鈦合金因低密度、高比強度、耐腐蝕等獨特優勢，在航空、航天、兵器等領域備受青睞[1]。鈦合金在高溫環境中仍有較高力學性能、蠕變抗力、抗氧化能力，常用來生產航空發動機熱端部件、高速飛機蒙皮等鈑金零件，隨著我國航空產業飛速發展，其應用前景廣闊[2-3]。經半個多世紀的發展，逐漸形成了IMI-xxxx、BTxx、Ti-xxxx等一系列尚溫鈦合金。我國開發的Ti55、Ti60和Ti65合金應用溫度升至650℃。Ti65是Ti-AlSn-Zr-Mo-Si-Nb-Ta-W-C合金體系的近α型鈦合金。

Jia等14]研究了鈦合金在高溫下的變形行為，揭示了在單相場中流動軟化是由動態回復和再結晶引起，而雙相場中流動軟化由α的破碎和球化造成。Balasundar等[5]:提出在P區速率控制變形機理主要由林位錯的交叉作用，建立了α+β和β區的材料本構模型，開發了基于動態材料模型的加工圖。Yue等16]研究了Ti65合金在固溶處理后冷卻速率對拉伸行為影響，發現冷卻率增加有助于強度和伸長率提高，室溫下塑性差異主要由孿晶引起的相容變形和(:^的厚度與體積分數共同決定，空冷樣品室溫下為準解理斷裂，高溫下為韌性斷裂。Ebied等[7[通過等溫壓縮試驗研究鈦合金的熱變形行為，高溫流動應力曲線顯示壓縮過程未產生硬化，而在高應變率下動態回復比動態再結晶更明顯。Han等(8]開發了一種適用Ti65鈦合金的高溫氧化防護涂層，該涂層具有與Ti65合金基體相容的熱膨脹系數，且兼具良好的化學穩定性和抗熱震性。吳汐玥等[9]研究了不同熱處理狀態下Ti65板材，發現熱處理明顯改變了板材組織和織構，織構是影響板材各向異性的主要因素。在高溫拉伸時，顯微組織和織構種類不同導致強度變化。Zhang等^研究Ti65熱軋板蠕變后的取向行為，發現77)方向以（1216)[1211]和(0113)[1211]為主，蠕變機制主要由擴散和晶界滑動引起;方向以（1210)[1010]為主，蠕變機制主要由滑移引起。同時優化時效處理工藝使合金強韌性均提高，確定強度提高由于(TiZr)3Si和Ti3Al的析出，塑性提高歸因于(^與^，比例優化。Yue等[|2]利用透射電鏡(TEM)和原子探針斷層掃描（APT)對熱處理后的Ti65鈦合金進行表征，并觀察到除Sn外，其它合金元素傾向聚集在α和β相。合金元素在(3相富集的順序是Zr、Nb、Ta、MO、W。

目前對Ti65合金熱成形工藝的研究鮮少,成為限制其在航空鈑金領域應用的主要原因。為研究Ti65合金生產的最佳溫度和應變率,本文作者利用高溫拉伸測試Ti65合金在不同溫度和應變率下的力學性能，為Ti65合金在熱成形加工中提供理論指導。

1、試驗方法

材料為2nun厚的軋制Ti65合金板材，化學成分如表1所示。沿板材軋制方向線切割試驗所需樣品，如圖1所示。

通過MTSExceedE45.305電子高溫材料試驗機測試不同條件下Ti65合金力學性能。溫度分別為740、790、840X；，應變率分別為0.0012、0.0018,0.0024s^-1。

觀察板材原始試樣的顯微組織，金相樣品分別經240、400、600、800、1000、1200*砂紙打磨，拋光至光滑鏡面，經腐蝕得到最終觀察樣品。用場發射電子掃描電鏡(SEM)觀察拉伸后斷口形貌。

2、結果

2.1金相組織

圖2為原始板材的金相組織。原始板材為典型的等軸組織，由等軸α相、變形α相和少量的晶間β相構成，同時局部位置能觀察到軋制變形流線。

2.2高溫力學性能

圖3為不同溫度下Ti65鈦合金板材沿ftD方向的應力-應變曲線。圖4為790℃不同應變率下的應力應變曲線。不同溫度和應變率的峰值應力如表2所示。

2.3斷口形貌

圖5為Ti65板材分別在740、790的拉伸斷口。

3、分析討論

3.1溫度對高溫力學性能的影響

圖3中的高溫下拉伸曲線，在初始階段應力迅速達到峰值，然后隨應變增加而下降。因為初始變形階段位錯密度驟增，產生加工硬化，但隨變形時間的延長，溫度增加了原子動能，降低位錯阻力，同時發生動態回復和再結晶，使動態軟化占主導作用，減小變形抗力[13-14]。

圖6為不同溫度下峰值應力。溫度對板材力學性能有顯著影響，隨溫度升高峰值應力不斷降低[15]。這是因為溫度提高降低了滑移系的臨界剪切應力，從而降低位錯滑移所需的外力，導致峰值應力下降[16-17]。

790℃下Ti65鈦合金板材的峰值應力較低,840℃下峰值應力更低，雖然在設備的允許范圍內，但為提高加工效率、模具壽命和工件表面質量，故選790℃作為熱成形最佳溫度。

不同溫度峰值應力下的軟化程度差異明顯，740℃的軟化程度明顯高于另外兩個溫度，這是因為應變硬化與動態回復和再結晶的競爭程度不同，溫度越低導致兩者競爭強烈,軟化越明顯。

3.2應變率對高溫力學性能的影響

圖7為不同應變率下的峰值應力。應變率對板材力學性能影響顯著，隨應變率升高峰值應力不斷升高(15]。應變率升高有助于增加位錯密度，促進硬化作用。同時應變率的增加使動態回復和再結晶進行不充分，削弱其軟化作用[16-17]。

3.3高溫斷裂機制

圖5中斷口存在方向不一的孔洞聚合路徑，最終斷裂由這些聯合路徑引起，所以高溫下斷裂形式為塑性斷裂[6]。但不同溫度下的斷口孔洞差異明顯。隨溫度升高，小尺寸靭窩的數量逐漸增加。在740℃斷口存在許多分布不均的大尺寸孔洞（圖5b)，而790℃存在數量眾多、分布均勻的小尺寸孔洞（圖5d)。韌窩越多，說明塑性越高[18]。

4、結論

1)Ti65鈦合金在740℃、應變率為0.0018s^-1時，峰值應力最大為381.1MPa,在840℃、應變率為0.0018^-1時，峰值應力最小為138MPa。

2)隨溫度的升高，峰值應力逐漸減小；隨應變率增加，峰值應力逐漸增加。溫度增加和應變率降低能

減小Ti65鈦合金變形抗力。

3)高溫環境下斷裂由微孔聚集引起，溫度越高等軸狀靭窩數量越多，有利于塑性的提高。

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（注，原文標題：Ti65鈦合金板材高溫力學性能及影響因素）