应变速率对两相钛合金α相中微孪晶形成的影响

应变速率对两相钛合金α相中微孪晶形成的影响

Ti-6Al-4V钛合金的超塑性行为已被广泛研究，但其在应用上受到了一些限制，如热加工和冷加工困难、加工硬化率低及超塑性形成温度过高。SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)是一种富β的α+β钛合金，性能优于Ti-6Al-4V钛合金，例如，有更高的拉伸和疲劳强度、更好的断裂韧性和更低的超塑性成形温度。SP700钛合金中添加Mo作为β相稳定元素，使SP700钛合金中β相变温度(900℃)低于Ti-6Al-4V钛合金的β相变温度(978℃)。目前大多数的超塑性成形Ti-6Al-4V钛合金产品于900℃左右成形，而SP700钛合金在低于800℃时就显示出优异的超塑性。虽然文献中有许多关于Ti-6Al-4V钛合金疲劳、蠕变和超塑性的研究，但对SP700钛合金的研究很少。因此，研究人员考察了不同应变速率下单轴拉伸变形后SP700钛合金的微观结构演变，并与Ti-6Al-4V钛合金进行比较。实验选取富α的两相Ti-6Al-4V钛合金和富β的两相SP700钛合金热轧棒材，按ASTM E292-01标准加工成拉伸试样。使用MTS 810材料试验机，在室温下以不同应变速率(10－1、10－2、10－3、10－4s－1)进行拉伸试验。从变形样品中取3 mm厚的圆片，采用组成为5%的硫酸和95%的甲醇溶液，在－45～－40℃温度范围和20 V电压条件下，进行双喷射电解抛光处理。处理后，进行TEM分析。实验结果表明，在不同应变速率下，SP700钛合金的屈服强度始终比Ti-6Al-4V钛合金的高，而且，其延展性好于Ti-6Al-4V钛合金，尤其是在小应变速率10-4s－1下。研究发现，SP700钛合金的延展性与孪晶的形成有关。由于SP700钛合金在高应变速率下的β相稳定剂钼元素具有较低的层错能，使其α相中产生了大量的形变孪晶。在低应变速率下，α相中产生的长而密的孪晶使得SP700钛合金具有良好的延展性。伴随着应变速率的降低，SP700钛合金的变形模式由β晶粒中的错位控制机制变为α颗粒中的微孪晶控制机制。在高应变速率下，SP700钛合金孪晶化改善塑性的情况不再发生。然而，Ti-6Al-4V钛合金在高应变速率下产生更多的变形孪晶，并导致流动应力增加。

慕伟意摘译自《Materials Science and Engineering A》