詳細描述

鈦及鈦合金具有眾多優異的性能，如高的比強度、優良的耐腐蝕性、良好的低溫性能以及無磁等特點，廣泛應用于航空、航天、海洋、汽車和生物醫藥產業。

其應用水平日益成為衡量一個國家或地區的經濟水平、社會發展和戰略地位的重要指標。TA15鈦合金是一種通用型高鋁含量的近α型鈦合金，兼有α型和α+β型鈦合金的優點，具有中等室溫和高溫強度，良好的熱穩定性和焊接性能，長時工作溫度可達500℃，主要用于飛機結構件和發動機上，是一種重要的航空材料。

研究發現，晶粒細化可以有效提升鈦合金的強度及塑性，進一步提高其使用壽命。大塑性變形技術（SPD）通過對金屬施加大的塑性應變，有效細化金屬組織，從而獲得亞微米甚至納米尺寸的晶粒，提高合金的綜合性能。多向鍛壓工藝（MDF）是一種典型的大塑性變形方法，變形過程中對塊狀金屬材料沿三個不同的軸向進行反復壓縮，其工藝原理如圖 1 所示。多向等溫鍛壓不僅工藝簡單、成本低，而且可使用現有的工業裝備實現制備大塊致密材料并使材料性能得到改善等目的，可直接用于工業生產。目前，對初始組織為片狀或雙態組織的 TA15 鈦合金大變形量的熱加工組織演變的研究多有報道。對初始組織為等軸狀的TA15鈦合金熱加工變形的研究多在近β或β單相區溫度區間，但存在變形后冷卻速率不夠快易造成晶粒尺寸迅速長大和材料不均勻問題，且高溫β相組織難以保留。由于TA15合金鍛壓溫度區間窄，在β轉變溫度下成形具有較低的延展性。因此，研究在相變點以下溫度區間內大塑性變形參數對組織性能的影響具有較大的實際意義。本實驗通過等溫多向鍛壓實驗，結合組織觀察和室溫拉伸性能測試，對在α+β相區溫度加熱后在不同變形條件下變形水冷后的初始組織為等軸狀的TA15鈦合金的顯微組織演變和室溫拉伸性能進行研究，探明初生α隨變形道次和溫度的演化規律，以獲得組織均勻、綜合性能優異的TA15合金材料。

TA15鈦鍛件鍛壓的組織變化特點：

1) TA15 鈦合金經多向鍛壓變形后，晶粒主要通過機械破碎和動態再結晶細化。700 ℃變形條件下隨著變形道次的增加，晶粒細化的主要方式由機械破碎轉向連續動態再結晶，組織中粗大的初生α晶粒得到明顯細化，3道次后細化至6.0μm，等軸α晶粒增多，顯微組織均勻性得到有效提高。

2) 3 道次變形條件下，隨著變形溫度的升高，材料中的動態再結晶現象明顯，合金中位錯等缺陷減少，900 ℃，3道次變形條件下初生α晶粒細化效果不明顯。

3) 多向鍛壓變形后，隨著鍛壓道次的增加，材料的強塑性提高，700 ℃，3道次變形條件下抗拉強度提高到1443 MPa，延伸率增加到13.6%，變形溫度的提高保證了材料的良好塑性，強度得到改善，材料綜合性能得到明顯提高。