Ti-55511合金在(α+β)两相区的热变形行为与微观组织演化机制及其工业热加工优化研究

本文系统研究了Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe（Ti-55511）合金在650–850°C/0.01–10 s?1条件下的热压缩行为，通过构建应变补偿型Arrhenius本构方程（活化能484.2 kJ/mol）和动态材料模型（DMM）加工图，揭示了动态再结晶（DRX）、动态回复（DRV）与动态相变（DPT）的竞争机制，为航空航天关键部件热加工参数优化提供定量依据。

　　

Highlight

Ti-55511合金在(α+β)两相区的热变形行为展现出显著的温度-应变率依赖性。当应变达到70%时，真实应力-应变曲线呈现典型的三阶段特征：初始快速硬化阶段由位错累积主导；达到峰值应力（σ_p）后进入软化阶段，此时动态再结晶（DRX）与动态回复（DRV）协同作用；最终进入稳态流动阶段，动态相变（DPT）开始显著影响组织演化。

True stress-true strain curve

图3展示了不同变形条件下Ti-55511合金的真实应力-应变曲线。在工程应变70%范围内，曲线呈现三阶段演化规律：初始阶段真实应力随应变快速上升，主要源于位错密度增加导致的加工硬化效应；达到峰值应力后出现平缓下降或平台期，此时DRX与DRV共同主导材料软化；最终阶段则呈现稳态流动特征，此时α/β相界迁移引发的DPT现象开始显著影响微观组织。特别值得注意的是，在低温高应变率（如650°C/10 s^?1）条件下，曲线表现出更陡峭的硬化斜率，这归因于位错增殖速率远超动态软化速率。

Conclusion

通过等温压缩实验和电子背散射衍射（EBSD）分析，本研究得出以下关键结论：

1. 1.

   建立的应变补偿型Arrhenius本构方程能准确预测Ti-55511合金流变应力，其变形活化能为484.2 kJ/mol；

2. 2.

   基于动态材料模型（DMM）的加工图识别出两个稳定域（A域：650–740°C/0.01–0.07 s^?1；B域：760–850°C/0.04–1 s^?1）和两个失稳域（C域：650–850°C/≥1.3 s^?1；D域：650–760°C/0.1–1.3 s^?1）；

3. 3.

   微观组织定量分析表明，最优工艺窗口（700°C/0.01 s^?1）可获得52.8%的DRX分数和均匀细晶（<10 μm），而失稳条件（800°C/10 s^?1）会导致晶粒粗化（>50 μm）和DRX抑制。