在高温前提下
，钛合金的塑性变形行为受到变形温度、应变和应变速度等多个成分的综合作用[6-8]。其中
，应变速度的影响尤为沉要
，其资料的微观结构特点
，如 α 相和 β 相的状态、散布、比例以及晶粒尺寸等拥有显著的影响[9]。而微观组织的变动又会影响流变应力的大幼
，并在动态再结晶组织的形成过程中表演关键角色[10-12]。因而
，把握应变速度与微观结构、流变应力之间的互有关系
，并据此进行热加工工艺优化
，对于提高产品机能、选择合适的加工设备以及降低能耗拥有至关沉要的作用。只管如此
，目前关于应变速度对 TA11 钛合金热压缩变形行为影响的钻研还相对有限。

针对这一近况
，在变形温度为 1247 K
，其应变为 0.8 以及应变速度为 0.05~20 s^?1的前提下对 TA11 钛合金进行热仿照压缩尝试
，沉点钻研应变速度对其组织、流变应力和本构方程的影响
，以期确定最适合的应变速度区间
，为 TA11 钛合金塑性成形工艺的优化提供实际领导和理论凭据。

1、实 验

尝试资料为云南钛业股份有限公司熔炼的 TA11 钛合金铸锭
，其化学成分见表 1
，原始组织如图 1 所示。从图 1 能够看出
，TA11 钛合金原始组织为典型的双相组织。TA11 钛合金铸锭的 X 射线衍射（XRD）谱如图 2 所示。从图 2 可知
，铸锭中存在大量的 α-Ti 相和少量的 β-Ti 相。此表
，从图 2 中可观察到衍射强度较低的 Al、Fe、V、Mo 元素的特点峰。

将 TA11 钛合金铸锭加工成直径 10 mm、高 15 mm 的圆柱形压缩试样。选取 Gleeble-3500 热力仿照试验机进行热压缩试验
，试验温度为 1247 K
，应变速度领域为 0.05~20 s

^?1。为了在样品加热过程中测试温度
，在其两端中心处焊接热电偶丝
，通过热电偶还能够反馈及节造互换电流。为最大限度地削减由于与试样之间的摩擦力
，在试样两侧各搁置一块石墨片。试样以 5 K/s 的升温速度加热至变形温度后保温 180 s
，以确保样品内部温度均匀。随后进行变形量为 55% 的压缩
，通过热力仿照试验机的推算机系统自动纪录载荷—位移数据
，并转换为应力—应变曲线。热压缩试验实现后
，立即将样品露出于高速喷射的压缩空气流中
，以约莫 50 K/s 的冷却速度将样品从高温状态迅速降至室温。切割过程中
，使用 DK7745 型数控线切割机将变形试样沿轴向中心切割
，取样方式如图 3 所示。对切割面进行抛光处置
，并在 HF+HNO3+H2O 溶液（体积比为 2:3:15）中侵蚀。利用光学显微镜（OM）和 Zeiss EVO18 型扫描电子显微镜（SEM）表征样品切割面的微观结构。

2、了局与会商

2.1 应力—应变曲线

TA11 钛合金在温度为 1247 K 时
，分歧应变速度下的应力—应变曲线如图 4 所示。从图 4 能够发现
，分歧应变速度下的曲线拥有类似的特点。当变形水平较幼时
，应力值随着变形水平的增长而迅速增长
，但增大速度逐步减幼
，直至达到峰值。当应力值达到峰值后
，曲线呈降落趋向
，并在顶点左近出现分歧水平的颠簸
，随后持续降落。在 4 种应变速度中
，当应变速度为 0.05 s^?1时
，与其他应变速度相比
，其应力—应变曲线出现出较幼的平台阶段。试样应力在达到峰值之前经历了急剧增长
，随后增长速度逐步减缓。这种景象能够归因于试样在初始变形阶段受到的应力作用引发了加工硬化效应
，从而导致应力迅速上升。随着塑性变形的持续进行
，试样内部的动态回复机造起头阐扬作用
，有助于部门抵消由变形引起的应力堆集
，这一过程导致应力增长速度逐步减缓[13]。然而
，加工硬化效应在这一过程中依然占据主导职位
，其对应力的贡献超过了动态回复的缓解作用。因而
，只管应力上升的速度有所降低
，但总体上应力仍持续增长
，反映出资料在持续变形下的硬化行为。在变形过程中
，当加工硬化的速度和动态回复的速度达到平衡时
，应力达到峰值。随着变形水平的增长
，动态回复的软化作用占据主导职位
，曲线呈降落趋向。在20s¹的较大应变速度下
，曲线有显著的颠簸
，这是由于应变速度较高时
，资料内部的变形速度和力的传递速度可能会产生较大的差距
，导致资料部门区域的应力集中和流变应力的颠簸。应变速度为0.05 s¹时
，曲线中出现了一个滑润阶段
，这是由于压缩过程中加工硬化和动态回复再结晶达到平衡状态
，从而使应力趋于不变[14?15]。

2.2 微观结构分析

2.2.1 光学显微组织

在变形量为55%且温度为1247 K的前提下
，对试样横截面抛光侵蚀后
，其显微组织如图5所示
，能够清澈观察到样品横截面各区域的特点。图5中各区域放大后的光学照片见图6。图6a为高温压缩后靠近表表区域的微观组织
，由于与碳化钙石接触产生摩擦力
，导致该区域资料形变微乎其微
，形成了一个所谓的“死区”。图6b为样品中心部位的微观组织
，该结构揭示出中心区域存在大量变形
，批注应变重要集中于该区域。图6c为样品表围中等变形区域的微观组织
，该区域因摩擦作用而出现出鼓状状态。在此观察尺度下
，其他试样的变形行为均阐发出类似的特点。

图7为TA11钛合金在分歧应变速度下变形后的光学显微组织。从图7能够看出
，晶粒尺寸与应变速度之间存在显著的有关性：较低的应变速度有助于晶粒细化[16?17]。具体来说
，随着应变速度的增长
，晶粒尺寸增大
，晶粒状态趋向于板条状。这种景象能够归因于在较高应变速度下
，资料的变形功夫短
，动态回复和再结晶过程不充分
，从而影响了晶粒细化。在低应变速度前提下
，资料在变形过程中有更多的功夫进行动态回复和再结晶
，有利于晶粒的细化[18?19]。通过对此试样压缩后的显微组织（图7）与原始状态组织（图1）
，能够清澈观察到压缩过程中试样的微观结构变动。这些变动阐发为晶粒尺寸增大、状态变动及可能的相变
，直接反映了分歧应变速度下资料的塑性变形特点。

2.2.2 SEM显微组织

图8为恒定温度（1247 K）分歧应变速度下压缩试样中心部位的SEM显微组织。从图8能够看出
，压缩试样中心部位以灰色和白色组织为主；疑橹-Ti
，亮白色组织为β-Ti。除纯灰色区域表
，两相散布均匀
，批注α-Ti在压缩过程中产生了变动。

图 9 为高倍 SEM 下 TA11 钛合金的显微组织
，能够看到图 9a 和图 9b 平别离出现了灰色和亮白色的幼颗粒。经分析发现
，幼颗粒为再结晶后形成的 α-Ti 和 β-Ti 的等轴晶[20]。

综合分析显示
，应变速度的增长导致两相间距增大、晶粒粗化
，这是由于高应变速度下资料动态回复和再结晶过程功夫不及所致[21-22]。在热加工过程中
，加工硬化通过增长资料的内部应力来抵抗进一步的塑性变形
，而动态回复和再结晶则通过减幼内部应力和晶格畸变复原资料的塑性。这些过程的共同作用
，决定了 TA11 钛合金在热加工过程中的塑性变形行为和最终的显微组织。

2.3 流变应力本构方程

为了深刻理解TA11钛合金的塑性变形机造
，并正确预测其在工程利用中的力学机能
，钻研其本构方程尤为关键。本构方程的资料常数由热压缩试验获得的应力-应变数据决定

[23]。Arrhenius方程已被宽泛用于描述应变速度、变形温度和流变应力之间的关系[11,24,25]。受应变速度和温杜装响的变形行为能够用以劣等式描述：

式中：Z 为 Zener-Hollomon 参数；ε为应变速度
，s-1；R 为气体常数
，8.314 J·mol-1·K-1；T 为绝对温度
，K；Q为热变形活化能
，604.1 kJ/mol[4]；σ 为峰值应力
，MPa；n、m、α、A 为资料常数
，α=β/m。对等式（2）、（3）双方取对数
，别离得到：

为钻研应变对本构方程参数的影响
，需针对分歧真应变（ε）分段拟合伙料常数。以 ε=0.6 为例
，从热

压缩试验的应力?应变曲线中提取该应变下分歧应变速度（ε）对应的峰值应力（σ）
，代入式（5）和式（6）。通过线性回归别离求得斜率 1/m 和 1/β
，最终得到该应变下的 m 值为 4.416 777
，β 值为 0.034 602 MPa-1
，推算 α=β/m=7.8342×10-3 MPa-1。

将峰值应力和相应的应变速度代入式（5）和式（6）
，得到峰值应力和应变速度之间的关系
，如图10 所示。凭据图 10 中的了局
，能够得出在相应的热变形前提下进行压缩试验所需的峰值应力。

通过式（6）所示的线性关系拟合伙料常数后
，低、钟注高分歧应力水平下的流变应力可统一表白为：

对式（4）双方取对数
，得出：

在式（8）中
，sinh(ασ)能够看作是双曲正弦模型sinh(ω)
，经过泰勒发展：

通过将 ε和 σ 的值代入式（8）
，能够得到 lnε和ln[sinh(ασ)]之间的关系
，如图 11 所示。

图11中的线性截距：

将式（9）变形为：

将 Q、R、T、m 和 b 的值代入式（10）
，能够得出 A 为 e57.389 s^-1。

将 α、m、A 和 Q 的值代入式（4）
，得到的 TA11钛合金应变速度方程为：

则 TA11 钛合金的 Zener-Hollomon参数可暗示为：

参照式（7）
，TA11钛合金热变形流变应力本构方程可用Zener-Hollomon参数暗示为：

为验证所提出的热变形流变应力本构方程的正确性
，对TA11钛合金的峰值应力进行推算。图12为峰值应力尝试数据与模型推算值之间的有关性。有关系数R2用于量化尝试测得的应力值与通过本构方程推算得到的应力值之间的线性有关性
，反映了两者之间的拟合水平。从图12能够观察到
，预测的峰值应力点缜密萦绕最佳拟合线散布
，拥有很高的一致性。经过拟合分析
，线性有关性R2达到了0.9571
，讲了然模型推算值与尝试值之间的峰值流动应力匹配度较高
，从而证了然该本构方程在评估TA11钛合金热变形行为中的有效性和靠得住性。

3、结 论

(1) TA11 钛合金热加工过程中
，加工硬化和动态回复再结晶起重要作用。在应力达到应力?应变曲线的峰值之前
，加工硬化占主导
，随着应变量的增长
，动态回复再结晶逐步取代加工硬化的主导职位。

(2) 在压缩过程中
，应变速度对TA11 钛合金显微组织的影响尤为显著。低应变速度有利于晶粒细化
，而高应变速度则导致晶粒粗化和相散布不均。在高应变速度下
，动态回复和再结晶过程受限
，直接影响资料的塑性变形响应和微观结构的均匀性。

(3) 通过处置当变速度和流变应力的尝试数据
，得到TA11 钛合金本构方程为：

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