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TC21钛合金高温热变形行为研究
摘要：
本文研究了TC21钛合金的高温热变形行为。结果表明，在950℃，5.5×10^-2s^-1的变形条件下，该合金存在显著的流变硬化和动态再结晶行为。此外，随着应变速率的增大，流变硬化和再结晶的程度均得到了增强。综合实验结果和微观结构观察，本文认为该合金的高温变形主要受到位错滑移和扩散控制的影响。
关键词：TC21钛合金；高温变形；流变硬化；动态再结晶
一、引言
TC21钛合金具有优异的力学性能和耐蚀性能，是航空航天、船舶和化工等领域常用的结构材料。然而，由于其高度非晶性和显著的温度敏感性，该合金在高温条件下易发生塑性变形和组织演变。因此，研究TC21钛合金的高温变形行为，对于揭示其塑性机制和优化加工工艺具有重要意义。
二、实验方法
1.材料制备
本实验采用的TC21钛合金样品均为直径为3mm、长度为10mm的棒材，在960℃、固溶处理1小时后进行空冷固化处理。
2.高温变形实验
在卡片式电阻炉中，将样品置于试样架上，进行各种应变速率下的高温变形实验。其中，应变速率分别为5.5×10^-2s^-1、5.5×10^-3s^-1、5.5×10^-4s^-1和5.5×10^-5s^-1。试验温度固定为950℃。
3.显微组织分析
采用传统金相显微镜和透射电镜对变形后的TC21钛合金进行显微组织分析。
三、实验结果与分析
1.流变应力-应变曲线分析
在不同应变速率下，TC21钛合金表现出明显的流变硬化效应。随着应变速率的降低，流变硬化效应的程度逐渐减小。此外，实验结果还表明该合金在高温条件下易发生动态再结晶，对热变形行为产生影响。
2.微观组织观察
透射电镜观察结果表明，在高温条件下，TC21钛合金主要有两种形式的位错滑移：晶体内的位错滑移和晶体界面的位错滑移。此外，在较高应变速率和应变量下，钛合金中还出现了明显的动态再结晶区域，其微观结构表现为基质中细小的再结晶颗粒团聚成大颗粒。
3.讨论与分析
综合实验结果和微观结构观察，我们可以认为TC21钛合金的高温变形主要受位错滑移和扩散控制的影响。在低应变速率和应变量下，由于位错密度的增加，晶格畸变会影响到晶体界面，从而导致晶界阻滞和流变硬化。而在较高的应变速率和应变量下，动态再结晶开始发生，其微观结构表现为细小再结晶颗粒团聚成大颗粒。由此可见，TC21钛合金的高温变形过程十分复杂。
四、结论
本文研究了TC21钛合金的高温热变形行为，结果表明该合金在950℃、5.5×10^-2s^-1的变形条件下存在显著的流变硬化和动态再结晶行为。随着应变速率的增大，流变硬化和再结晶的程度均得到了增强。综合实验结果和微观结构观察，我们认为该合金的高温变形主要受到位错滑移和扩散控制的影响。