2008年27卷第9期
稀有金属快报
β钛合金的热机械加工
B钛合金包括稳定B型、亚稳定B型，以及富 β的α/β型。这种钛合金的热处理性能好，而且具有宽且特殊的比强度范围、良好的硬化潜力，以及因其体心立方结构而固有的塑性。另外，与α/β 合金相比具有更好的疲劳抗力。它们应用于飞行器、动力装置、体育用品、汽车，外科植入物以及钻探设备。
β钛合金典型的热加工包括铸锭在β相区开坏(终加工常低于B转变温度，以获得加工产品)以及为满足所需形状的二次加工（通常在B转变温度以上或以下，或通过锻造，或通过轧制完成）。
β相区的热变形 1
从Ti-10V2Fe3Al，Ti15V3Cr3Sn3Al以及β-CEZ钛合金的高温流变曲线图中可以看出，所有的应力-应变曲线显示出同一趋势，即开始是尖锐的峰值应力（不连续的屈服），然后是接近于恒定的变形应力。不连续的届服可以在大量的β钛合金中发现，如Ti-9.4Mn，Ti-13Mn，Ti-14.8V，Ti-8Mn,Ti-15Mo,Ti13Cr11V-3Al,Ti-11Mo6Zr 4.5Sn0.035Fe，Ti10V-2Fe3Al,Ti3A18V6Cr 4Mo4Zr, TiI5V3Cr3Sn3AI 和 Ti5AI2Sn 2Cr-4Mo-4Zr-1Fe。但在B转变温度以上热变形的工业纯钛、Ti-5AI-2.5Sn(α合金）和Ti-6Al-4V(α/
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β合金)中，却没有发现不连续的届服现象。
这种不连续届服现象的出现源于晶界处快速产生了移动位错，导致热变形开始于晶界区。这种现象取决于β稳定元素的类型和含量。峰值应力的大小随着温度的增加、应变速率的降低和晶粒尺寸的增加而降低。在更高的应变速率和较低的变形温度下，稳态流变应力更高。与一些亚稳定β合金及 Ti-6A1-4V合金在不同温度下的流变应力相比，Ti-6A1-4V合金的流变应力最高。但是，当流变应力的数据以T-T（T代表变形温度，Ta代表转变温度）的形式来表示时，含有最高合金化元素含量的合金显示出最高的流变应力。例如，Ti-15V-3Cr-3Sn-3A1的合金元素总计有24%，则比只含10%合金元素的Ti-6A1-4V合金显示出更高的流变应力。这种流变应力的增加主要与固溶强化效果有关。
因位错产生而硬化的速度与由于位错理火而软化的速度相平衡时，在β相区变形的材料经受动态回复，由此产生了上述恒定的流变应力变形。β钛合金变形的表面激活能在130~175kJ/mol范围内，非常接近β钛合金自扩散的表面激活能（153kJ/mol）。表1列出了一些亚稳β和富βB的钛合金在β相区热变形时的变形参数。
Ti-10V-2Fe-3Al合金在1230℃锻造减缩65%
表1几种亚稳β和富β的钛合金在β相区热变形时的变形参数
合金
Ti-6Al-4V合金（Ti-6-4）
Ti10V2Fe3AI(Ti1023)
Ti15V3Cr3Sn3A1(Ti15333) Ti5A12Sn2Zr4Mo4Cr(Ti17)
Ti5A12Sn2Cr4Mo4Zr1Fe(βCEZ)
温度范围/℃ 1120.820 800-900 905~950 890~1000
时的变形过程中，变形的β晶粒晶界变成了锯齿状，当应变达到1.0或者更大时，变形晶界附近出现了小的再结晶晶粒。这种类型的晶粒可以认为是动态再结晶的特殊情况，有时也称它是颈圈再结
应变速率范围/s-1
应变速率敏感因子
5×10-~5 10-3~10-1 5x10-~0.8 10-~100 10-~10-1
0.20 0.33 0.33
0.33
变形激活能/kJ·mol-1
300 169 166~174 161 175
晶。材料经静态退火后，由于突起机制产生再结晶晶粒的晶核，这些晶核在一个由先前变形程度以及退火温度控制的速率下不断地长大，占据回复区。
另外，可以从对Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al和βB-