TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)鈦合金是一種高鋁當量近α型鈦合金，具有中等室溫和高溫強度，良好的熱穩定性、抗蠕變性和焊接性能，被廣泛應用于航空航天領域。從廣義上講TA15鈦合金屬于α+β兩相鈦合金，可在相轉變溫度以下40～50℃進行鍛造，通常可得鍛后組織為等軸組織，這種成形方式被稱為常規鍛。等溫局部鍛造成形集等溫成形和局部鍛造成形兩種先進加工工藝優勢于一身，可有效解決鈦合金等難變形材料現有加工設備下塑性成形能力有限和航空航天等工業對鈦合金構件大型整體化要求之間的矛盾。然而，該成形過程是一個多火次、多參數、高溫、復雜的成形過程，并且不同的加載區域具有不同的熱循環過程且在加工過程中都存在高溫空燒現象，從而導致材料的熱變形行為及其復雜且難控制。針對TA15鈦合金熱變形行為，國內外學者開展了大量研究，但大都局限于單道次整體鍛造過程，因此迫切需要研究揭示多道次等溫局部鍛造材料的熱變形行為。鑒于此，本文以三道次等溫局部鍛造為例，采用熱模擬壓縮試驗研究了TA15鈦合金多道次等溫局部常規鍛材料的熱變形行為，揭示了不同加載區材料的變形和微觀組織演化行為，為TA15鈦合金大型整體構件等溫局部鍛造成形提供依據。
試驗所用原材料為TA15鈦合金扁材，尺寸為380mm×170mm×80mm的，其相變點為(990±5)℃。將試樣加工成Φ10mm×15mm的圓柱體，在Gleeble-3500試驗機上進行等溫熱模擬壓縮試驗，變形溫度945℃，變形后采取空冷的冷卻方式。采取0.1s-1的應變速率以求取得較好的球化效果，選取75%的總變形量以反映大型復雜整體鍛件的變形特點。用兩個試樣1#和2#分別模擬等溫局部鍛造成形時先、后加載區材料的熱循環過程，具體方案如表1所示。
表1 實驗方案
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試樣 |
第一火次 變形量 |
第二火次 變形量 |
第三火次 變形量 |
第四火次 變形量 |
第五火次 變形量 |
第六火次 變形量 |
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1# |
25% |
0(空燒) |
25% |
0(空燒) |
25% |
0(空燒) |
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2# |
0(空燒) |
25% |
0(空燒) |
25% |
0(空燒) |
25% |
TA15合金多道次等溫局部常規鍛時每個道次的流變曲線表現為典型的動態再結晶曲線類型，先、后加載區的流變應力均隨加載道次的增加而降低，并且相應道次下先加載區的流變應力大于后加載區。TA15合金多道次等溫局部常規鍛條件下鍛態以及普通退火之后微觀組織為等軸組織，這與單道次整體鍛時一致，但晶粒度略大。多道次等溫局部常規鍛先、后加載區微觀組織的各組分形態、大小及含量無太大差異，可滿足大型構件整體成形對微觀組織一致性的要求。