加工性能和控制微观组织结构，从而避免热加工缺陷 HF：HNO，：H,O=1：3：6的腐蚀液进行腐蚀，通过XJP 的发生。朱鸿昌等[5]建立了含Z参数的TB17钛合 6A光学显微镜观察显微组织，原始组织如图1所 金本构方程，通过观察微观组织得出了不同条件下的 示。从图1中可以看出，Ti2041合金的原始组织由粗 β组织组成。 热变形参数对其影响规律，从而优化了热加工参数。 张思远等[6]研究了β-CEZ钛合金在α+β两相区和β 单相区的高温变形行为、变形失稳及变形机理，得出 最佳热加工工艺参数。 “失稳区”，也可以得出不同条件下材料的变形机制， 比如动态回复、动态再结晶、超塑性、局部流动、绝热 剪切和裂纹等，来优化材料的热变形工艺参数[7-9] 目前，国内外采用动态材料模型（Dynamicmaterial model，DMM）建立加工图的方法已经得到了广泛的 100 μm 应用[10-12)，然而采用极性交互模型（Polarreciprocity model，PRM原理建立的PRM加工图的文章很少， 图1Ti2041合金的原始组织 而对Ti2041合金热变形行为和加工图研究的文章也 Fig.1 Microstructure of the as-received Ti2041 alloy 很少。 本文通过热压缩实验，分析了Ti2041合金的热 变形行为。基于实验数据，建立了Z参数Arrhenius 流动应力行为分析 本构模型。采用PRM原理和DMM模型，得出了两 Ti2041合金在650~900℃和0.001~1s条件 种不同的加工图，分析并得出了合金的稳定区和失稳 下的流动应力曲线如图2所示。由图2可以看出，该 区的参数。通过对变形试样微观组织的观察和分析， 合金对变形温度和应变速率敏感，流动应力值的大小 验证了加工图的合理性，从而得出了合金的最佳热变 会随着温度的升高而降低，随着应变速率的增大而增 形工艺参数。 大。在变形初期，流动应力值会随着应变的增大而增 大，是因为在初期，位错不断增殖和缠结，加工硬化的 1 实验材料及方法 作用也增强。随后，由于动态再结晶和动态回复流动 实验材料为Ti2041合金，其名义成分为Ti-20V- 软化率高于加工硬化率，导致流动应力值逐渐减少。 4Al-1Sn，尺寸为Φ8mm×12mm。利用Gleeble-3800 最后可以看出，流动应力值随着温度的升高和应变速 热模拟机进行热