钛合金由于其独特的结构特性，在高温下很难 发生动态再结晶，国内外对亚稳 β 钛合金的动态再 结 晶 行 为 进 行 过 大 量 研 究 。 Fan 等 [5] 研 究 了 Ti7333 钛合金热压缩变形行为，表明在单相区较高温 度和较低的应变速率条件下易发生动态再结晶； Hua 等[6] 在研究 Ti-5553 时得出类似的结论，然而 在较大的变形量和较高的应变速率下易产生绝热 剪切带[5, 7-8]，通过建立本构模型和热加工图能够有 效地优化工艺参数[9-10]。本构模型的精度直接影响 材料相关计算结果的准确度，因此我国学者通过多 种 方 法 来 建 立 钛 合 金 的 本 构 模 型 。 杨 建 辉 等 [11] 针对 TC4-DT 钛合金在不同应变下的应力值，建立
钛合金具有密度小，比强度高，耐蚀性好等优 异特性，广泛应用在航空、航天、航海及化工等领 域。为满足新一代飞机和高性能航空发动机的长 寿命与高减重设计需求，对轻质高强材料提出了 更高的要求[1-4]。TB17 钛合金是我国自主研发设 计的新型亚稳 β 型超高强韧钛合金，通过合适的 固溶强化处理，强度可达 1350 MPa 以上，并具有 较好的强度-塑性-韧性匹配，可用于制造大型结构 锻件等。
收稿日期：2018-09-17；修订日期：2018-11-29 基金项目：国家自然科学基金项目（5176401） 通讯作者：朱知寿（1966—），男，博士，研究员，主要从事航 空钛合金及应用技术研究，（E-mail）zhuzzs@。
了温度-应变速率-应变量之间的本构关系，误差分 析结果表明该方法建立的本构模型具有较高的精 确度。陈海生等[12] 基于 BP 网络对 Ti-6 Al-3 Nb-2 Zr-1 Mo 合金等温压缩流变应力进行预测，结果与 实验结果十分接近，具有非常高的准确度。
目前，国内对 TB17 钛合金热变形特征的研究 报道较少，本工作主要研究 TB17 钛合金热压缩过 程中的高温变形行为，建立 Arrhenious 本构方程， 分析热变形过程中动态再结晶行为。
1 实验材料与方法
所用材料为中国航发北京航空材料研究院研 制的 TB17 钛合金，名义成分为 Ti-6.5 Mo-2.5 Cr-2 Nb-1 Sn-1 Zr-4 Al，锻件的原始组织如图 1 所示，可 以看出显微组织为典型的双相组织，初生 α 相呈细 小短棒状，采用金相法测得其相变点约为 845 ℃。
2019 年 第 39 卷 第 3 期 第 44 – 52 页
航 空 材 料 学 报
JOURNAL OF AERONAUTICAL MATERIALS
2019，Vol. 39 No.3 pp.44 – 52
TB17 钛合金高温压缩变形行为
朱鸿昌1, 罗军明1, 朱知寿2
（1．南昌航空大学 材料科学与工程学院，南昌 330063；2．中国航发北京航空材料研究院 先进钛合金航空科技重点实验室， 北京 100095）
摘要：通过 Gleeble 3800 热模拟试验机对 TB17 钛合金在变形温度 860～980 ℃、应变速率为 0.001～1 s–1、最大变 形量为 70% 下高温变形行为进行研究。通过材料参数与真应变之间的关系，利用 Arrhenious 本构方程关系式和 Z 参数建立流变应力和变形温度、应变速率和真应变三者之间的本构关系，并对组织进行分析。结果表明：TB17 钛 合金在应变速率为 0.001～0.01 s–1、变形温度为 890～980 ℃ 下更容易发生连续动态再结晶，而在应变速率为 0.1～1 s–1 下主要发生不连续动态再结晶；误差分析结果显示计算值与实测值平均相对误差为 6%，说明建立的本构 关系模型具有较高的准确度。 关键词：TB17 钛合金；热变形；连续动态再结晶；不连续动态再结晶；Arrhenious 本构方程 doi：10.11868/j.issn.1005-5053.2018.000103 中图分类号：TG146 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2019)03-0044-09
2 实验结果与分析
2.1 应力-应变曲线 图 2 为 TB17 钛合金在变形温度为 860～980 ℃、
应变速率为 0.001～1 s–1 的应力-应变曲线。曲线在 开始阶段为弹性形变，即应变量很小的情况下，流 变应力随应变的增加急剧上升，此时加工硬化在变 形初始阶段占主导地位。当应变不断增加，开始出 现一个不连续屈服点，不连续屈服现象在很多钛合 金 中 都 出 现 过 。 如 TB6[13]、 Ti5553[6]、 Ti55511[14] 等。不连续屈服现象主要是由于可动位错在晶界 处快速增殖所引起的[15]。随着应变的增加，流变应 力开始下降并基本保持水平，此时加工硬化和动态 软化达到平衡。值得注意的是，应变速率较高时， 应力-应变曲线均呈现一个较宽的峰，这可能与动 态再结晶的发生和局部温升效应有关[16]。 2.2 热变形参数对显微组织的影响 2.2.1 变形温度对显微组织的影响
第3期
TB17 钛合金高温腐 蚀 ， 腐 蚀 剂 体 积 比 为 HF∶HNO3∶H2O = 1∶2∶7，用 Leica DMI 3000 M 型卧式金相显微镜观 察金相组织。
50 μm
图 1 TB17 钛合金原始组织 Fig. 1 Original microstructure of TB17 titanium alloy
实验在 Gleeble-3800 热模拟试验机上进行，试 样尺寸为 ϕ8 mm × 12 mm 的圆柱体，表面光亮且无 氧化层。试样两端垫上石墨，以减少压头与试样之 间的摩擦力；表面焊接热电偶，反馈实验过程中温 度的变化。采用电阻加热，升温速率 10 ℃/s，保温 时间 10 min，压缩结束后及时水淬，以保留高温变 形后的组织。变形温度为 860 ℃、890 ℃、920 ℃、 950 ℃、980 ℃，应变速率为 0.001 s–1、0.01 s–1、0.1 s–1 和 1 s–1，最大变形量为 70%。压缩后的试样用线切 割沿轴向切开后进行金相制样，试样用 Kroll 腐蚀