亚稳β型钛合金中片层α相在剧烈塑性变形下的球化与均匀化机制研究

本文系统研究了亚稳β型钛合金(Ti-55531)在亚β相变温度区(sSPD)剧烈塑性变形过程中片层α相的球化与均匀化机制。通过多向锻造(MDF)技术，揭示了β基体连续动态再结晶(cDRX)与α相分解的竞争关系，发现异质变形诱导的位错存储促进β亚晶形成，而β晶界迁移和晶格旋转是实现αp均匀分布的关键。研究建立了Ti-55531合金的αp相分散变形机制图，经800℃固溶+560℃时效后获得抗拉强度1281MPa、延伸率6.31%的优异综合性能。

　　

Highlight

亚稳β型钛合金中片层α相在亚β相变温度区剧烈塑性变形下的球化与均匀化

微结构演变

图3展示了不同温度/应变下LM1和LM2的显微组织。在750℃变形时，LM1中大部分α片层球化为α_p颗粒（占比16.16%），部分颗粒通过奥斯瓦尔德熟化合并长大。而LM2因初始α片层更粗大，球化需要更高应变。有趣的是，β基体的连续动态再结晶(cDRX)晶粒生长与α球化存在时序竞争——当cDRX晶粒完全长大后，α颗粒的均匀分布会因失去β晶界迁移的辅助而变得困难。

α相分解与β相cDRX的相互作用

随着应变增加，α片层通过扭曲旋转产生大量位错存储，并在高能界面形成熔蚀沟（ablation grooves）。研究发现：β基体的cDRX过程通过两种方式促进α均匀分布——1）细小的cDRXed β亚晶通过晶界迁移"携带"α颗粒移动；2）β晶格旋转改变α/β取向关系，打破α颗粒的空间锁定。但当β晶粒完全长大时，这种辅助作用会显著减弱。

变形机制图

基于上述发现，研究建立了Ti-55531合金的α_p相分散变形机制图。关键参数窗口显示：在760-800℃、应变1.2-1.8范围内，通过控制β基体cDRX进程与α球化的协同，可获得最优的α_p均匀分布。

力学性能

经800℃/1h固溶+560℃/3h时效后，材料展现出1281MPa抗拉强度、6.31%延伸率和77.6 MPa•m^1/2断裂韧性的优异组合。这验证了通过sSPD调控α_p分布对性能提升的有效性。

Conclusion

本研究揭示了亚稳β型钛合金中：1）相界面位错存储促进β亚晶形成；2）β晶界迁移和晶格旋转是实现α_p均匀分布的关键；3）建立了可指导工艺优化的α_p相分散变形机制图。