鈦合金組織的多樣性及加工技術

鈦合金通常需要在β單相區(qū)或α+β兩相區(qū)進行熱加工來獲得具有一定組織和性能的產(chǎn)品。而熱加工參數(shù)的選擇對鈦合金的加工性能與顯微組織都產(chǎn)生重要的影響。近年來，國內(nèi)在鈦合金熱加工領域的研究日漸增多，其中熱模擬技術和數(shù)值模擬技術在鈦合金熱變形機制和組織演變規(guī)律方面的應用尤為突出。

鈦合金因其低密度、高比強和抗蠕變性等優(yōu)異性能，在航空航天等領域得到了廣泛的應用。鈦合金具有延展性低、變形抗力大和各向異性明顯等特點，因此鈦合金對熱變形工藝參數(shù)十分敏感。本文介紹了物理模擬技術和數(shù)值模擬技術及其在鈦合金熱加工領域的應用。重點闡述了模擬技術在鈦合金熱變形機制、預測和控制缺陷產(chǎn)生和微觀組織演化方面的應用現(xiàn)狀，指出了目前鈦合金熱成形模擬中有待解決的問題及發(fā)展趨勢。

伴隨傳統(tǒng)的塑性加工技術和現(xiàn)代計算機技術全方位的密切結(jié)合，傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計方法迅速而有效地被模擬式設計所代替。在設計和確定塑性成形工藝前，須有一定的預測性數(shù)據(jù)或結(jié)果，通常需要進行工藝模擬。這種在實際生產(chǎn)前的模擬一般分為物理模擬和數(shù)值模擬。熱模擬技術的典型應用。1.眾多學者利用熱/力模擬試驗機對不同類型的鈦合金進行了熱壓縮變形實驗，獲得了材料的流動應力曲線即應力-應變關系。流動應力曲線反映了流動應力與變形工藝參數(shù)之間的內(nèi)在關系，同時，也是材料內(nèi)部組織變化的宏觀表現(xiàn)。徐文臣[3]等在熱模擬機上進行了恒應變速率壓縮變形試驗，研究TA15鈦合金的動態(tài)熱變形行為，計算了材料的變形激活能Q并觀察了熱變形組織。在α相區(qū)動態(tài)再結(jié)晶是材料的主要軟化機制，而在β相區(qū)軟化機制則以動態(tài)回復為主。隨著變形速率的降低。2.數(shù)值模擬技術的典型應用。由于數(shù)值模擬技術使得鈦合金熱加工工藝過程可以真實地在計算機上再現(xiàn)，所以企業(yè)生產(chǎn)者和科研工作者都利用此技術研究理想工藝參數(shù)與相應組織、力學性能的關系，達到優(yōu)化現(xiàn)行生產(chǎn)工藝和降低新產(chǎn)品、新工藝、新材料研制成本的目的。邵暉[11]等研究了片狀組織TC21鈦合金在兩相區(qū)鍛造過程中的α相演變。www.nmware.com模擬分析了鍛造過程中溫度場、應變場的變化規(guī)律并定量分析了α相的形貌變化越小, 形貌趨于球化。結(jié)果表明, 應變場與溫度場影響片狀相演變, 在較低的應變條件下, 鍛料邊部由于溫度降低較快, 再結(jié)晶充分，鍛料中心位置溫度較高。

鈦合金顯微組織的多樣性與鈦合金多工序的生產(chǎn)過程以及各工序過程的多樣性有著規(guī)律性的聯(lián)系。這種復雜聯(lián)系決定了傳統(tǒng)方法很難對鈦合金組織與性能進行預測和控制。隨著近年計算機與數(shù)值模擬技術的發(fā)展，微觀組織數(shù)值模擬方法成為獲得主要工藝參數(shù)對熱成形工件宏觀和微觀組織影響的定量關系的有力工具。采用數(shù)值模擬技術再現(xiàn)微觀組織的演化過程，不僅可以加深理解組織變化機理，促進現(xiàn)有理論的發(fā)展，而且可以改善材料組織結(jié)構和優(yōu)化材料的制備工藝，從而獲得材料預期的力學能。