超細晶Ti-Al-Nb-Cr-Mo合金的高溫變形

對鈦鋁金屬間化合物性能改善方面的研究主要是通過合金化和微觀組織（相組成和形態(tài)）控制，得到良好的加工性能、室溫高溫性能、斷裂韌性和抗蠕變性等。已有的研究結(jié)果表明，具有粗大的連續(xù)的σ相和非連續(xù)的γ相的兩相組織表現(xiàn)出的高溫強度和抗蠕變性優(yōu)于γ+α2合金，但室溫塑性和斷裂韌性差。研發(fā)的具有γ相基體和非連續(xù)σ相沉淀的超細γ+σ組織，通過細化晶粒和析出強化來提高強度和塑性。

另外，這些析出物可有助于在高溫下釘扎晶界，減少晶界滑移的趨勢。具有超細γ+σ組織的Ti-Al-Nb-Cr-Mo合金在室溫表現(xiàn)出理想的強度和斷裂韌性，但它們的高溫性能未知。美國學(xué)者通過壓縮試驗研究了具有超細γ+σ組織的合金的高溫力學(xué)性能和變形機理，以及評價變形過程出現(xiàn)的組織演變。以氬氣為保護氣體，通過非自耗電弧熔煉制備名義成分Ti-45Al-14Nb-5Cr-1Mo的鑄錠。在單相β相區(qū)進行固溶處理（1400℃×1h），之后淬火保留β相，抑制γ-TiAl的形成，控制微觀組織大小。在γ-TiAl和σ-Nb2Al兩相區(qū)時效（1000℃×2h/FC），產(chǎn)生由連續(xù)的γ相和非連續(xù)的σ相組成的超細晶組織。γ相直徑為0.1～1μm，σ相的體積分數(shù)約為0.13，尺寸為50～500nm。在700℃和800℃，應(yīng)變速率分別為3×10-3、3×10-4、3×10-5s-1的條件下進行壓縮試驗。變形后組織觀察表明，700℃和800℃的高溫壓縮未使組織發(fā)生明顯粗大變化，施壓方向未見晶粒破碎或壓扁的現(xiàn)象。除了微裂紋，變形后的微觀組織與未發(fā)生變形的組織幾乎相同。流變曲線表明，線性的彈性變形區(qū)，無明顯的屈服點。在800℃流變行為非常明顯。

在低應(yīng)變速率時，應(yīng)變最高點之后流變趨于平穩(wěn)，伴有波動現(xiàn)象。這種波動隨應(yīng)變速率減小而增大，然而在較快的應(yīng)變速率下，波動行為減弱。在700℃，未觀察到流變平穩(wěn)的現(xiàn)象，而是屈服應(yīng)力平穩(wěn)增大，加工硬化更是顯著增加。在這兩種溫度下，隨著應(yīng)變速率增加，流變應(yīng)力和加工硬化速率同時增加。

Ti-45Al-14Nb-5Cr-1Mo合金在700℃和800℃的高溫壓縮試驗表明，其具有良好的高溫強度和大的壓應(yīng)變（40%），并且未發(fā)生宏觀斷裂。壓縮應(yīng)變和流變曲線的分析表明，γ/γ晶界滑移和γ相的動態(tài)再結(jié)晶是800℃變形的主要變形機理，盡管在低應(yīng)變速率下，變形的試樣組織分析表明為γ/γ晶界滑移，伴有微裂紋開始于γ/γ晶界，σ相未開裂。在700℃，應(yīng)變很明顯地加載于γ相，且更高的強度和加工硬化速率有助于這種溫度下再結(jié)晶行為的發(fā)生。