東北大學Mater. Sci. Eng.，A: 攪拌摩擦處理的Ti-6Al-4V合金中的超細化晶粒和低溫超塑性研究

【引言】

Ti-6Al-4V合金有較高的比強度和優異的高溫性能，廣泛應用于航空航天，能源和汽車工業。然而，由于其在室溫下的冷加工性能差，因此使用Ti-6Al-4V合金制造薄壁或復雜結構部件仍然存在限制。超塑性成形是一種有效的工藝，可以形成復雜結構的鈑金零件，一般來說，Ti-6Al-4V合金在850?950℃的較高溫度下會發生超塑性變形。一種有效的方法來改善材料的晶粒尺寸是劇烈塑性變形（SPD），如等徑角擠壓（ECAP）、高壓扭轉（HPT）、多向鍛造（MF）等已經提出了幾種用于超細晶化Ti-6Al-4V合金以實現低溫超塑性成形的方法，這有利于節能和降低工具成本。除SPD技術外，初始組織對Ti-6Al-4V合金的超細晶化也起著重要作用，并最終影響超塑成形。

【成果簡介】

近日，東北大學丁樺(通訊作者)等人在期刊Mater. Sci. Eng.,A上發表了最新的研究，題目為“Ultra-grain refinement and enhanced low-temperature superplasticity in a friction stir-processed Ti-6Al-4V alloy”的文章。在研究中，通過對Ti-6Al-4V鋼板進行針狀α'馬氏體組織的熱處理，然后用FSP（攪拌摩擦工藝）處理，然后進行超塑性拉伸試驗。研究了在FSP過程中具有初始水淬組織（α'馬氏體組織）的Ti-6Al-4V合金的超細晶化及其機制。

【圖文導讀】

圖1. 原始態及熱處理后的表面形貌圖

（a）Ti-6Al-4V合金的原始態SEM圖

（b）Ti-6Al-4V合金熱處理后的SEM圖

（c）圖（b）中的明場的表面形貌TEM圖

（d）圖（b）中的暗場的表面形貌TEM圖

圖2. FSP處理后表面形貌及XRD分析

（a）FSP處理后的SEM圖

（b）淬火后的Ti-6Al-4V合金和FSP后的XRD圖

圖3. FSP處理后的Ti-6Al-4V合金的SZ中心的EBSD圖

（a）取向圖

（b）粒度分布直方圖

（c）晶界圖

（d）取向角直方圖

圖4. FSP處理后的 Ti-6Al-4V合金在600℃和3×10^-4s^-1拉伸斷裂后的EBSD圖像

（a）取向圖

（b）晶界圖

（c）晶粒尺寸分布直方圖

（d）取向角直方圖

【小結】

本實驗在摩擦攪拌處理的Ti-6Al-4V合金中成功地獲得了由α晶粒（?0.51μm）和少量β相組成的超細微結構。隨機晶體取向的高角度晶界（HAGBs）的比例達到89.3％，揭示了動態再結晶摩擦攪拌處理（FSP）過程中的超晶粒細化機理。在550?650℃的溫度范圍和1×10^-4?3×10^-3s^-1的應變速率下證實了這種超細組織的低溫超塑性（LTSP）。具體而言，在600℃和3×10^-4s^-1條件下獲得了1130％的非常優異的LTSP，通過超細等軸晶粒，大部分具有隨機取向的HAGB以及存在β相，同時得出主要的超塑性變形機制是與晶界擴散相關的晶界滑移。

文獻鏈接：Ultra-grain refinement and enhanced low-temperature superplasticity in a friction stir-processed Ti-6Al-4V alloy （Mater. Sci. Eng.，A，2018，DOI：10.1016/j.msea.2018.03.009）

本文由材料人編輯部渡口編譯，材料牛整理編輯。

材料牛網專注于跟蹤材料領域科技及行業進展，這里匯集了各大高校碩博生、一線科研人員以及行業從業者，如果您對于跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或是評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部大家庭。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱：tougao@cailiaoren.com

投稿以及內容合作可加編輯微信：RDD-2011-CHERISH，任丹丹，我們會邀請各位老師加入專家群。

材料測試，數據分析，上測試谷