第２２卷第１期 ２０１５年２月 塑性工程学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＰＬＡＳＴＩＣＩＴＹ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏ１．２２ Ｎｏ．１ Ｆｅｂ． ２０１５ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７—２０１２．２０１５．０１．００８ ＴＣ２１钛合金Ｊ８『锻动态再结晶行为及晶粒尺寸预测 （南昌航空大学航空制造工程院，南昌 ３３００６３） 余新平 董洪波 摘要：采用Ｇｌｅｅｂｌｅ－３５００热模拟实验机对ＴＣ２１钛合金进行等温恒应变速率的热模拟压缩实验，研究其在变形温 度９６０℃～１０２０℃，应变速率０．００１ Ｓ、０．０１ Ｓ－。、０．１ Ｓ～、１Ｓ 条件下的动态再结晶行为。结果表明，ＴＣ２１钛合 金在变形过程中存在动态回复、动态再结晶现象。当温度一定时，在应变速率≤Ｏ．１ ｓ－－ｌ Ｊ晴况下，随着应变速率的降 低，动态再结晶晶粒尺寸变大；在应变速率为１ Ｓ 时，变形过程几乎只发生动态回复；当应变速率一定时，随着 温度的升高，动态再结晶晶粒尺寸变大。根据流动应力与变形温度和应变速率之间的关系，得到了ＴＣ２１钛合金动 态再结晶激活能Ｑ＝２５８．６ｋＪ／ｍｏｌ；通过对热模拟实验数据的分析计算，建立了动态再结晶演化模型。依据所建模 型，并基于ＤＥＦＯＲＭ－３Ｄ软件预测了９７５℃热变形后的晶粒尺寸和动态再结晶体积分数，晶粒尺寸相对误差在 ±１Ｏ 以内，较好的验证了模型的准确性。 关键词：ＴＣ２１钛合金动态再结晶 晶粒尺寸 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—２０１２（２０１５）０１—００３９—０７ 中图分类号：ＴＧ１４６．２ Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａｌｉｚａｔｉ０ｎ ａｎｄ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｏｆ ＴＣ２ １ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｉｎ Ｊ９『ｆｏｒｇｉｎｇ ＹＵ Ｘｉｎ－ｐｉｎｇ ＤＯＮＧ Ｈｏｎｇ－ｂｏ （Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ＨａｎｇＫｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｃｈａｎｇ ３３００６３ Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂｙ ｕｓｉｎｇ Ｇｌｅｅｂｌｅ３５００ ｔｈｅｒｍａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｍａｃｈｉｎｅ，ｔｈｅ ｉｓｏｔｈｅｒｍａｌ ａｎｄ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｓｔ ｏｆ ＴＣ２１ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｗａｓ ｃｏｎｄｕｃｔｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａ１ｌｉｚａｔｉｏｎ ｂｅｈａｖｉｏｒｓ ｗｅｒｅ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｍｐｅｒ— ａｔｕｒｅ ｆｒｏｍ ９６０。Ｃ ｔＯ １０２０℃ａｎｄ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｏｆ ０．００１ Ｓ一 ，０．０１Ｓ一 ，０．１Ｓ ，１ Ｓ一 ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｏｖ— ｅｒｙ ａｎｄ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｖｓｔａｌ１ｉｚａｔｉｏｎ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｏｃｃｕｒ ｉｎ ＴＣ２１．Ｉｔ ｉＳ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ，ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｉＳ ｌｅｓｓ ｔｈａｎ ０．１ Ｓ ａｔ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ａｆｔｅｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａｌ１ｉｚａｔｉｏｎ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｃｒｅａｓｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ；Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｉｓ １ Ｓ～．ａｌｍｏｓｔ ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｏｖｅｒｙ ｅｘｃｌｕｓｉｖｅｌｙ ｏｃｃｕｒｓ￣Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ｉｓ ｃｏｎｓｔａｎｔ，ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ， ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｂｙ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａｌ１ｉｚａｔｉｏｎ ｉｓ ｌａｒｇｅｒ；Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔｈｅ ｆｌｏｗ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ，ｔｈｅ ａｃｔｉｖａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ Ｑ一２５８．６ ｋＪ／ｍｏｌ ｆｏｒ ＴＣ２１ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａ１ｌｉｚａｔｉｏｎ ｗａｓ ｏｂｔａｉｎｅｄ Ｖｉａ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅｒ— ｍａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｄａｔａ，ｔｈｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａ１ｌｉｚａｔｉｏｎ ｗａｓ ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ， ｂｏｔｈ ｔｈｅ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｖｏｌｕｍｅ ｆｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｖｓｔａＩｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ ９７５。Ｃ ｈｏｔ ｆｏｒｍｉｎｇ ｗｅｒｅ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＥＦＯＲＭ－３Ｄ ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｅｒｒｏｒ ｆｏｒ ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ ｉＳ ｗｉｔｈｉｎ＿－４－１０ ，ａｎｄ ｔｈｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｄｅ１ ｗａｓ ｖｅｒｉｆｉｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＴＣ２１ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ；ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｃｒｙｓｔａＵｉｚａｔｉｏｎ；ｇｒａｉｎ ｓｉｚｅ 引 言 近年，由我国自主研发的ＴＣ２１高强高韧钛合 金集高强、高韧、高模、优良焊接性能和损伤容限 特点于一体，相比国外同类材料具有更加综合的优 异性能［１］。对于大多数钛合金而言，传统的轧制或 金已经广泛应用于中国的新一代飞机。ＴＣ２１钛合 ＊国家自然科学基金资助项目（５１１６４０２９）。 董洪波Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｏｎｇｈｂｏ＠ｎｃｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ 锻造等热变形加工通常在ａ＋ 两相区和 单相区内 进行，在热变形过程中会发生动态回复和动态再结 晶。ｌ３锻工艺由于本身对变形条件极为敏感，组织 中容易出现晶粒粗化，而通过形变促使钛合金发生 动态再结晶，是改善其组织粗化现象的有效措施。 目前，关于ＴＣ２１钛合金的塑性流变行为研究 作者简介：董洪波，男，１９７２年生，博士，教授，主要 从事钛合金及贝氏体钢的微观组织演变研究 收稿日期：２０１４—０６—２５；修订日期：２０１４—０７一１０ 日渐增多，文献［２］研究了不同热变形条件下ＴＣ２１ ４０ 塑性工程学报 第２２卷 钛合金的流变应力和微观组织演变规律，分析了高 温热变形行为时材料的本构模型及动态再结晶现象； 文献［３］研究了铸态ＴＣ２１钛合金在１ ０００℃～ １ １５０ ｕＣ时的流变行为，并建立了塑性流动本构方 程。上述关于ＴＣ２１钛合金动态再结晶规律的研究 都是基于定性描述，没有建立起动态再结晶定量分 析模型。因此，本文采用等温恒应变速率压缩方法 对ＴＣ２１钛合金的动态再结晶行为进行研究，建立 了ＴＣ２１钛合金 单相区热变形动态再结晶模型， 可为相关热加工工艺的制定提供理论参考。 １实验材料和方法 实验材料为景航航空锻铸有限公司提供的轧制 Ｏ１６０ｍｍ的棒料ＴＣ２１钛合金，化学成分如表１所 示。显微组织主要由等轴及条状的初生ａ相及 转 变相组成。膨胀实验测得ＴＣ２１钛合金（ａ＋｜９）相在 加热过程中全部转变为 相组织的最低温度（ 转变 温度）为９５８．１。Ｃ，合金在１０００℃固溶淬火后』３单相 原始组织如图１所示。升温过程线膨胀百分率与温 度的关系曲线如图２所示。 表１ ＴＣ２１钛合金化学成分／ｗｔ％ Ｔａｂ．１ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ＴＣ２ １ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ ｉｎ ｗｔ 图１ ＴＣ２１钛合金卢单相区原始组织 Ｆｉｇ．１ Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ Ｊ８ ｐｈａｓｅ ｆｏｒ ＴＣ２１ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ 采用Ｇｌｅｅｂｌｅ一３５００热模拟机进行热压缩实验， 热压缩实验试样尺寸为０８ｍｍ×１２ｍｍ，要求试样 表面光洁，两端平行且光滑，没有裂纹等缺陷；热 模拟参数为以１０℃／ｓ加热到８００℃，再以１。Ｃ／ｓ分 别加热到９６０。Ｃ，９９０℃，１０２０。Ｃ，保温３ ｍｉｎ，使 试样内部温度均匀；然后分别以变形速率０．００１ Ｓ一， 凿 图２合金升温过程中线膨胀率与温度的关系曲线 Ｆｉｇ．２ Ａｌｌｏｙ ｈｅａｔ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｃｕｒｖｅ ０．０１ Ｓ，０．１ Ｓ＿。，１ ｓ 进行压缩，变形量为６Ｏ ； 最后取出试样水冷。压缩后试样采用配比为 Ｖ（ＨＦ）：Ｖ（ＨＮＯ。）：Ｖ（Ｈ ｏ）一１：３：７的腐蚀液 进行腐蚀，并在光学金相显微镜下观察金相显微组 织。 ２实验结果与分析 ２．１真应力应变曲线 图３为ＴＣ２１钛合金在不同温度和应变速率下 的真应力一应变曲线。由图可以看出，应力都在很小 的应变时达到很大的一个值，这是由于在开始压缩 时，位错来不及消除，位错密度也越来越大，导致 流变应力在初始压缩时就较大，这种现象表现为加 工硬化。而随着应变的增加，流变应力出现两种类 型，一种是先不断的增加最后慢慢趋于平缓，即动 态回复型；另一种是应力增加达到峰值后，随之出 现软化，最后趋于平缓，即动态再结晶型。并且由 图３还可看出，在热变形过程中，变形速率越低， 曲线的动态再结晶特征越明显，这是由于软化需要 一个时间过程，变形速率大时，晶粒没有足够的时 问长大，而变形速率小时，晶粒充分发生动态再结 晶。变形温度和变形速率对动态再结晶影响有相似 之处，是因为温度越高，晶粒的长大驱动力就越大， 从而越容易发生动态再结晶。从图中可以看出，在 应变速率小于０．１ Ｓ～，温度达到１０２０℃时曲线软化 效果明显，说明此时温度对动态再结晶产生了明显 的作用。 ２．２不同变形条件下的热变形组织 ＴＣ２１钛合金在不同变形条件下热压缩后的显 微组织如图４所示。可以看出，ＴＣ２１钛合金在热 变形过程中发生了动态再结晶，并且再结晶程度对 热变形参数敏感。图４ａ～图４ｃ为变形温度９９０℃时 ４２ 塑性工程学报 第２２卷 不同应变速率下压缩后的显微组织，由图可知， ＴＣ２１钛合金在变形过程中均发生了动态再结晶， 但应变速率为１ Ｓ 时，其粗大的原始 晶粒被严重 拉长压扁，此时由于应变速率较快，没有时间充分 发生动态再结晶，主要以动态回复为主。由于材料 在变形过程中内部发生了位错交滑移和攀移，位错 不断的增殖，因此当温度有所升高或变形速率相对 减小时，原组织的晶界处形成了许多细小的晶粒， 这是由于三叉晶界在变形过程中承受了更大的变形， 位错也更多，从而促进了动态再结晶形核的发生。 随着应变速率减小到０．１ Ｓ叫时，可观察到在被拉长 的原始 晶界上产生了大量细小的动态再结晶晶粒， 但还没有完全长大；而当应变速率减小为０．００１ Ｓ 时，显微组织出现了许多细小的等轴晶，此时晶粒 尺寸有所增大。根据相关研究可知，ＴＣ２１钛合金 在较低的应变速率下更容易发生动态再结晶，并且 应变速度越低变形时间越长，再结晶晶粒有充分的 时间长大，动态再结晶进行的比较充分。 动态再结晶演化模型的建立 ３．１热变形激活能计算 随着位错的移动，能量不断的积聚，应变达到 临界应变后将发生动态再结晶，即动态再结晶是一 个热激活过程。热变形激活能Ｑ可由３个关系式描 述，即低应力水平、高应力水平和适用于所有应力 下的流变应力和应变速率之间的关系 ］： 一Ａ１ （１） ｅ—Ａ２ｅｘｐ（Ａ３ ） （２） ＝＝＝ＡＥｓｉｎｈ（ａａ）］ ｅｘｐ［一Ｑ／（ＲＴ）］ （３） 式中 ——应变速率 ａ——应力水平常数 高温流变峰值真应力 Ａ ，Ａ。，Ａ。——与材料有关的常数 Ｑ——变形激活能 Ｒ——气体常数 Ｔ——热变形温度 分别对式（１）、式（２）两边取自然对数，可以得 到： Ｉｎ 一ｌｎＡ１＋ １ｌｎａ （４） ｌｎ￡一ｌｎＡ２＋Ａ３ （５） 根据９６０℃、９９０。Ｃ、１０２０。Ｃ，应变速率分别为 ０．００１ Ｓ一、０．Ｏｌ ｓ～、０．１ Ｓ 压缩后的应力应变曲 线，将不同变形条件下ＴＣ２１钛合金的峰值应力与 应变速率的数据分别绘制ｌｎ 一ｌｎａ和ｌｎ 一 的关系图， 如图５所示。 ａ／ＭＰａ ｂ 图５应变速率与峰值应力之间的关系 Ｆｉｇ．５ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ ａｎｄ ｐｅａｋ ｓｔｒｅｓｓ 根据图５可知，ｌｎａ一１ｎ 和 一１ｎ 的斜率分别为 和Ａ。的值。 而根据式（３）可知， Ｑ＝Ｒ｛ ）７ ｛ Ｔ １ ａ （１／Ｔ ） ｆ 式中Ｒ——气体常数，．Ｒ一８．３１４Ｊ／（ｍｏｌ・Ｋ） 绘制不同应变速率下ｌｎ［ｓｉｎｈ（ａａｐ）］和１／Ｔ和不 同温度下ｌｎ［ｓｉｎｈ（ａａｐ）］与ｌ 的关系曲线，如图６ 所示。回归求偏导可得到９６０℃～１ ０２０。Ｃ热变形激 活能Ｑ一２５８ ６００Ｊ／ｍｏｌ。 ３．２动态再结晶体积分数模型 动态再结晶是新生晶粒不断形核与长大的过程， 变形组织在一定时间内所发生动态再结晶的程度可 由动态再结晶体积分数来描述，而动态再结晶体积 分数与发生动态再结晶的时间所构成的动力学曲线。 则能真实反映材料在一定温度下发生动态再结晶的 动力学规律。由于材料的多样性，目前还很难做到 用通用模型来表征所有材料在所有变形范围内微观 组织的变化规律，本文采用Ｊ．Ｊ．Ｊｏｎａｓ Ｈｏｄｇｓｏｎ 第ｌ期 余新平等：ＴＣ２１钛合金 锻动态再结晶行为及晶粒尺寸预测 ４３ Ｉｎ［ｓｉｎｈ（ａ＃）】 ａ ＝ｉ 亘 ０．７９ ０．８ｏ ０．８１ ０．８２ ０．８３ ０．８４ ０．８５ ０．８６ ｌ， ｌＯ一０） ｂ 图６不同温度下ｌｎ［－ｓｉｎｈ（ａａ）］一ｌ 和 不同应变速率下ｌｎ［ｓｉｎｈ（ａａ）］一１／Ｔ关系曲线 ａ）ｌ ｌｎ［ｓｉｎｈ（ａａ）］；ｂ）ｌｎ［ｓｉｎｈ（ａ ）］一１／Ｔ Ｆｉｇ．６ Ｃｕｒｖｅ ｏｆ Ｉｎ［ｓｉｎｈ（ａａ）］一１ ａｎｄ ｌｎ［ｓｉｎｈ（ａａ）］一１／Ｔ ｄｕｒｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓ ａｎｄ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅｓ 模型描述，发现动态再结晶的体积百分数ｘ咖与应 变ｅ的关系服从动力学Ａｖｒａｍｉ方程［７ ］： Ｘｄ一 Ｏ＂ｓ一 －Ｏ＂一 一ｅｘｐ ｌ 一 （’＼ｅ Ｐ） ， ］（ ｌ ７） 式中Ｏ＇ｓｓ——稳态流变应力 ， ——动态再结晶型和动态回复型曲线上 应变ｅ所对应的应力 ｅ ——峰值应变 ｅ ——动态再结晶临界应变 ， ——待定参数 对式（７）两边取对数可得： ｌｎ［－ｌｎ（１一 ）］一ｋａ１ｎｆ 立１＋ｌ （８） 根据应力应变数据绘制出不同变形条件下的 ｌｎ［一ｌｎ（１一 ）］一ｌｎｇ（ｓ－－ｅ ）／ｅ ］关系曲线，如图７ 所示。其中，曲线的斜率即为ｋ 值，曲线的截距则 为ｌｎ 值。 其中对于临界应变ｅ ，一般学者认为和峰值应 变ｅ 呈比例关系＿９］： ｅ 一０．８３ｅ （９） ｌｎ【 —８ｃ）， ｐ】 图７ ｌｎ［一Ｉｎ（１一Ｘａ）］一ｌｎＥ（ｅ－－ｅ ）／￡ ］关系图 Ｆｉｇ．７ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ １ｎ［一１ｎ（１一 ）］ ａｎｄ ｌｎＥ（ｅ－－ｅ ）／￡ ］ 而峰值应变可以用温度补偿应变速率因子Ｚｅ— ｎｅｒ—Ｈｏｌｌｏｍｏｎ参数ｚ来表示，根据ｌｎｅ 和ｌｎＺ的关 系曲线图图８可得： ￡ 一４．４３９ ５×１０一 Ｚｏ・１２８ ３５ （１０） 图８ ｌｎ 一ｌｎＺ之Ｉ司的关系 Ｆｉｇ．８ Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ ｂｅｔｗｅｅｎ ｌｎｅｐ ａｎｄ ｌｎＺ 综上所述，通过计算求得平均值ｋｄ一１．６８５ ３， 一０．０３５６５。将得到的数值代入式（７）中可得ＴＣ２１ 钛合金的动态再结晶体积分数模型为： Ｘｄ一 一ｐ－－Ｏ．０３５ ６５（ ） 。。 ］Ⅲ ３．３动态再结晶晶粒尺寸演化模型 由热变形组织可以观察到，在变形温度为 ９９０。Ｃ、应变速率为０．００１ Ｓ～、０．０１ Ｓ 和０．１ Ｓ 时，动态再结晶晶粒尺寸随应变速率的降低而增大。 这主要是因为变形速率越大，加工硬化速率就越大， 在相同的变形量下，所得到的位错密度越高，即加 工硬化和形变存储能越大，为动态再结晶提供了较 大的动力。但是，又由于变形速率较大，再结晶颗 粒没有充分的时问长大，因此动态再结晶晶粒尺寸 较小。并且较高应变速率下的动态再结晶发生并不 完全，新生晶粒主要集中在被拉长的原始晶粒晶界 第１期 余新平等：ＴＣ２１钛合金卢锻动态再结晶行为及晶粒尺寸预测 ４５ 着压缩变形量的增大呈变小趋势，这是由于动态再 结晶使平均晶粒尺寸变小所致。根据图１０ｂ可知， 在初始阶段，由于应变量较小晶粒尚未发生动态再 结晶，而随着应变量的增加，动态再结晶体积分数 不断增多。这主要是由于增加应变量时，位错密度 不断的增殖，再结晶驱动力相应的不断变大，一旦 其驱动能量大于发生动态再结晶所需要的能量时， 动态再结晶发生。 通过ＤＥＦＯＲＭ３Ｄ模拟结果可知，压缩完成后 动态再结晶体积分数可达到８５．５ ，动态再结晶发 生的比较完全。观察微观组织模拟图（图１０ｃ）可 知，此时平均晶粒尺寸约为７８ ｍ，实验得到相同 条件下的动态再结晶晶粒尺寸为７１／ｘｍ，相对误差 在±１０ ９／５以内，说明动态再结晶模型可以对一定条 件下的动态再结晶晶粒尺寸进行较准确的预测。 ［ ［ ［ ［ ［ ５结论 １ ２ ３ ４ ５ ］ ］ ］ ］ ］ １）ＴＣ２１钛合金在变形过程中存在动态回复、动 态再结晶现象。当温度一定时，应变速率≤０．１ Ｓ 时，随着应变速率的降低动态再结晶晶粒尺寸变大； 在应变速率为１ Ｓ 时，变形过程几乎只发生动态回 复。当应变速率一定时，随着温度的升高，动态再 结晶晶粒尺寸变大。 ２）根据应力应变曲线数据，得到动态再结晶热 激活能Ｑ一２５８．６１ｄ／ｍｏｌ，并建立了ＴＣ２１钛合金动 态再结晶体积分数及晶粒尺寸演化模型Ｘａ一１一 １．６８５ ３ …、ｅｘｐｌ一０．０３５ Ｌ ６５ ｆ＼ ￡Ｐ ／ １ －ｊＩ， 一１．０３８ ７５× １Ｏ。 ，该模型可为相关热变形工艺提供参考。 ３）利用ＤＥＦＯＲＭ－３Ｄ模拟软件预测可知，温 度９７５。Ｃ、真应变为０．９时，压缩完成后ＴＣ２１钛 合金动态再结晶体积分数可达８５ ，动态再结晶晶 粒尺寸约为７８ Ｆｍ，与实验结果相符，相对误差在 ＋１０ 以内，说明动态再结晶模型可以对一定条件 下的动态再结晶晶粒尺寸进行较准确的预测。 参考文献 付艳艳，宋月清，惠松骁等．航空用钛合金的研究与应 用进展ＥＪ］．稀有金属，２００６．３０（６）：８５０—８５６ 朱知寿，王新南，顾伟等．ＴＣ２１钛合金高温热变形行为 研究ＥＪ］．中国材料进展，２００９．２８（２）：５１—５５ 冯菲，曾卫东，朱艳春等．铸态ＴＣ２１钛合金高温变形 行为研究［Ｊ］．热加工工艺，２０１１．４０（６）：２９—３３ 杨静，徐光，韩斌等．Ｑ３４５Ｂ钢动态再结晶动力学模型 研究［Ｊ］．武汉科技大学学报，２０１２．３５（２）：８５—８８ Ｓｅｌｌａｒｓ Ｃ Ｍ，Ｔｅｇａｒｔ Ｗ Ｊ Ｍ．Ｏｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｈｏｔ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ａｃｔａ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａ，１９９６．１４（９）：１１３６— １１３８ Ｚｅｎｅｒ Ｃ，Ｈｏｌ［ ｌｏｍｏｎ Ｈ．Ｅｆｆｅｃｔ［ ｏｆ ｓｔｒａｉｎ－ｒａｔｅ ｕｐｏｎ ｔｈｅ ［ ［ ［６ ７ ８ ９ “ 一＇ ｐｌａｓ］ｔｉｃ ｆｌｏｗ ｏｆ ｓｔｅｅｌ］［Ｊ］．Ｊ Ａｐｐｌ Ｐｈｙｓ，１９４４．１５（１）：２２—］ ］２７ Ｈｏｄｇｓｏｎ Ｐ Ｄ，Ｇｉｂｂｓ Ｒ Ｋ．Ａ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｔｏ ｐｒｅｄｉｃｔ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｈｏｔ ｒｏｌｌｅｄ Ｃ－Ｍｎ ａｎｄ ｍｉｃｒｏａｌｌｏｙｅｄ ｓｔｅｅｌｓ［－Ｊ］．ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，１９９２．３２ （１２）：１３２９—１３３８ Ｍａｎｏｈａｒ Ｐ Ａ，Ｋｙｕｈｗａｎ ＬＩＭ，Ｒｏｌｌｅｔｔ Ａ Ｄ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｍ— ｐｕｔａｔｉｏｎａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ａ ｍｅｄｉｕｍ Ｃ－Ｍｎ ｓｔｅｅｌ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｔｏ ｒｏｄ ｍｉｌｌ［Ｊ］． ＩＳＩＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，２００３．４３（９）：１４２卜１４３０ ＷＡＮＧ Ｍｉｎ－ｔｉｎｇ，ＬＩ Ｘｕｅ－ｔｏｎｇ，ＤＵ Ｆｅｎｇ－ｓｈａｎ。ｅｔ ａ１． Ｈｏｔ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ａｕｓｔｅｎｉｔｅ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｃｒｏ— ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｃｒｏｓｓ—ｗｅｄｇｅ ｒｏｌｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｍａｔｅｒ Ｓｃｉ Ｅｎｇ Ａ，２００４．３７９：１３３—１４０ 樊江昆，寇宏超，唐斌等．Ｔｉ一７３３３合金８锻动态再结晶 行为Ｉ－Ｊ］．科技导报，２０１３．３１（５—６）：４４—４８ 易幼平，刘超，黄始全等．基于ＤＥＦＯＲＭ－３Ｄ的７０５０铝 合金动态再结晶元胞自动机模拟［Ｊ］．中南大学学报 （自然科学版），２０１０．４１（５）１８１４—１８２０ ［ ］
