李伟等：不同锤锻方式下Ti6Al一4V合金组织及取向演变 217 造，锻造变形的同时发生动态回复再结晶.经过不同 中可以看到：不同变形方式的硬度值差别不大，平均值 的锻造方式变形后的组织存在明显的方向性，特别是 在39.0~39.6HRC之间，说明组织及取向对于硬度平 B相和α相都沿着变形的方向被拉长，组织存在很大 均值的影响效果较小：但从原始状态到到轴向以及换 的不均匀性：随后的高温固溶处理，残余的B相含量 向三次镦拔，硬度值的标准差越来越来越小，说明组织 明显增多，并且片层状明显变宽，这个过程主要是使合 或者取向是越来越均匀的 金的组织发生动态回复，晶粒的长大过程：之后在两相 40.4 区进行保温热处理，为了是让B相向α相转变，直至 40.2 达到一个平衡态 40.0 39.8 2.3.2不同镦拔方式下Ti6A4V合金的取向均匀 39.6 性分析 394 39.2 根据经典的滑移系开动理论，在钛合金的塑性变 39.0 形过程中，实现协调晶粒的宏观变形至少需要五个相 38.8 对独立的滑移系同时开动，这样塑性变形才能连续进 38.6 38.4 行，而各滑移系是否发生开动受其临界剪切应力的影 38.2 响a.在室温条件下，钛合金的柱面滑移和基面滑移 原始态 轴向 轴向二 轴向三换向三 次做拔次镦拔 次缴拔次撒拔 是主要滑移系，在高温条件下还会出现一些锥面滑移 微拔方式 系，在塑性变形过程中，晶粒滑移系的开动会根据 图8不同缴拔方式Ti6A4V合金硬度 Schmid因子的不同而有所差异，首先发生开动的是临 Fig.8 Hardness of Ti-6Al-4V alloy under different upsetting and 界剪切应力较小、Schmid因子较大的滑移系.随着滑 stretching modes 移的进行，晶粒的取向发生一定的改变，晶粒与相邻晶 粒的应变不连续性也不断增加，晶粒的滑移和转动使 3 结论 得晶粒之间发生了附加应力，晶粒的应变状态发生改 (1)对于不同的锤锻工艺，镦拔的次数以及方式 变，进而实现了晶粒的连续变形 对组织的影响很明显，特别是对晶粒的细化作用，综合 在变形过程中，双相钛合金的α相和B相满足 组织、取向以及力学性能规律，三轴向次镦拔以及换向 Burgers关系： 三次镦拔的方式最佳. {0001}.∥{110}。1120).∥111)。 (2)对于不同的锤锻工艺，一次镦拔的织构强度 由于新相与母相存在一定的遗传性，变形过程是一个 最低，强度随着镦拔次数的增多而呈折线变化，但是织 动态回复再结晶的过程，首先滑移开动的是阻力较小 构组分更分散，虽然{0001}面织构得到抑制，但是 的{0001}基面滑移，新晶粒形成后依然随着母相发生 {1010}、{1120}等柱面织构与{1123}、{0111}等锥面 {0001}面的滑移，随着变形中累积的能量越大，位错 织构出现，大大降低了织构的集中性取向：随着墩拔次 运动的障碍力减小，{1120}等柱面系统也发生了滑 数的增多，晶粒取向的遗传性越来越弱，取向分布的均 移，柱面滑移并不会改变晶粒的取向，仅是使得晶粒绕 匀性更好 着c轴发生转动.随着变形次数增多，局部温度可能 超过变形温度，降低了212}等锥面系统滑移的临界 参：考文献 剪切应力，使得锥面滑移得以开动，而锥面滑移将会促 0] Xu G D,Wang F E.Development and application on high-em- 使晶粒基面由原始方向向轴向垂直方向发生倾斜，此 perature Ti-based alloys.Chin J Rare Met,2008,32(6):774 时各滑移系的应力状态也随之发生了改变，这样基面 (许国栋，王凤娥.高温钛合金的发展和应用.稀有金属， 滑移系统得到抑制，使得晶粒基面垂直于压应力方向， 2008,32(6):774) Fu YY,Song Y Q,Hui S X,et al.Research and Application of 故在四组镦拔试样中出现的织构基本都是柱面织构和 typical aerospace titanium alloys.Chin J Rare Met,2006,30 锥面织构，同时经过固溶和时效处理，试样晶粒发生重 (6):850 新形核和长大，形成再结晶织构，其织构组分与原形变 (付艳艳，宋月清，惠松骁，等.航空用钛合金的研究与应用 织构相似，同时随着镦拔次数的增多以及再结晶的进 进展.稀有金属，2006,30(6)：850) 行，特定取向的晶粒发生优先生长，体系锥面织构不断 3]Zhao YQ.Current situation and development trend of titanium al- 加强刀 loys.Mater China,2010,29(5)1 (赵永庆.国内外钛合金研究的发展现状及趋势.中国材料进 2.4不同辙拔方式Ti6Al4V合金的力学性能 展，2010,29(5)：1) 图8是不同镦拔方式下合金的硬度测试结果.从 [4]Peng Y P,Zeng FC.Wang JJ,et al.Development,application 锻件上随机选取九个点，取平均值，并做标准差.从图 and feature of titanium alloys in foreign aviation industry.J Mater李 伟等: 不同锤锻方式下 Ti--6Al--4V 合金组织及取向演变 造，锻造变形的同时发生动态回复再结晶． 经过不同 的锻造方式变形后的组织存在明显的方向性，特别是 β 相和 α 相都沿着变形的方向被拉长，组织存在很大 的不均匀性; 随后的高温固溶处理，残余的 β 相含量 明显增多，并且片层状明显变宽，这个过程主要是使合 金的组织发生动态回复，晶粒的长大过程; 之后在两相 区进行保温热处理，为了是让 β 相向 α 相转变，直至 达到一个平衡态． 2. 3. 2 不同镦拔方式下 Ti--6Al--4V 合金的取向均匀 性分析 根据经典的滑移系开动理论，在钛合金的塑性变 形过程中，实现协调晶粒的宏观变形至少需要五个相 对独立的滑移系同时开动，这样塑性变形才能连续进 行，而各滑移系是否发生开动受其临界剪切应力的影 响［16］． 在室温条件下，钛合金的柱面滑移和基面滑移 是主要滑移系，在高温条件下还会出现一些锥面滑移 系，在塑 性 变 形 过 程 中，晶粒滑移系的开动会根据 Schmid 因子的不同而有所差异，首先发生开动的是临 界剪切应力较小、Schmid 因子较大的滑移系． 随着滑 移的进行，晶粒的取向发生一定的改变，晶粒与相邻晶 粒的应变不连续性也不断增加，晶粒的滑移和转动使 得晶粒之间发生了附加应力，晶粒的应变状态发生改 变，进而实现了晶粒的连续变形． 在变形过程中，双相钛合金的 α 相和 β 相满足 Burgers 关系: { 0001} α∥{ 110} β ，〈1120〉α∥〈111〉β ． 由于新相与母相存在一定的遗传性，变形过程是一个 动态回复再结晶的过程，首先滑移开动的是阻力较小 的{ 0001} 基面滑移，新晶粒形成后依然随着母相发生 { 0001} 面的滑移，随着变形中累积的能量越大，位错 运动的障碍力减小，{ 1120} 等柱面系统也发生了滑 移，柱面滑移并不会改变晶粒的取向，仅是使得晶粒绕 着 c 轴发生转动． 随着变形次数增多，局部温度可能 超过变形温度，降低了{1212} 等锥面系统滑移的临界 剪切应力，使得锥面滑移得以开动，而锥面滑移将会促 使晶粒基面由原始方向向轴向垂直方向发生倾斜，此 时各滑移系的应力状态也随之发生了改变，这样基面 滑移系统得到抑制，使得晶粒基面垂直于压应力方向， 故在四组镦拔试样中出现的织构基本都是柱面织构和 锥面织构，同时经过固溶和时效处理，试样晶粒发生重 新形核和长大，形成再结晶织构，其织构组分与原形变 织构相似，同时随着镦拔次数的增多以及再结晶的进 行，特定取向的晶粒发生优先生长，体系锥面织构不断 加强［17］． 2. 4 不同镦拔方式 Ti--6Al--4V 合金的力学性能 图 8 是不同镦拔方式下合金的硬度测试结果． 从 锻件上随机选取九个点，取平均值，并做标准差． 从图 中可以看到: 不同变形方式的硬度值差别不大，平均值 在 39. 0 ～ 39. 6 HＲC 之间，说明组织及取向对于硬度平 均值的影响效果较小; 但从原始状态到到轴向以及换 向三次镦拔，硬度值的标准差越来越来越小，说明组织 或者取向是越来越均匀的． 图 8 不同镦拔方式 Ti--6Al--4V 合金硬度 Fig． 8 Hardness of Ti--6Al--4V alloy under different upsetting and stretching modes 3 结论 ( 1) 对于不同的锤锻工艺，镦拔的次数以及方式 对组织的影响很明显，特别是对晶粒的细化作用，综合 组织、取向以及力学性能规律，三轴向次镦拔以及换向 三次镦拔的方式最佳． ( 2) 对于不同的锤锻工艺，一次镦拔的织构强度 最低，强度随着镦拔次数的增多而呈折线变化，但是织 构组分 更 分 散，虽 然{ 0001 } 面 织 构 得 到 抑 制，但 是 { 1010} 、{ 1120} 等柱面织构与{ 1123} 、{ 0111} 等锥面 织构出现，大大降低了织构的集中性取向; 随着镦拔次 数的增多，晶粒取向的遗传性越来越弱，取向分布的均 匀性更好． 参 考 文 献 ［1］ Xu G D，Wang F E． Development and application on high-tem￾perature Ti-based alloys． Chin J Ｒare Met，2008，32( 6) : 774 ( 许国栋，王凤娥． 高温钛合金的发展和应用． 稀 有 金 属， 2008，32( 6) : 774) ［2］ Fu Y Y，Song Y Q，Hui S X，et al． Ｒesearch and Application of typical aerospace titanium alloys． Chin J Ｒare Met，2006，30 ( 6) : 850 ( 付艳艳，宋月清，惠松骁，等． 航空用钛合金的研究与应用 进展． 稀有金属，2006，30( 6) : 850) ［3］ Zhao Y Q． Current situation and development trend of titanium al￾loys． Mater China，2010，29( 5) : 1 ( 赵永庆． 国内外钛合金研究的发展现状及趋势． 中国材料进 展，2010，29( 5) : 1) ［4］ Peng Y P，Zeng F C，Wang J J，et al． Development，application and feature of titanium alloys in foreign aviation industry． J Mater · 712 ·