鈦及鈦合金的相變軟化行為

20世紀80年代，Yada等人對傳統(tǒng)鋼在Ae3溫度以上進行擠壓和軋制試驗時，首次提出了奧氏體向鐵素體發(fā)生動態(tài)相變的觀點。經(jīng)過20多年的發(fā)展，鋼動態(tài)相變的驅(qū)動力被證實來源于相變軟化——高流變應(yīng)力的奧氏體轉(zhuǎn)變成低流變應(yīng)力的鐵素體。這種變形誘導相變發(fā)生的現(xiàn)象在鈦合金中也有存在，但對該現(xiàn)象目前沒有一個明確的解釋。為此，對3種鈦及鈦合金的變形行為進行了深入研究，對產(chǎn)生變形誘導相變現(xiàn)象的原因進行解釋。

首先在Koike等人對Ti-5.5Al-1.5Fe合金研究的基礎(chǔ)上，對數(shù)據(jù)進行進一步處理，以β相近似屈服強度和α相在ε=0.3時的流變應(yīng)力為縱坐標，以絕對溫度的倒數(shù)為橫坐標重新繪圖，構(gòu)建數(shù)據(jù)模型。采用該模型估算出927 ℃下的β相轉(zhuǎn)變驅(qū)動力為38 MPa(即403 J/mol)，827 ℃下為46 MPa(488 J/mol)。這與Koike等人計算的結(jié)果非常接近。

最后在Xu等人對商業(yè)純鈦研究的基礎(chǔ)上，采用研究Ti-5.5Al-1.5Fe合金時所構(gòu)建的理論模型，將發(fā)生動態(tài)相變的數(shù)據(jù)以流變應(yīng)力和絕對溫度倒數(shù)的形式重新繪圖。通過該模型估算出，在900 ℃下，分別采用3.6、10、30、40 mm/min(初始應(yīng)變速率0.004、0.01、0.03、0.04 s-1)的恒定加載速率，硬化相α轉(zhuǎn)變成軟化相β所需的驅(qū)動力分別為307、403、466、583 J/mol。

在變形過程中，鈦的不穩(wěn)定相是低溫α相，而鋼的不穩(wěn)定相是高溫γ相。這些都是密排相，在給定溫度下具有比取代它們的BCC相更高的流變應(yīng)力。因此，相變軟化在這2種合金體系有著相反的作用：變形降低了鈦合金的相變溫度，而提高了鋼的相變溫度。