引言

TB6鈦合金廣泛應用于航空輕量化領域，該合金的主要優勢有：耐腐蝕性好、易加工、延展性好、強度高、自重輕[1]。在動荷載及高溫的條件下，金屬材料易產生形變，此時熱溫度和應變率等因素的改變必然會對其力學性能產生一定影響[2]。溫度軟化效應、應變率強化效應發生在材料中，然而材料熱變形行為受兩種條件的影響不同，應變率不斷增大的情況下，材料流動應力受恒定溫度作用影響而不斷增大；另外當溫度不斷提高時，流動應力在應變率恒定的情況下則開始降低[3-4]。

相關研究吸引了很多學者。霍思含等[5]針對熱軋TA18鈦合金棒材卡站壓縮試驗，結果表明，經熱軋后的TA18鈦合金棒材均可以得到均勻的顯微組織，在壓縮變形量為30%時壓縮強度達到最大。黃立國等[6]通過真空感應凝殼熔煉方法制備了Ti-6Al-4V-0.1B合金鑄錠，隨后在850～985℃的溫度范圍內和0.001～1s-1的應變速率范圍內開展熱壓縮測試，結果顯示合金的流動應力對溫度和應變速率都是敏感的。

張俊喜等[7]采用分離式霍普金森壓桿（SHPB）方法測試Ti-6Al-2Zr-2Sn-3Mo-2Nb-1Cr-0.1Si-Fe合金雙重退火后組織和力學性能，提高了材料的斷裂應變。

綜上所述，本文在探究力學性能參數影響規律時，主要從流動應力、動態屈服強度、材料應力—應變關系曲線等在受熱溫度、應變率及應變不同條件下變化規律展開研究分析，為制備更優性能的鈦合金板材提供了一定的參考價值。

1、實驗

本次試驗選用TB6鈦合金管材為試件原材料，尺寸為?219mm×6mm壁厚。按照?5×5圓柱體標準完成準靜態壓縮試件設計，該試件尺寸圖如圖1所示。

試樣數及試驗參數值如表1所示。第一，準靜態拉伸重復試驗要求應變率保持在0.001s^-1，同時展開2次，基本力學參數可通過此得到；第二，靜壓縮試驗則需保證應變率和溫度調整至固定的變化數值。

2、金屬材料應變率效應

在塑性變形下材料很容易因為位錯密度變化導致應變率效應產生，當位錯密度不斷增大時，流動應力則相應提高[8]。當絕熱溫升效應在較高應變率下產生，在應變率耦合及溫度的作用下，流動應力轉變為應變率效應，并且復雜度更高[9]。

當受熱溫度不斷提高時，金屬材料屈服強度下降，表現為應力—應變曲線下移。高溫條件下材料內部原子產生作用，從而造成合力降低，這種情況下也會很大程度上減少內晶體運動阻力，所以流動應力在材料塑性變形的過程中，表現為易受溫度變化的宏觀影響，溫度不斷升高，流動應力相應降低。

3、試驗結果分析

3.1準靜態壓縮試驗

TB6鈦合金在高溫準靜態壓縮下屈服強度測試結果，如表2所示。

溫度不同時，TB6鈦合金高溫力學性能的應力—應變關系曲線如圖2所示，為不同溫度下TB6鈦合金在準靜態壓縮過程中性能表現情況。經觀察發現，當受熱溫度不斷升高時，應力應變曲線開始呈現下移的趨勢，并且這種變化趨勢隨著溫度升高越快而越顯著，這一現象意味著材料力學性能極易受受熱溫度的影響[10]。曲線在溫度達到100℃時貼近常溫值，所以力學性能不易受溫度影響，當溫度升至200℃時，與常溫狀態相比，應力應變曲線下降趨勢相對較小，但是當溫度繼續升溫至300℃和400℃時，應力應變曲線下降趨勢極其明顯。

3.2組織演變分析

對各壓縮溫度條件制得的TB6鈦合金試樣進行掃描電鏡表征得到的微觀形貌如圖3所示。結果發現，所有壓縮溫度條件下的合金組織中都形成了大量第二相顆粒，并且整體分布形態都較均勻，顆粒外形主要為短棒型與類球形結構。利用圖像分析軟件統計得到第二相比例如表3所示。

可以發現，以200℃和400℃得到的TB6鈦合金第二相比例相對25℃的條件發生了明顯升高；其中，200℃和400℃條件下的TB6鈦合金中形成了比例基本相近的第二相，而400℃的板材形成了更少的短棒型第二相；表3給出了擠壓比26.2條件下的鋁合金板材各元素含量EDS測試結果。可以看到，此時形成了具有球型結構的Al2Fe析出相，同時形成了TiAlFe條形析出相。

TB6鈦合金型材的力學性能受多方面因素的影響。伴隨擠壓比的增大，材料形變加大同樣會導致材料第二相更加彌散與細碎，析出板條狀β相數量增加、密度增大。伴隨擠壓比的不斷增大，在高溫環境下合金極易出現再結晶，造成晶粒變大，然而因為第二相更加彌散、密集，限制晶粒長大，因此合金晶粒的尺寸并沒有出現顯著的改變。

4、結論

本文開展航空內燃機用TB6鈦合金高溫壓縮成形特性分析，得到研究結果如下：

（1）TB6鈦合金在應變在增加過程存在的應變硬化效應較強。其應變硬化效應作用較強，應變率強化效應較弱。

（2）壓縮后合金組織中都形成了大量第二相顆粒，整體分布形態都較均勻，顆粒外形主要為短棒型與類球形結構。

參考文獻：

[1]楊青云,李沖,呂光輝,等.TiB95合金熱壓縮流變應力研究[J].鍛壓裝備與制造技術,2022,57（05）:127-130.

[2]張安,張元東,劉秀良,等.鍛造變形量對TC25G鈦合金組織和性能的影響[J].鍛壓裝備與制造技術,2023,58（03）:100-104.

[3]黃艷華,馮繼才,彭暉,等.減少TA12A鈦合金鍛造過程表面開裂工藝研究[J].鍛壓裝備與制造技術,2022,57（02）:85-87.

[4]吳海旭,楊麗,耿慶濤,等.TB6-T6鈦合金擠壓型材高溫拉伸性能及模型預測[J].熱處理技術與裝備,2020,41（02）:10-13.

[5]霍思含,呂逍.變形量對TA18鈦合金微觀組織和性能的影響[J].鋼鐵釩鈦,2023,44（04）:68-72.

[6]黃立國,莊偉彬,高志玉.Ti-6Al-4V-0.1B鈦合金的熱壓縮變形行為[J].稀有金屬,2023,47（04）:512-519.

[7]張俊喜,郭小汝,陳百明,等.高強韌Ti-6Al-2Zr-2Sn-3Mo-2Nb-1Cr-0.1Si-xFe鈦合金的組織和壓縮性能[J].材料熱處理學報,2022,43（02）:66-73.

[8]趙士忠,馮超,車全偉,等.6008鋁合金沖擊實驗及其動態本構模型[J].成都大學學報（自然科學版）,2019,38（04）:339-345.

[9]郭小農,高志朋,朱劭駿,等.國產結構用鈦合金高溫力學性能試驗研究[J].湖南大學學報（自然科學版）,2018,45（07）:20-28.

[10]馮擎峰,姚再起,葉拓,等.6013-T4鈦合金在不同溫度和應變速率下動態力學行為及數值模擬[J].機械工程材料,2017,41（07）:85-90,97.