近日，东北大学张文井（博士研究生）、丁桦（通讯作者）* 、蔡明晖、杨文静、李继忠在期刊Mater. Sci. Eng.,A上发表了最新的研究，题目为“Ultra-grain refinement and enhanced low-temperature superplasticity in a friction stir-processed Ti-6Al-4V alloy”的文章。
Ti-6Al-4V合金因其具有较高的比强度和优异的高温性能而被广泛应用于航空航天、能源和汽车工业。然而，因其在室温下的冷加工性能较差，用Ti-6Al-4V合金制造薄壁或复杂结构部件仍然存在限制。超塑成形是一种可以有效解决此类问题的工艺。然而，Ti-6Al-4V合金的超塑成形温度较高（850〜950℃），导致浪费能源，且模具损耗较为严重。
剧烈塑性变形（severe plastic deformation, SPD）可以实现显著的晶粒细化，从而降低超塑成形温度，进而实现节能降耗的目的。在搅拌摩擦焊（friction stir welding, FSW）基础上发展而来的搅拌摩擦加工技术(friction stir processing, FSP)是一种可实现晶粒细化的SPD技术。 论文以Ti-6Al-4V合金为实验材料，通过对其进行热处理，获得了一种针状的α'马氏体组织。采用低热输入参数（120rpm-30mm/min）进行搅拌摩擦加工处理，制备出一种无明显择优取向、且大角度晶界占主导（~90%）的等轴超细晶组织。
原始态及热处理后Ti-6Al-4V合金的显微组织
（a）原始组织（SEM）;（b）~（d）热处理后组织:（b）SEM;（c）TEM明场像;（d）TEM暗场像
超塑拉伸实验结果表明：当变形温度为600℃、应变速率为3×10-4s-1时，该超细晶材料的延伸率高达1130%。对于Ti-6Al-4V合金而言，这是在较低的温度条件下实现的最大延伸率。
FSP处理后Ti-6Al-4V合金搅拌区中心的EBSD图
（a）取向图；（b）晶粒尺寸分布直方图；
（c）晶界图；（d）取向角分布直方图
结合EBSD和TEM分析，论文解释了针状α'马氏体组织在FSP过程中的晶粒细化机制及制备的超细晶材料在较低温度条件下实现超塑性的机制。该实验成果可为在更低温度下实现Ti-6Al-4V合金的超塑成形提供理论依据与技术支撑。
评论