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1、第23卷第4期航空材料学报Vol.23,No.42003年12月JOURNALOFAERONAUTICALMATERIALSMarch2003Ti-15-3钛合金的超塑性李才巨,顾家琳,刘庆(清华大学材料科学与工程研究院,教育部先进材料重点实验室,材料科学与工程系,北京100084)摘要:Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)合金是一种在航空航天工业领域具有广泛应用前景的亚稳定型钛合金。本文介绍了Ti-15-3合金的性能特点和应用,总结和评价了固溶态、热轧态和冷轧态Ti-15-3合金超塑性研究的进展情况。针对已
2、取得的成果和研究中存在的问题,对Ti-15-3合金超塑性的进一步研究提出了一些看法并作了展望。关键词:Ti-15-3;亚稳定钛合金;超塑性;动态再结晶;晶界滑动中图分类号:TG136文献标识码:A文章编号:1005-5053(2003)04-0052-07Ti-15-3合金是一种新型的亚稳定型钛合1Ti-15-3合金原始状态与超塑性[1]金,名义成分是Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn,1978年能的关系在美国空军的资助下由美国内华达·亨德森钛金1.1固溶态属有限公司和蒂梅特(TIMET)金属分部及加利固溶态Ti-15-3
3、合金一般为单相等轴晶组福尼亚霍索恩有限公司航空分部共同研制成[2]织,有别于超塑性材料一般具有双相的特点。80功,适合于带材冷轧生产。该合金不但具有钛合年代初,文献[13]对固溶态Ti-15-3合金板材在金所共有的高比强度、耐蚀等优良特性,还具有优-4-1815℃下以2×10s拉伸时得到了229%的超异的冷加工特性、生产成本较低、可热处理强化等[3]塑性延伸率,应力对应变速率敏感性指数m为诸多优点,成为一种理想的航空航天结构材料,0.5。实验发现,具有80m晶粒尺寸的Ti-15-3固已被加工成铸件、锻件、管材、板材等在航天航
4、空-4-1[1,2,4～10]溶态板材在760℃和815℃以2×10s～5×工业得到了广泛的应用。但由于生产加工-3-110s的应变速率拉伸时,当应变量达到2%～手段和工艺的限制,再加上Ti-15-3合金本身所4%后发生流变软化。另外,合金在发生流变软化固有的低塑性、低硬化参数、高变形抗力和高回弹后应力和m值在一定的范围内基本保持恒定,而[11]性等特点,采用冷成形制造复杂形状的构件时不随应变的增加而变化。随后文献[10,14]也对有较大的困难,严重制约了该合金的应用。具有成固溶态Ti-15-3合金的超塑性进行了研究,延伸本低、
5、能成形复杂构件和工艺简单等优点的超塑[13]率均大于200%,整体上高于Hamilton所获得性成形技术,为这一问题的解决提供了一条重要-3-1结果。其中文献[10]在800℃和2.8×10s的的可行途径。因此,Ti-15-3合金的超塑性研究对初始应变速率下获得330%的最大延伸率和0.3于指导该合金的超塑性成形和促进其更广泛应用-4-1的m值。文献[14]则在700℃和2×10s初始有着重要的意义。对Ti-15-3合金的超塑性研应变速率下获得了375%的大延伸率。[10,12～18]究始于上个世纪80年代初,已取得了一1.2热
6、轧态些成果。本文总结分析了Ti-15-3合金超塑性研文献[10,15,16]中均涉及了热轧态Ti-15-3究的进展情况,并展望了发展趋势。合金的超塑性研究,其中文献[10]对Ti-15-3合金区热锻棒材进行了超塑性研究,结果如图1收稿日期:2002-11-16;修订日期:2003-03-24所示。由图可知,随着温度的升高,拉伸强度开始基金项目:国家自然科学基金资助(50071027)迅速下降,700℃以后缓慢降低,而超塑延伸率则作者简介:李才巨(1977-),男,硕士研究生在700～950℃范围内出现两个峰值,分别达到了E-m
7、ail:caju-li00@mail.tsinghua.edu.cn360%和410%,其原因有待进一步研究。第4期Ti-15-3钛合金的超塑性53[17]表1Ti-15-3冷轧板超塑性能Table1SuperplasticityofcoldrolledTi-15-3sheetTestInitialElong-Flowtemp.strainrateationmstress/℃-1/%/MPa/s-46801.1×104900.35—-46802.2×104700.3575-31.3×10～700447～4000.40—2.2×1
8、0-3-31.3×10～图1Ti-15-3合金棒材的超塑性700～7502.2×10-3400～340—140～110Fig.1SuperplasticityofTi-15-3bars-41.1×10～680～750>260—<1702.2×10-3文献[15,
