近α型Ti6321钛合金超塑性的温度与应变率调控机制及其海洋工程应用研究

（编辑推荐）本研究系统揭示了温度(850-950℃)和应变率(0.0005-0.005 s-1)对近α型Ti6321钛合金超塑性成形(SPF)的协同调控机制，发现900℃/0.0005 s-1条件下可获得824.4%的极限延伸率，其优异性能源于α/β相界滑动(GBS)、动态球化(DG)与位错活动的多机制协同。该成果为海洋装备超厚构件SPF/DB(超塑成形/扩散连接)工艺提供了关键理论支撑。

　　

Highlight

近α型Ti6321钛合金在850℃/0.0005–0.001 s^-1和900℃/0.0005–0.005 s^-1参数下展现出卓越超塑性，延伸率>370%，应变率敏感性m>0.3。温度升高驱动的α→β动态相变通过增加α/β界面（最佳比例75/25）促进晶界滑动(GBS)，而950℃时β相含量激增(~50%)会导致晶粒粗化，反而抑制变形能力。

Initial microstructure

原始双态组织包含41.62%等轴α相（EBSD显示占比98.8%）和层状α/β集落，β相仅占1.2%。这种特殊结构为后续超塑性变形中的动态球化(DG)和动态再结晶(DRX)提供了初始条件。

Effect of the applied strain

超塑性拉伸时，夹持区发生静态α→β相变和晶粒长大，而标距区则呈现动态演变特征。有趣的是，强基面织构在变形中保持稳定，但位错密度通过动态回复(DRV)显著降低——这就像给金属"做瑜伽"，在高温下舒展内部应力。

Conclusions

◆ 最佳工艺窗口为850-900℃/0.0005-0.005 s^-1，此时多机制协同（GBS+DG+DRX+晶粒旋转）主导变形

◆ 950℃时β相过量引发"晶粒暴饮暴食"现象，导致应变不相容

◆ pyramidal滑移系在α相中扮演"变形快递员"角色，高效传递应变能