純鈦在高溫大變形量下的加工性及變形模型

純鈦由于具有高的比強度，是出色的輕質(zhì)結(jié)構(gòu)件候選材料。通過大變形量塑性變形細化晶粒是一種可行的增加材料強度及塑性的方法。為了獲得溫加工及熱加工變形所必須的力學(xué)性能參數(shù)，以往的研究重點均集中在材料的可加工性及流變應(yīng)力曲線模型的建立上。掌握材料的高溫流變行為是通過調(diào)整熱加工工藝參數(shù)來改善其可加工性的重要依據(jù)。土耳其安茲耶大學(xué)研究人員前期的工作主要集中在對純鈦及其他金屬材料高溫流變行為的研究上，幾乎沒有高溫下可加工性的研究，并缺乏對相關(guān)參數(shù)的討論，而這些參數(shù)對于正確理解應(yīng)力-應(yīng)變響應(yīng)是至關(guān)重要的。此外，對于等徑角擠壓法(ECAE)制備的超細晶純鈦，前期研究中也沒有涉及高溫下(高達900 ℃)的流變模型及特性。因此，研究者擬通過兩方面的工作來填補上述空白：①揭示純鈦在ECAE過程中的熱流變特性及高溫下的可加工性；②使用兩種模型對流變/應(yīng)變響應(yīng)進行擬合。

實驗首先將Gr.2純鈦棒在300 ℃保溫1 h，然后進行8道次ECAE變形，變形速率為1.27 mm/s，總應(yīng)變?yōu)?.24。變形后的棒材沿擠壓方向切成4 mm×4 mm×8 mm的方塊，并打磨拋光去除氧化層及劃傷。沿樣品高度方向進行等溫壓縮，其變形量為60%(真應(yīng)變?yōu)?.9)，應(yīng)變速率分別為0.001、0.01、0.1 s-1，應(yīng)變溫度分別為600、700、800、900 ℃(介于0.45Tm～0.6Tm之間)。研究表明，ECAE法制備的超細晶純鈦在經(jīng)過900 ℃×3 min退火處理后發(fā)生晶粒長大現(xiàn)象，900 ℃等溫壓縮后出現(xiàn)細小、粗大晶?；旌辖M織。純鈦在高溫ECAE過程中的流變響應(yīng)取決于變形溫度及變形速率這兩個因素，增加應(yīng)變速率或降低變形溫度可以得到更高的流動應(yīng)力水平。純鈦在高溫大變形量下的應(yīng)變速率對變形溫度十分敏感，尤其當變形溫度升高到800 ℃時，應(yīng)變速率敏感指數(shù)急劇增加；與此相反，應(yīng)變速率對應(yīng)變不敏感，特別是溫度高于800 ℃時。所有實驗中，都是通過確定局部流變參數(shù)來檢測局部流變失穩(wěn)趨勢，根據(jù)這個判據(jù)，純鈦在800 ℃以上的高溫可加工性令人滿意，從金屬材料成形方面看，在700 ℃以上高溫變形是比較好的選擇，因為可以獲得相對較低的局部流變量。在本研究選取的應(yīng)變速率及溫度范圍內(nèi)，位錯密度模型和基于Arrhenius公式的數(shù)學(xué)模型在擬合應(yīng)力-應(yīng)變曲線時都有合理的契合度，誤差水平均低于10%。相比而言，位錯密度模型在600 ℃以上更準確一些，而基于Arrhenius公式的數(shù)學(xué)模型在600 ℃以下更為準確。

侯智敏譯自《Materials and Design》