第9期 路新等：粉末冶金T4基合金高温变形行为 1183 形量的持续增加，回复没有释放的储存能达到一定 态再结晶等软化过程更易进行 程度后，发生动态再结晶，流变应力表现为在达到峰 表1表示TA基合金的高温压缩性能.由此可 值以后迅速下降，直到再结晶结束. 以看出，在相同的应变速率下，合金的压缩屈服强度 随着应变速率的升高，合金发生明显流变软化 随温度的升高而降低，塑性随温度的升高而迅速升 的形变温度逐渐提高.在e=0.2s'的条件下，形变 高.当变形温度低于800℃时，屈服强度随温度升 温度提高至900℃以上时，合金开始出现明显的流 高缓慢降低，压缩率增加：而当变形温度在合金脆韧 变软化.这主要由于合金的脆韧转变温度与应变速 转变温度以上时，屈服强度随温度升高迅速降低，同 率有关，应变速率提高，位错密度增加，位错运动受 时合金的塑性迅速提高，压缩最大变形量均可达到 阻，材料更易发生加工硬化.变形时间缩短使动态 80%.在脆韧转变温度以上，合金在力学性能上发 回复率降低，因此必须通过提高变形温度来增强材 生的明显变化是由于受热激活作用，1/2110>位 料的热激活作用，增大原子的平均动能，同时减小晶 错可动性提高，<11①>{111}和<112{111}系机 团产生滑移的临界分切应力，从而使动态回复和动 械挛晶变形的临界分切应力(RSS降低造成的. 表1TA基合金的高温压缩性能 Tab le High tmpera ture compressive properties of the Til based albys E=0002s1 e=002s-1 E=021 温度℃ a p/MPa d0.2/MPa Gp/MPa da2/MPa Eε% a p/MPa d02/MPa Ech 600 1146 590 29.7 一 一 700 978 564 524 1056 576 33.2 1091 599 254 800 800 516 89明 536 978 581 503 900 597 432 727 486 836 542 1000 433 334 568 411 687 493 1050 320 272 479 358 637 450 另外，合金的高温压缩性能对应变速率敏感， 为热力学温度：AA、A、α及B均为与变形温度无 在相同的变形温度下，其强度随应变速率的升高而 关的材料常数：与为应力指数，其中a、B和之 升高，而压缩最大变形量随应变速率的升高而降低， 间满足a=甲/的关系I9, 同时这种敏感程度随温度的升高而加剧.由于高温 另外由Zene和Holkman吲引入参数？来表示 下材料的变形受热激活作用，主要靠扩散和晶间滑 变形温度和应变速率对变形的影响. 动，而位错攀移过程对应变速率有较强的依赖关系， 所以提高应变速率会提高材料的强度，降低塑性， ZE exp(Q/RT)=AI sinh (aG)]"(4) 当形变温度越高，扩散的影响越严重，应变速率上升 假定TA基合金的峰值应力σp和应变速率e 时扩散来不及进行，限制了这类机理的发生，变为需 之间分别满足指数关系、幂指数关系和双曲正弦关 要更高应力的切面机理来实现，因而合金强度对应 系，即式(1)、式(2)和式(3).分别对以上三式两边 变速率的敏感程度随温度的升高而更加明显， 取自然对数，可以得到： 2.2高温变形本构方程的建立 e=n4十p6p (5) 材料的高温塑性变形是一个受热激活控制的过 程，根据加工硬化和动态软化的发生情况，其热变形 E=nA十Bop (6) 行为可用Ahmu咲系来描述？-9 Ire=InA+(-Q/RT)+n sinh(aop)](7) E=A。1 (1) 首先，将不同变形温度条件下合金的峰值流变 =A exp(Ba) 应力随应变速率变化情况分别代入式(5)式(6) (2) 中，可得到一p和一Gp的关系图（图2）， e=Ash(ao】"exp(-Q/RT (3) 进行一元线性回归处理，可由直线斜率分别得到常 式中，σ为流变应力：e为应变速率；Q为变形激活 数及β的平均值分别为13.2248和0.0194进而 能：R为摩尔气体常量，即为8.1345于mot1。K:T 可根据a=3/计算出参数a的值为0.0015第 9期 路 新等:粉末冶金 TiAl基合金高温变形行为 形量的持续增加, 回复没有释放的储存能达到一定 程度后, 发生动态再结晶, 流变应力表现为在达到峰 值以后迅速下降, 直到再结晶结束. 随着应变速率的升高, 合金发生明显流变软化 的形变温度逐渐提高 .在 ε · =0.2 s -1的条件下, 形变 温度提高至 900 ℃以上时, 合金开始出现明显的流 变软化 .这主要由于合金的脆韧转变温度与应变速 率有关, 应变速率提高, 位错密度增加, 位错运动受 阻, 材料更易发生加工硬化.变形时间缩短使动态 回复率降低, 因此必须通过提高变形温度来增强材 料的热激活作用, 增大原子的平均动能, 同时减小晶 团产生滑移的临界分切应力, 从而使动态回复和动 态再结晶等软化过程更易进行. 表 1表示 TiAl基合金的高温压缩性能.由此可 以看出, 在相同的应变速率下, 合金的压缩屈服强度 随温度的升高而降低, 塑性随温度的升高而迅速升 高.当变形温度低于 800 ℃时, 屈服强度随温度升 高缓慢降低, 压缩率增加 ;而当变形温度在合金脆韧 转变温度以上时, 屈服强度随温度升高迅速降低, 同 时合金的塑性迅速提高, 压缩最大变形量均可达到 80%.在脆韧转变温度以上, 合金在力学性能上发 生的明显变化是由于受热激活作用, 1 /2 <110 >位 错可动性提高, <110 >{111}和 <112 >{111}系机 械挛晶变形的临界分切应力 ( CRSS)降低造成的 [ 6] . 表 1 TiAl基合金的高温压缩性能 Table1 HightemperaturecompressivepropertiesoftheTiAlbasedalloys 温度 /℃ ε · =0.002s-1 ε · =0.02s-1 ε · =0.2s-1 σp/MPa σ0.2 /MPa εc/% σp/MPa σ0.2 /MPa εc/% σp/MPa σ0.2 /MPa εc/% 600 1 146 590 29.7 — — — — — — 700 978 564 52.4 1 056 576 33.2 1 091 599 25.4 800 800 516 — 893 536 — 978 581 50.3 900 597 432 — 727 486 — 836 542 — 1 000 433 334 — 568 411 — 687 493 — 1 050 320 272 — 479 358 — 637 450 — 另外, 合金的高温压缩性能对应变速率敏感 . 在相同的变形温度下, 其强度随应变速率的升高而 升高, 而压缩最大变形量随应变速率的升高而降低, 同时这种敏感程度随温度的升高而加剧.由于高温 下材料的变形受热激活作用, 主要靠扩散和晶间滑 动, 而位错攀移过程对应变速率有较强的依赖关系, 所以提高应变速率会提高材料的强度, 降低塑性 . 当形变温度越高, 扩散的影响越严重, 应变速率上升 时扩散来不及进行, 限制了这类机理的发生, 变为需 要更高应力的切面机理来实现, 因而合金强度对应 变速率的敏感程度随温度的升高而更加明显. 2.2 高温变形本构方程的建立 材料的高温塑性变形是一个受热激活控制的过 程, 根据加工硬化和动态软化的发生情况, 其热变形 行为可用 Arrhenius关系来描述 [ 7--8] . ε · =A1 σ n1 ( 1) ε · =A2exp( βσ) ( 2) ε · =A[ sinh(ασ)] nexp( -Q/RT) ( 3) 式中, σ为流变应力 ;ε · 为应变速率 ;Q为变形激活 能 ;R为摩尔气体常量, 即为 8.134 5 J·mol -1 ·K -1 ;T 为热力学温度 ;A、A1 、A2 、α及 β均为与变形温度无 关的材料常数 ;n与 n1为应力指数, 其中 α、β和 n之 间满足 α=β /n的关系 [ 9] . 另外由 Zener和 Hollomon引入参数 Z, 来表示 变形温度和应变速率对变形的影响. Z=ε · exp( Q/RT) =A[ sinh( ασ) ] n ( 4) 假定 TiAl基合金的峰值应力 σp和应变速率 ε · 之间分别满足指数关系、幂指数关系和双曲正弦关 系, 即式 ( 1) 、式 ( 2)和式 ( 3) .分别对以上三式两边 取自然对数, 可以得到: lnε · =lnA1 +n1 lnσp ( 5) lnε · =lnA2 +βσp ( 6) lnε · =lnA+( -Q/RT) +nln[ sinh(ασp) ] ( 7) 首先, 将不同变形温度条件下合金的峰值流变 应力随应变速率变化情况分别代入式 ( 5) 、式 ( 6) 中, 可得到 lnε · -lnσp和 lnε · -σp的关系图 (图 2), 进行一元线性回归处理, 可由直线斜率分别得到常 数 n1及 β的平均值分别为 13.2248和 0.019 4, 进而 可根据 α=β /n计算出参数 α的值为 0.001 5. · 1183·