蘇 楠，陳明和，梁錫梅，羅 峰

(南京航空航天大學(xué)，江蘇 南京 210016)

TA32鈦合金是一種新型近α型高溫鈦合金，常溫下屈強(qiáng)比高、彈性模量小，板材成形變形范圍窄、易開裂、回彈大、尺寸精度難于保證，因而普遍采用熱成形方式成形[1-3]。熱成形工序主要包括毛坯切割、毛坯預(yù)處理、常溫試模、加熱、保溫、成形、保壓、冷卻等[4]。區(qū)別于冷成形，加入溫度變量的熱成形工藝對(duì)材料性能影響更為顯著，熱成形工藝參數(shù)主要有成形溫度、保溫時(shí)間、保壓時(shí)間及溫度時(shí)間的復(fù)合參數(shù)(升溫速率、冷卻速率)，不同工藝參數(shù)對(duì)熱成形過程和成形件的質(zhì)量影響較大[5-7]。TA32鈦合金板材熱成形過程中的氧化問題也不可忽略。α-Ti中能固溶34%(原子分?jǐn)?shù))的氧，而且氧元素為α穩(wěn)定元素，TA32鈦合金在空氣中長(zhǎng)時(shí)間暴露不僅可以在表面形成氧化層，氧元素也可以向基體內(nèi)部擴(kuò)散形成脆性富氧層。氧化層會(huì)影響鈦合金的力學(xué)性能、耐磨損性、電化學(xué)性能等使用性能[8-9]。TA32鈦合金熱成形件的氧化程度與熱成形工藝相關(guān)，同時(shí)會(huì)受到熱成形過程中所使用的高溫潤(rùn)滑劑的影響[10]。石墨與氮化硼是常用的高溫抗氧化劑兼潤(rùn)滑劑，二者在不同熱成形工藝下的抗氧化效果不同。

依坯料放入時(shí)間的不同，熱成形工藝一般分為2種:①隨爐成形，即模具與坯料同時(shí)升溫后成形-保壓-冷卻；②到溫成形，即模具加熱到溫后放入零件成形-保壓-冷卻。因?yàn)槎叩膮^(qū)別主要在于坯料放入模具及成形件取出時(shí)間的不同，所以隨爐熱成形和到溫?zé)岢尚蔚墓残杂绊懸蛩刂饕?個(gè):①成形溫度；②應(yīng)變速率；③保溫時(shí)間；④應(yīng)變量；⑤保壓時(shí)間，而它們的特性影響因素有3個(gè):①升溫速率；②冷卻方式；③表面氧化程度。其中保壓時(shí)間參數(shù)由應(yīng)力松弛實(shí)驗(yàn)獲得，是成形后應(yīng)力釋放與尺寸校形的過程，并不影響TA32鈦合金的成形性能。

合適的熱成形工藝是保證TA32鈦合金鈑金件應(yīng)用的重要條件，因此研究TA32鈦合金在熱變形條件下的流變性能及組織演變具有重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。通過高溫拉伸試驗(yàn)?zāi)M熱成形條件，研究分析隨爐成形與到溫成形過程中共性影響因素成形溫度、應(yīng)變速率、保溫時(shí)間和變形量以及特性影響因素升溫速率和冷卻方式對(duì)TA32鈦合金流變行為及成形后性能的影響，探尋拉伸性能與組織的變化規(guī)律；同時(shí)設(shè)計(jì)兩因素兩水平工藝試驗(yàn)，分析不同高溫潤(rùn)滑劑及熱成形條件下TA32鈦合金的抗氧化性能，以確定TA32鈦合金板材熱成形的最佳工藝參數(shù)。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)原材料為寶鈦集團(tuán)有限公司提供的1.5 mm厚TA32鈦合金軋制板材，熱處理狀態(tài)為M態(tài)，化學(xué)成分如表1所示。TA32鈦合金板材表面及截面(水平為橫向)原始組織形貌見圖1。板材熱成形過程中采用的高溫潤(rùn)滑劑為膠體石墨與立方氮化硼(CBN)粉末。每10 g粉末加入25 mL酒精和25 mL丙酮，攪拌均勻制成懸浮液，用氣壓噴涂至試件表面。

表1TA32鈦合金板材的化學(xué)成分(w/%)

Table 1 Chemical composition of TA32 titanium alloy plate

圖1 TA32鈦合金板材的原始組織形貌Fig.1 Original microstructures of TA32 titanium alloy plate: (a)surface; (b)cross section

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

采用精密線切割機(jī)床切割拉伸試樣，試樣標(biāo)距為25 mm，寬度為6 mm，厚度為1.5 mm。參照GB/T 4338—2006《金屬材料 高溫拉伸試驗(yàn)方法》的相關(guān)規(guī)定, 采用UTM5504X型電子萬能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行高溫拉伸試驗(yàn)。首先研究不同溫度和應(yīng)變速率條件下試樣的力學(xué)流變性能及微觀組織結(jié)構(gòu)，所選取的試驗(yàn)溫度為700、750、800、850 ℃，應(yīng)變速率為0.1、0.01、0.001、0.000 1 s-1，升溫速率為5 min到指定溫度，保溫10 min、水冷。再研究相同溫度和應(yīng)變速率下，保溫時(shí)間、應(yīng)變量、升溫速率與冷卻方式分別對(duì)TA32鈦合金流變性能和顯微組織的影響，參數(shù)如下:試驗(yàn)溫度800 ℃，應(yīng)變速率0.001 s-1，保溫時(shí)間分別為10、30 min，應(yīng)變量分別為0.15、0.3、0.45、0.6、0.8、0.9，升溫速率分別為800 ℃/5 min、800 ℃/6 h、800 ℃/12 h，冷卻方式為水冷、空冷、爐冷3種。用線切割方法從試驗(yàn)后的試件上截取金相試樣。試樣粗拋后，用液氮作冷卻劑，在低溫下電解拋光40 s，隨后用腐蝕液腐蝕3 s。電解溶液為甲醇+正丁醇+高氯酸溶液(體積比為60∶34∶6)，腐蝕液為氫氟酸+硝酸+水溶液(體積比為3∶5∶92)。采用江南MR5000金相顯微鏡觀察試樣微觀組織。

根據(jù)熱成形工藝及高溫潤(rùn)滑劑的選擇，設(shè)計(jì)4組TA32鈦合金熱拉伸模擬工藝正交試驗(yàn):隨爐成形-石墨、到溫成形-石墨、隨爐成形-CBN、到溫成形-CBN。主要成形參數(shù)為:成形溫度800 ℃，保溫30 min，應(yīng)變速率0.001 s-1，應(yīng)變量0.2，保壓時(shí)間8 min。拉伸件清洗烘干后，在標(biāo)距段的中間處取樣，采用掃描電鏡(SEM)背散射成像技術(shù)觀察其氧化膜厚度。

2 結(jié)果與分析

2.1 共性因素下熱成形流變性能及組織演變

2.1.1 高溫應(yīng)力-應(yīng)變曲線

依據(jù)高溫拉伸試驗(yàn)獲得TA32鈦合金在不同溫度和應(yīng)變速率下的真實(shí)應(yīng)力-應(yīng)變曲線，如圖2所示。從圖2可以看出，TA32鈦合金的流變應(yīng)力對(duì)溫度及應(yīng)變速率均敏感，當(dāng)應(yīng)變速率相同時(shí)，溫度越高，流變應(yīng)力越低；當(dāng)溫度相同時(shí)，應(yīng)變速率越慢，流變應(yīng)力越低。溫度越高，動(dòng)態(tài)軟化在動(dòng)態(tài)回復(fù)及動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程的作用下越嚴(yán)重，流變應(yīng)力降低。應(yīng)變速率降低時(shí)，材料達(dá)到一定應(yīng)變的時(shí)間延長(zhǎng)，晶間滑移使變形過程中位錯(cuò)堆積產(chǎn)生的應(yīng)力集中得到松弛，從而使TA32鈦合金在高溫下的流變應(yīng)力降低。

圖2 TA32鈦合金在不同溫度和應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.2 Stress-strain curves of TA32 titanium alloy at different temperatures and strain rates: s-1;

2.1.2 成形溫度的影響

圖3為不同應(yīng)變速率下TA32鈦合金流變應(yīng)力隨溫度的變化曲線。從圖3可以看出，在不同的成形溫度范圍內(nèi)，TA32鈦合金的流變應(yīng)力隨溫度的升高而降低的程度不同。當(dāng)應(yīng)變速率≥0.01 s-1時(shí)，隨著成形溫度的升高，流變應(yīng)力趨于直線下降，說明在應(yīng)變速率較大時(shí)TA32 鈦合金對(duì)溫度非常敏感。當(dāng)應(yīng)變速率≤0.001 s-1時(shí)，流變應(yīng)力降低且均出現(xiàn)放緩的趨勢(shì)，溫度較低時(shí)流變應(yīng)力降低較快，而溫度較高時(shí)流變應(yīng)力降低緩慢。在750～850 ℃范圍內(nèi)，流變應(yīng)力隨著溫度升高而降低的程度變緩，這是因?yàn)樽冃芜^程中存在螺型位錯(cuò)的交滑移和與擴(kuò)散有關(guān)的刃型位錯(cuò)的攀移等動(dòng)態(tài)回復(fù)過程，所以流變應(yīng)力變化平緩。

圖3 變形溫度對(duì)TA32鈦合金流變應(yīng)力的影響Fig.3 Effect of deformation temperature on flow stress of TA32 titanium alloy

當(dāng)應(yīng)變速率為0.001 s-1、保溫時(shí)間為10 min、應(yīng)變?yōu)?.45時(shí)，不同溫度下TA32鈦合金變形后的微觀組織如圖4所示。TA32鈦合金在700 ℃變形時(shí)，由于溫度低，不利于晶界遷移且動(dòng)態(tài)再結(jié)晶孕育期長(zhǎng)，晶粒沿著變形方向被拉長(zhǎng)(圖4a)；750 ℃下雖然動(dòng)態(tài)回復(fù)使得TA32鈦合金內(nèi)部的變形儲(chǔ)能減少，但溫度的升高有效增加了熱激活能，從而促進(jìn)原子擴(kuò)散、位錯(cuò)交滑移和晶界遷移行為的發(fā)生，變形合金內(nèi)部開始出現(xiàn)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶現(xiàn)象，表現(xiàn)為細(xì)小的β相晶粒明顯增多(圖4b)；溫度繼續(xù)升高至800 ℃時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為更充分，晶界處發(fā)生明顯的晶粒形核和一定程度的長(zhǎng)大，呈現(xiàn)均勻的等軸β相晶粒(圖4c)；當(dāng)溫度為850 ℃時(shí)，溫度過高導(dǎo)致晶粒長(zhǎng)大明顯(圖4d)。因此，變形溫度對(duì)TA32鈦合金的組織有很大影響，隨著變形溫度的升高，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為更充分，但是由于鈦合金屬于高層錯(cuò)能合金，原子擴(kuò)散速度較慢，導(dǎo)致動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為進(jìn)行的較為緩慢，因此動(dòng)態(tài)再結(jié)晶程度較小。

圖時(shí)，TA32鈦合金在不同 變形溫度下的微觀組織Fig.4 Microstructures of TA32 titanium alloy at different temperatures in the condition of strain rate 0.001 s-1and strain 0.45: (a)700 ℃; (b)750 ℃; (c)800 ℃; (d)850 ℃

2.1.3 應(yīng)變速率的影響

圖5為TA32鈦合金流變應(yīng)力隨應(yīng)變速率的變化曲線。從圖5可以看出，應(yīng)變速率越低，流變應(yīng)力也越低。變形溫度較低時(shí)，TA32鈦合金流變應(yīng)力下降程度較大。當(dāng)溫度高于800 ℃時(shí)，流變應(yīng)力隨著應(yīng)變速率的降低先急劇下降后變緩。相同溫度下，應(yīng)變速率較大時(shí)，變形過程中較大的位錯(cuò)增殖率使流變應(yīng)力明顯高于低應(yīng)變速率狀態(tài)。

圖5 應(yīng)變速率對(duì)TA32鈦合金流變應(yīng)力的影響Fig.5 Effect of strain rate on flow stress of TA32 titanium alloy

圖6為TA32鈦合金在不同應(yīng)變速率下的微觀組織。從圖6可以看出，應(yīng)變速率的減小有利于動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為的充分進(jìn)行，應(yīng)變速率≥0.01 s-1時(shí)，幾乎未發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為(圖6a、b)；當(dāng)應(yīng)變速率為0.001 s-1時(shí)，發(fā)生了明顯的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為，晶粒優(yōu)先在晶界處形核和長(zhǎng)大(圖6c)；當(dāng)應(yīng)變速率降低至0.000 1 s-1時(shí)，細(xì)小的晶粒數(shù)量增多，說明動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為進(jìn)行的更充分(圖6d)。TA32鈦合金應(yīng)變速率越低，達(dá)到相同變形量所需的時(shí)間就越長(zhǎng)，有充足的時(shí)間進(jìn)行動(dòng)態(tài)再結(jié)晶。再結(jié)晶的驅(qū)動(dòng)力是由形變畸變能提供的，同時(shí)再結(jié)晶需要充足的時(shí)間進(jìn)行晶粒形核和長(zhǎng)大，所以應(yīng)變速率越大，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程就會(huì)越難發(fā)生；應(yīng)變速率較低時(shí)變形時(shí)間較長(zhǎng)，原子的擴(kuò)散遷移就越充分，有充足的時(shí)間進(jìn)行新晶粒的形核和長(zhǎng)大。

2.1.4 保溫時(shí)間的影響

毛坯需要在成形溫度下保溫一定時(shí)間來做恒溫處理，以保證成形前具有均勻的溫度。溫度為750 ℃和800 ℃，應(yīng)變速率為0.001 s-1，應(yīng)變?yōu)?.45時(shí)，TA32鈦合金試樣拉伸前保溫10 min和30 min的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖7所示。從圖7可以看出，保溫30 min時(shí)，TA32鈦合金流變應(yīng)力相比保溫10 min時(shí)明顯降低，塑性變形抗力下降。

圖6 800 ℃、ε=0.45時(shí)，TA32鈦合金在不同 應(yīng)變速率下的微觀組織Fig.6 Microstructures of TA32 titanium alloy at different strain rates in the condition of temperature 800 ℃ and strain 0.45:

圖時(shí),TA32 鈦合金在不同 保溫時(shí)間下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.7 Stress-strain curves of TA32 titanium alloy under different holding time at the strain rate 0.001 s-1 and strain 0.45

應(yīng)變速率為0.001 s-1，應(yīng)變?yōu)?.45時(shí)，TA32鈦合金在750 ℃和800 ℃下分別保溫30 min與10 min的微觀組織如圖8所示。從圖8可以看出，在750 ℃下保溫時(shí)間由10 min延長(zhǎng)至30 min后，部分β相晶粒轉(zhuǎn)化為α相晶粒，細(xì)碎的β相晶粒減少，等軸的β相晶粒增多(圖8a、b)。800 ℃時(shí)，保溫30 min與保溫10 min相比，β相晶粒數(shù)量幾乎沒有變化，保溫30 min時(shí)的β相晶粒整體尺寸較為均勻、動(dòng)態(tài)再結(jié)晶晶粒等軸化(圖8c、d)，說明保溫30 min比保溫10 min的恒溫均熱效果更佳。

圖時(shí),TA32鈦合金不同 保溫時(shí)間下的微觀組織Fig.8 Microstructures of TA32 titanium alloy under different holding time at the strain rate 0.001 s-1 and strain 0.45: (a)10 min at 750 ℃; (b)30 min at 750 ℃; (c)10 min at 800 ℃; (d)30 min at 800 ℃

2.1.5 應(yīng)變量的影響

TA32鈦合金在800 ℃下保溫10 min后，以應(yīng)變速率0.001 s-1進(jìn)行熱拉伸時(shí)，不同應(yīng)變量下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖9所示。從圖9可以看出，初期流變應(yīng)力隨著應(yīng)變量增大而增加，但變形時(shí)間的延長(zhǎng)促使材料發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，流變應(yīng)力逐漸降低，因此流變應(yīng)力表現(xiàn)出達(dá)到峰值后呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)。流變應(yīng)力在應(yīng)變量0.9時(shí)急劇下降，出現(xiàn)了頸縮。

圖時(shí)，TA32鈦合金在不同 應(yīng)變量下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.9 Stress-strain curves of TA32 titanium alloy under different strains at the strain rate 0.001 s-1 and temperature 800 ℃

圖10為TA32鈦合金在800 ℃保溫10 min后，應(yīng)變速率0.001 s-1時(shí)定應(yīng)變拉伸水冷后的微觀組織，定應(yīng)變量為0.15、0.3、0.45、0.6、0.8、0.9。

從圖10可以看出，隨著應(yīng)變量的增加，β相晶粒先長(zhǎng)大后細(xì)化。當(dāng)應(yīng)變量≤0.3時(shí)，形變畸變能不足以產(chǎn)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，晶粒在溫度的作用下長(zhǎng)大。隨著變形程度的增加，TA32鈦合金內(nèi)部積累了足夠的畸變能，發(fā)生了明顯的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為，在晶界處可以看到細(xì)小的再結(jié)晶晶粒。由于TA32鈦合金是高層錯(cuò)能合金，變形儲(chǔ)能在動(dòng)態(tài)回復(fù)的作用下隨時(shí)釋放，只有當(dāng)變形量積累到一定程度時(shí)才會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，故動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過程隨著應(yīng)變量的增加不斷循環(huán)發(fā)生。當(dāng)應(yīng)變量增加至0.6時(shí)，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為非常明顯，原始晶界逐漸消失，呈現(xiàn)出更多更細(xì)小且均勻的晶粒(圖10d)，形變畸變能的增加促使動(dòng)態(tài)再結(jié)晶能力增強(qiáng)，變形組織發(fā)生了充分的動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為。當(dāng)應(yīng)變量增加至0.8時(shí)，再結(jié)晶晶粒隨時(shí)間而長(zhǎng)大。應(yīng)變量為0.9時(shí)，晶粒因劇烈變形而細(xì)碎，拉伸試樣出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象(圖10f)。由此表明，TA32鈦合金熱成形過程中存在動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶行為，適當(dāng)增加變形量可以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。

圖時(shí),TA32鈦合金在不同 應(yīng)變量下的微觀組織Fig.10 Microstructures of TA32 titanium alloy under different strains at the strain rate 0.001 s-1 and temperature 800 ℃: (a)ε=0.15； (b)ε=0.3; (c)ε=0.45; (d)ε=0.6; (e)ε=0.8; (f)ε=0.9

2.2 特性因素下熱成形流變性能及組織演變

2.2.1 升溫速率的影響

升溫速率是指毛坯放入模具中到達(dá)指定成形溫度的速度，800 ℃/5 min是試樣升溫至800 ℃需要5 min時(shí)間，與到溫成形的升溫速率一致。而800 ℃/6 h和800 ℃/12 h指的是拉伸試樣先放入爐內(nèi)分別加熱6 h和12 h到800 ℃，與隨爐成形工藝對(duì)應(yīng)。TA32鈦合金在不同升溫速率下到達(dá)800 ℃且保溫10 min后，應(yīng)變速率為0.001 s-1時(shí)的高溫拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線如圖11所示。從圖11可以看出，升溫速率越低，流變應(yīng)力越大，延伸率越低，塑性越差。TA32鈦合金在升溫速率為800 ℃/5 min時(shí)，變形抗力最低且延伸率最高，有著良好的成形性能。

圖11 時(shí)，TA32鈦合金在不同 升溫速率下的應(yīng)力-應(yīng)變曲線Fig.11 Stress-strain curves of TA32 titanium alloy under different heating rates at the strain rate 0.001 s-1and temperature 800 ℃

TA32鈦合金在不同升溫速率下高溫拉伸至應(yīng)變量0.45后水冷的微觀組織如圖12所示。由圖12可以看出，升溫速率為800 ℃/5 min時(shí)，β相組織為均勻的等軸晶。升溫速率為800 ℃/6 h時(shí)，發(fā)生明顯的靜態(tài)再結(jié)晶行為，促生了細(xì)小的β相晶粒。升溫速率進(jìn)一步降低至800 ℃/12 h，晶粒發(fā)生長(zhǎng)大且不均勻。相比之下，800 ℃/5 min的升溫速率下獲得的均勻分布等軸晶粒更多，塑性更好。綜合考慮不同升溫速率的變形抗力、塑性、組織形貌以及生產(chǎn)效率，采用到溫成形工藝生產(chǎn)TA32鈦合金零件更為合理。

圖時(shí)，TA32鈦合金在不同升溫速率下的微觀組織Fig.12 Microstructures of TA32 titanium alloy under different heating rates at the temperature 800 ℃， strain 0.45 and strain rate 0.001 s-1: (a)800 ℃/5 min; (b)800 ℃/6 h; (c)800 ℃/12 h

2.2.2 冷卻方式的影響

TA32鈦合金于5 min升溫至800 ℃，以應(yīng)變速率0.001 s-1拉伸至應(yīng)變量0.45后，以不同冷卻方式冷卻后的微觀組織如圖13所示。從圖13可以看出，水冷后β相組織較為均勻，且等軸晶較多，原因是水冷的冷卻速率非?？?，雖然保存了材料內(nèi)部的組織狀態(tài)，但零件內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生巨大的淬火應(yīng)力，表面容易造成淬硬，成形件發(fā)生變形。空冷狀態(tài)下(拉伸試樣取出后約30 min冷卻到室溫)，其組織形貌和水冷相差不大，β相組織較為均勻，且等軸晶較多。爐冷效率最低(約12 h冷卻到室溫)，組織中明顯細(xì)化的β相在晶界處形成了鏈狀的細(xì)小晶粒。原因是爐冷速度較慢，合金元素發(fā)生偏聚，部分區(qū)域所含β穩(wěn)定元素貧化，轉(zhuǎn)變?yōu)榉欠€(wěn)定α′相，進(jìn)而形成α相。綜合考慮生產(chǎn)效率和冷卻后的微觀組織狀態(tài)，TA32鈦合金熱成形采用空冷方式更為合理。

圖時(shí)，TA32鈦合金在不同冷卻方式下的微觀組織Fig.13 Microstructures of TA32 titanium alloy under different cooling methods at the temperature 800 ℃、strain 0.45 and strain rate 0.001 s-1: (a)water cooled; (b)air cooled; (c)furnace cooled

2.3 高溫潤(rùn)滑劑對(duì)抗氧化性能的影響

針對(duì)隨爐成形-石墨、隨爐成形-CBN、到溫成形-石墨及到溫成形-CBN 4種情況進(jìn)行熱拉伸正交試驗(yàn)，試驗(yàn)后試樣氧化膜截面的背散射像如圖14所示。從圖14可以看出，在成形溫度800 ℃、應(yīng)變速率0.001 s-1、應(yīng)變量0.2下，采用CBN作為高溫潤(rùn)滑劑的到溫?zé)岢尚喂に嚝@得的試樣表面氧化程度最低，氧化膜厚度僅為0.7 μm；而隨爐熱成形采用石墨作為高溫潤(rùn)滑劑時(shí)試件氧化層最厚，氧化膜厚度達(dá)到了2.81 μm。CBN作為高溫潤(rùn)滑劑的抗氧化保護(hù)效果均高于石墨，而到溫成形因高溫暴露時(shí)間相對(duì)較短，試件的氧化程度均輕于隨爐成形。采用到溫成形工藝，CBN作為高溫潤(rùn)滑劑能夠有效地降低TA32鈦合金成形件的氧化程度。

3 結(jié) 論

(1)當(dāng)應(yīng)變速率一定時(shí)，TA32鈦合金流變應(yīng)力隨著變形溫度的升高而降低，塑性增強(qiáng)，晶粒隨著溫度的升高先細(xì)化后長(zhǎng)大；當(dāng)溫度一定時(shí)，流變應(yīng)力隨著應(yīng)變速率的減小而降低，應(yīng)變速率越低，動(dòng)態(tài)再結(jié)晶越充分，晶粒趨向均勻化、等軸化，降低應(yīng)變速率可以細(xì)化晶粒。當(dāng)溫度和應(yīng)變速率一定時(shí)，應(yīng)變量從0.3增至0.6，變形量促使畸變能增加，表現(xiàn)出動(dòng)態(tài)再結(jié)晶的行為特征，但應(yīng)變量到達(dá)0.8時(shí)出現(xiàn)晶粒長(zhǎng)大現(xiàn)象，適當(dāng)增加變形量可以達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。

圖14 不同熱成形工藝組合下TA32鈦合金拉伸試樣氧化膜截面的背散射像Fig.14 Back-scattering electron images(BEI) of cross-section of oxide film on the TA32 titanium alloy specimens under different thermoforming process combinations: (a)thermoforming with furnace using graphite; (b)thermoforming with furnace using CBN; (c)temperature-reached thermoforming using graphite; (d)temperature-reached thermoforming using CBN

(2)在800 ℃/5 min的升溫速率下流變應(yīng)力較低，塑性較好且組織較為均勻；單一變量下保溫30 min比保溫10 min恒溫均熱效果更好，均勻的組織且較多等軸晶粒使得材料具有良好的塑性、較低的流變應(yīng)力。冷卻方式不同試樣的組織形貌不同，空冷效率高，且組織均勻。CBN比石墨更能有效地降低TA32鈦合金在熱成形過程中的氧化程度，到溫成形因高溫暴露時(shí)間短而試件氧化程度輕于隨爐成形。

(3)工藝參數(shù)為溫度800 ℃、應(yīng)變速率0.001 s-1、保溫時(shí)間30 min、應(yīng)變量0.45～0.6時(shí)，采用到溫成形工藝并使用CBN作為高溫潤(rùn)滑劑是TA32鈦合金板材的最優(yōu)高溫成形方案。