东北大学Mater. Sci. Eng.，A: 搅拌摩擦处理的Ti-6Al-4V合金中的超细化晶粒和低温超塑性研究

【引言】

Ti-6Al-4V合金有较高的比强度和优异的高温性能，广泛应用于航空航天，能源和汽车工业。然而，由于其在室温下的冷加工性能差，因此使用Ti-6Al-4V合金制造薄壁或复杂结构部件仍然存在限制。超塑性成形是一种有效的工艺，可以形成复杂结构的钣金零件，一般来说，Ti-6Al-4V合金在850〜950℃的较高温度下会发生超塑性变形。一种有效的方法来改善材料的晶粒尺寸是剧烈塑性变形（SPD），如等径角挤压（ECAP）、高压扭转（HPT）、多向锻造（MF）等已经提出了几种用于超细晶化Ti-6Al-4V合金以实现低温超塑性成形的方法，这有利于节能和降低工具成本。除SPD技术外，初始组织对Ti-6Al-4V合金的超细晶化也起着重要作用，并最终影响超塑成形。

【成果简介】

近日，东北大学丁桦(通讯作者)等人在期刊Mater. Sci. Eng.,A上发表了最新的研究，题目为“Ultra-grain refinement and enhanced low-temperature superplasticity in a friction stir-processed Ti-6Al-4V alloy”的文章。在研究中，通过对Ti-6Al-4V钢板进行针状α'马氏体组织的热处理，然后用FSP（搅拌摩擦工艺）处理，然后进行超塑性拉伸试验。研究了在FSP过程中具有初始水淬组织（α'马氏体组织）的Ti-6Al-4V合金的超细晶化及其机制。

【图文导读】

图1. 原始态及热处理后的表面形貌图

（a）Ti-6Al-4V合金的原始态SEM图

（b）Ti-6Al-4V合金热处理后的SEM图

（c）图（b）中的明场的表面形貌TEM图

（d）图（b）中的暗场的表面形貌TEM图

图2. FSP处理后表面形貌及XRD分析

（a）FSP处理后的SEM图

（b）淬火后的Ti-6Al-4V合金和FSP后的XRD图

图3. FSP处理后的Ti-6Al-4V合金的SZ中心的EBSD图

（a）取向图

（b）粒度分布直方图

（c）晶界图

（d）取向角直方图

图4. FSP处理后的 Ti-6Al-4V合金在600℃和3×10^-4s^-1拉伸断裂后的EBSD图像

（a）取向图

（b）晶界图

（c）晶粒尺寸分布直方图

（d）取向角直方图

【小结】

本实验在摩擦搅拌处理的Ti-6Al-4V合金中成功地获得了由α晶粒（〜0.51μm）和少量β相组成的超细微结构。随机晶体取向的高角度晶界（HAGBs）的比例达到89.3％，揭示了动态再结晶摩擦搅拌处理（FSP）过程中的超晶粒细化机理。在550〜650℃的温度范围和1×10^-4〜3×10^-3s^-1的应变速率下证实了这种超细组织的低温超塑性（LTSP）。具体而言，在600℃和3×10^-4s^-1条件下获得了1130％的非常优异的LTSP，通过超细等轴晶粒，大部分具有随机取向的HAGB以及存在β相，同时得出主要的超塑性变形机制是与晶界扩散相关的晶界滑移。

文献链接：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）

本文由材料人编辑部渡口编译，材料牛整理编辑。

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