1、序言

Ti60钛合金是一种拥有优异机能的金属资料
，宽泛利用于造作各类机械磨具设备。Ti60钛合金有着高强度、耐侵蚀的特点
，其中高强度是指Ti60钛合金拥有杰出的抗拉强度和屈服强度
，可能接受较大的载荷和冲击力。耐侵蚀指的是该合金拥有优良的耐侵蚀机能
，可能在恶劣的环境前提下长功夫不变运行。同时该合金易于加工成各类复杂状态和结构
，可能满足机械磨具设备出产的多样化需要。然而在高温长功夫热露出环境下
，机械磨具用Ti60钛合金的机能会受到严沉影响
，其中塑性机能的退化是沉点关注的问题之一。Ti60钛合金塑性机能的退化可能会造成以下后果:①力学机能降落:塑性机能是金属资料的沉要机能之一
，其反映了金属资料在受力作用下的变形能力[2]。若是Ti60钛合金的塑性机能退化
，其力学机能可能会受到影响
，如强度、硬度、韧性等可能降低。②结构齐全性受损:在机械磨具中
，如冲压模具的凸模/凹模、注塑模具的型芯/型腔、挤压模具的导流套等
，Ti60钛合金被用于造作关键部件。若是其塑性机能退化
，则可能导致这些部件的结构齐全性受损
，从而影响设备的机能和安全性。因而
，为确
；的ゾ叩陌踩突
，需亲昵关注Ti60钛合金的塑性机能退化情况。

目前
，多多学者针对Ti60钛合金利用机能发展钻研
，并已获得肯定钻研成就。如张群兵等[3]选取激光焊接技术对TC17/Ti60异种钛合金进行焊接
，系统钻研了焊接接头的宏观描摹、微观组织、显微硬度、拉伸机能及低周委顿机能。舒宗富等?过激光熔覆技术造备Ti60钛合金
，沉点分析了工艺参数对成形质量、微观组织及拉伸机能的影响。CHEN等[5]钻研了分歧温度下Ti60钛合金的高周委顿机能。然而
，上述钻研均未分析机械磨具用Ti60钛合金在高温长功夫热露出环境下的塑性机能。由于高温长功夫热露出环境下资料机能变动极度复杂
，因而还需进一步深刻钻研和索求。

基于此
，发展热露出对机械磨具用Ti60钛合金资料塑性机能的影响钻研
，为提高机械磨具的安全性和使用寿命钻研提供理论支持和技术领导。

2、资料造备与测试步骤

2.1　试验资料

拔取直径为8mm
，长度为300mm迪胙合金棒材作为试验资料
，其化学成分见表1。

表1　Ti60钛合金化学成分(质量分数)(%)

选取的试验资料为Ti60钛合金棒材
，造备工艺为精密的热加工工艺。该合金铸锭选取多级真空自耗熔炼工艺造备
，确保资料纯净度达到高机能要求。在后续热加工过程中
，首先在高于相变点的温度区间进行开坯铸造以破碎初始铸态组织
，随后在两相区温度领域内执行多向反复变形处置?。这种特殊的热加工工艺促使资料产生充分的动态再结晶过程
，最终形成拥有优异均匀性的等轴细晶组织
，具体如图1所示。

从图1可看出
，经过优化的工艺处置后获得的锻态组织呈典型的再结晶描摹特点
，晶界结构呈梦想的吞吐化状态
，拥有优良的组织均匀性和不变性
，晶粒尺寸为30~40μm。为保险试验数据的代表性
，所有试样均选取线切割
，沿棒材轴向1/2半径处取样
，以备后续测试。

2.2　热露出试验前提设计

Ti60钛合金的高温热露出测试装置如图2所示。

该设备是一款高机能热力学试验系统
，可用于各类金属资料试样的热变形、热处置等试验
，并可实时采集数据
，用于分析资料机能。该设备技术指标卓越
，温度领域覆盖室温至1450℃
，控温精度达±1℃;选取电阻加热方式
，建设热传递冷却、压缩空气冷却和气雾冷却3种冷却模式;支持真空和氩气空气
；な匝榛肪
，可满足分歧试验需要。利用该设备设置分歧的电加热温杜纂功夫
，以分析资料机能
，具体测试参数见表2。

表2　具体测试参数设计

在以上测试环境中
，执行机械磨具用Ti60钛合金塑性机能的测试与分析。

2.3　机能测试

(1)显微组织对比测试：对所有热处置后的金相试样通过精车加工去除表表1mm氧化层
，而后顺次选取400#、800#、1000#、1500#及2000#砂纸进行粗磨和细磨
，最终选取金刚石悬浊液进行抛光和洗濯
，确保金相观察面无划痕或杂质颗粒。选取Kroll侵蚀液(3%HF+10%HNO?+87%H?O)对金相观察面进行侵蚀
，并在Olympus-GX71型光学显微镜下观察显微组织。对用于EBSD分析的试样进行电解抛光
，电解液选取高氯酸、甲醇和正丁醇的混合溶液
，比例顺次为1:6:3
，在SUPRA_55型设备上实现扫描电镜观察。对比分歧温度(500℃/550℃)和功夫(3~90h)热露出后试样的微观组织。

(2)塑性机能测试：蕴含高温轴向拉伸机能测试与热膨胀不变性测试。

1)高温轴向拉伸机能测试。选取线切割将造备的Ti60钛合金加工成4种尺寸的幼圆柱
，别离为Φ8mm×18mm、Φ8mm×16mm、Φ8mm×14mm及Φ8mm×12mm。在圆柱试样的端面搁置垫片以减幼摩擦[8]。将4种尺寸圆柱作为拉伸试样
，通过Gleeble-3500热仿照试验机仿照高温热露出环境
，并发展恒温热拉伸塑性机能测试试验
，具体试验规划如下:设置试验机应变速度为0.01 s??
，利用试验机执行单路次热拉伸
，其工艺规程如图3所示。

在试验中
，利用试验机的处置系统采集试验数据。由于在径向应变丈量过程中试验机的C-Strain传感器可能出现误差
，因而在本次试验中采取轴向应变丈量方式
，即通过冲程节造实时采集试样长杜纂载荷数据变动[9]
；谡闪渴
，推算资料的塑性应变φ
，其表白式如下。

式中：δ——试验机纪录的实时载荷(N)
；

C₀——试样原始直径(mm)
；

x——试样瞬时长度(mm)
；

x₀——试样原始长度(mm)。

凭据式(1)
，得到各试样的塑性应变
，并分析其塑性机能。

2)热膨胀不变性测试。选取热膨胀仪测试各试件的塑性热不变机能。将试样搁置在热膨胀仪的样品台上
，轴向施加5N预紧力
，以确保试样被固定牢固
，预防在测试期间产生位移。设置热膨胀仪的温度节造系统
，以10℃/min升温速度在氩气
；た掌陆胁馐
，而后启动热膨胀仪起头测试[10]。测试温度领域覆盖室温~550℃
，以匹配热露出试验前提。测试期间
，仪器会自动纪录和采集试样长度(随温度变动的)数据。实现测试后
，可使用热膨胀仪所丈量的数据
，推算试样的热膨胀系数α
，其公式如下。

式中：ΔT——温度变动
；

ΔL——在温度变动下的长度变动量
；

L₀ ——资料在参考温度下的初始长度(mm)。

凭据式(2)
，获得热膨胀系数随温度变动曲线
，以此评估资料在分歧热露出前提下的不变性。

3、测试机能分析

3.1　微观组织分析

在对热露出实现后的试样进行预处置后
，选取FE-SEM SUPRA_55型设备进行微观组织描摹观察
，并获得显微组织
，了局如图4所示。

统计分歧热露出前提下Ti60钛合金均匀晶粒尺寸
，了局见表3。

表3　分歧热露出前提下Ti60钛合金均匀晶粒尺寸

图4所示的显微组织清澈地展示了Ti60钛合金在分歧热露出前提下的相变行为和组织演化特点。

通过扫描电镜系统观察发现
，Ti60钛合金在500℃和550℃两个典型温度下的组织演变出现出显著的差距性和法规性。

从图4及表3数据可知
，在短时热露出阶段(3~9h)
，两种温度处置的试样中初生α相均维持相对不变
，其体积分数和晶粒尺寸未见显著变动
，均匀晶粒尺寸由初始的30~40μm缓慢增长至35μm(500℃×9h)和45μm(550℃×9h)
，批注短时热力学扰动尚不及以引发显著的相变沉组。值妥贴心的是
，此时在初生α相边缘区域已起头出现少量块状α相析出
，这种部门相变行为重要受限于低温前提下Al、Sn等合金元素的扩散能力不及。随着热露出功夫耽搁至60h
，温度对组织演变的调控作用起头显著体现。在500℃处置的试样中
，均匀晶粒尺寸增长至42μm
，初生α相周围逐步形成离散散布的块状α相
，这些新相与原始初生α相维持着清澈的相界
，且被次生α相有效分隔
，反映出中温前提下相变过程的渐进性和局域性特点。相比之下
，550℃处置的试样均匀晶粒尺寸显著增长至58μm
，块状α相不仅数量显著增长
，并且起头形成陆续的三维网络结构
，相界逐步吞吐化
，直观展示了高温对相改观力学和粗化过程的加快作用。当热露出功夫达到90h时
，温度效应带来的组织差距越发显著。500℃处置的试样均匀晶粒尺寸增至48μm
，固然块状α相数量持续增长
，但次生α相依然阐扬着有效的空距离离作用
，阻止了组织的齐全粗化。而550℃处置的试样均匀晶粒尺寸已达到65μm
，根基实现组织均质化过程
，形成典型的等轴α相粗晶结构
，次生α相的齐全隐没标志取系统已达到更不变的热力学平衡状态。这种差距性质上反映了温度对扩散过程的决定性影响:在较低温度下
，受限的原子扩散导致组织演化呈阶段性特点;而高温前提通过显著加强元素互扩散能力
，不仅加快了相变过程
，更推进了组织的整体均匀化和不变动。

3.2　分歧热露出前提下试件的塑性机能分析

塑性应变可能更精确地量化资料在产生失稳前的均匀变形能力
，这直接决定了资料在热加工过程中的成形极限和充填机能
，因而拔取塑性应变作为机能评估指标。在0.01 s??的应变速度与分歧的热拉伸温度下
，利用试验机测试分歧热露出温杜纂功夫下Ti60钛合金试件的塑性应变
，分析其塑性机能
，了局见表4。

在一样热露出温度前提下
，随着热露出功夫的耽搁
，塑性应变呈显著的降落趋向。以500℃热露出为例
，当热露出功夫从3h耽搁至90h时
，1000℃拉伸温度下的塑性应变从1230 με降至980 με
；1100℃下从1450 με降至1220 με
；1200℃下从1680 με降至1500 με
，降幅为10.7%。这种趋向在550℃热露出前提下更为显著。值妥贴心的是
，在1200℃高温拉伸前提下
，分歧热露出功夫导致的机能差距相对较幼
，这批注高温环境可能部门抵消长功夫热露出带来的不利影响。对比分歧热露出温度的影响可发现
，550℃处置试样的塑性应变普遍低于500℃试样。以3h热露出为例
，550℃处置试样在3个测试温度下的塑性应变相较于500℃试样别离降低4.1%、3.4%和1.8%;而在90h长功夫热露出后
，这一差距扩大至9.2%、7.4%和6.7%。这种温度效应随着热露出功夫的耽搁而加强的景象
，可能与高温前提下组织演变速度加快有关。

通过显微组织演变分析发现
，这种塑性机能的降落重要源于热露出过程中α相的持续粗化及次生α相的析出行为
，这些组织变动显著增大了位错活动的阻力。随着热露出功夫从3h耽搁至90h
，晶界弱化和元素偏聚景象加剧
，导致塑性应变降低。值妥贴心的是
，在1200℃高温测试前提下
，分歧热露出试样之间的机能差距有所减幼
，这批注高温环境可能通过动态再结晶过程部门建复热露出导致的组织缺点。为验证极端前提下的机能演变法规
，发展了在550℃、热拉伸温度1200℃、400h的超长功夫的测试分析
，如图5所示。

表4　分歧热露出前提下温度、功夫与塑性应变的关系

从图5可知
，与短时热露出相比
，400h热露出导致塑性应变大幅降低
，如在1200℃拉伸前提下
，塑性应变从1375με降至约1000με。结合显微组织分析可知
，超长功夫热露出加剧了α相粗化、晶界弱化和元素偏聚
，同时晶界蠕变和位错密度的变动进一步故障了位错活动
，使资料塑性变形能力显著降落。只管1200℃高温拉伸可能通过动态再结晶部门建复组织缺点
，但400h热露出引起的结构危险已超出其赔偿能力。这一了局提醒
，在高温长功夫服役环境中需严格节造Ti60钛合金的热露出功夫或采取防护措施
，以预防因组织不成逆劣化导致的塑性机能失落
，本钻研为资料在极端前提下的靠得住性评估提供了沉要凭据。

3.3　分歧热露出前提下试件的塑性不变性分析

由于高温环境下Ti60钛合金易产生塑性变形并产生热委顿等景象
，因而有必要在上述钻研的基础上进一步分析分歧热露出前提下资料的塑性热不变性。选取热膨胀系数评估合金在高温环境中的热不变性。通过测试
，得到分歧热露出前提下的试验了局(见表5)。

表5　分歧热露出前提下的试验了局

注:1ppm=1×10??。

由表5可知
，Ti60钛合金的热膨胀系数随热露出温度升高和功夫耽搁呈系统性降落趋向。在500℃热露出前提下
，随着功夫从3h耽搁至90h
，资料在1000℃、1100℃和1200℃测试温度下的热膨胀系数别离从9.2ppm、10.1ppm及11.3ppm降落至8.5ppm、9.2ppm及10.1ppm;而在550℃前提下
，同期热膨胀系数从8.9ppm、9.7ppm及10.8ppm降至7.9ppm、8.6ppm及9.5ppm
，降幅更为显著。这种变动机理重要源于高温热露出引发的资料微观结构演变:α相→β相转变导致晶体结构致密化
，降低了热膨胀能力
；晶界弱化与元素偏聚扭转了原子振动模式
；次生α相和β相的析出对晶格畸变产生约束作用
，共同导致热膨胀系数降落。出格是在550℃高温下
，元素扩散与相变过程加快
，组织更快趋于不变
，使得热膨胀系数降低更显著。当热膨胀系数低于9.0ppm时
，资料进入塑性不不变区间
，资料会产生劣化。因而
，热膨胀系数的降落反映了Ti60钛合金在高温长功夫热露出后微观结构的不成逆变动
，这些变动通过相变、晶界演化和析出行为共同作用
，导致资料塑性不变性降低
，也批注节造热露出温度在500℃以下是维吃熹塑性机能的关键措施。

4、实现语

本钻研旨在分析高温热露出环境下机械磨具用Ti60钛合金的塑性机能
，成功地揭示了高温热露出环境下Ti60钛合金的组织演变法规与塑性机能变动机造
，为机械磨具资料的设计和利用提供了沉要的理论凭据和实际领导。

1)热露出温度和功夫对Ti60钛合金塑性机能拥有显著影响
，500℃以下热露出能维持较好的塑性不变性
，而550℃热露出会导致塑性应变显著降落。

2)热拉伸温度升高可能部门赔偿热露出造成的机能损失
，1200℃高温拉伸前提下塑性应变最大
，阐发出最佳的塑性变形能力。

3)长功夫热露出(400h)会引发α相粗化、晶界弱化和元素偏聚
，导致塑性应变大幅降落
，批注资料组织产生不成逆劣化。

4)热膨胀系数变动与塑性机能劣化拥有显著有关性
，当热膨胀系数低于9.0ppm时
，资料进入塑性不不变区间。

固然在钻研中获得了沉要发现
，但仍需进一步索求Ti60钛合金在更复杂工况下的机能演变法规。未来钻研将沉点关注:超长功夫热露出的影响机造、多场耦合(热-力-环境)前提下的机能劣化法规。相信随着钻研的持续深刻和技术的不休创新
，Ti60钛合金在高端设备造作领域的利用远景将越发辽阔
，为推动造作业高质量发展作出更大贡献。

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（注
，原文标题：热露出对机械磨具用Ti60钛合金资料塑性机能的影响钻研_周东）