TC11钛合金在航空工业上应用广泛，但其热变形温度范围较窄，变形抗力大［1-3］。变形过程中合金的流动应力对温度、应变速率等工艺参数比较敏感［4-6］。
为了优化TC11钛合金的热成形工艺参数，研究TC11钛合金热变形行为以及热变形过程中工艺参数的变化对微观组织的影响至关重要。本文利用热模拟压缩试验，分析TC11钛合金的在不同工艺参数下的热变形行为以及显微组织的演变规律。结合热加工图分析［7-8］，从而达到优化TC11钛合金变形工艺参数的目的。
1、试验材料与方法
试验采用φ18mm的TC11钛合金棒材，试验前进行退火，制度为950℃×1h，炉冷至600℃保温2h，空冷。退火后的显微组织如图1所示，由图1可以发现，退火后TC11钛合金显微组织主要由等轴α相和β相组成。退火后的试样机械加工成φ8mm×12mm的圆柱体进行后续的热模拟压缩试验，试验设备选择Gleeble-3500型热模拟试验机。变形温度选择:750、800、920、940和960℃，应变速率:0.001、0.1、1和10s－1，变形程度:30%、50%和70%，压缩变形后采用水冷的方式冷却。变形后的试样沿轴线方向切割，制备金相试样后进行显微组织观察。
2、试验结果与讨论
2.1流动应力
不同变形温度和应变速率下的TC11钛合金应力-应变曲线如图2所示。热变形温度较低时(750、800℃)，流变应力随着应变的增加逐渐增加，达到峰值后呈降低的趋势。而在920、940和960℃较高的变形温度下，流动应力在最初的急剧升高后，迅速软化并趋于稳定，处于稳态流动的状态。在相同温度下，随着应变速率的升高，流动应力的软化程度增加。TC11钛合金在变形初期，加工硬化速率大于动态软化的速率，若应变速率较高，造成流动应力急速上升;随着变形的增加，位错密度增加，晶格畸变能增加，为合金的动态再结晶提供了形核点以及驱动力，从而使得动态再结晶等软化作用增加，造成位错密度降低，流动应力减小。而在较低的应变速率下，位错的增殖相对较慢，同时变形时间长，有利于动态回复的进行，从而使得硬化和软化处于一个动态的平衡，流动应力曲线比较平缓。
2.2热加工图
基于动态材料模型(DMM)，结合热模拟压缩试验获得的应力-应变数据，分别计算在不同变形温度、应变速率以及变形量条件下TC11钛合金的能量耗散率η以及稳定性参数ξ(ε·)。利用能量耗散率η，绘制变形温度T和应变速率ε·所构成的二维平面上功率耗散图;结合不同条件下的ξ(ε·)值绘制的流变失稳图可以获得特定应变条件下的热加工图。图3给出了TC11钛合金在真应变为0.6时的热加工图，图3的等值线表示TC11钛合金在热变形过程中的能量耗散率η，阴影部分表示热变形过程中的塑性失稳区(ξ(ε·)＜0)。从图3可以发现，在真应变为0.6的条件下，当变形温度为940℃，应变速率为0.001s－1时，TC11钛合金变形过程中的能量耗散率最高，达到0.71。而当变形温度在920～930℃，应变速率在0.9～10s－1时，TC11钛合金在热变形时出现塑性失稳的现象。
2.3显微组织
图4为940℃、变形量为30%时在不同应变速率下TC11钛合金热变形后的显微组织。不同应变速率下，变形后显微组织中α相的差别较大。在0.001s－1的条件下，变形时间长，α相有合并长大的趋势，使得α相的晶粒数量降低，尺寸增大，在热加工图上这部分区域的能量耗散率高，主要是组织的演变消耗了较多的变形能量。随着应变速率的增加，合金的变形过程中动态回复加强，原始组织中的等轴状晶粒能够保持下来(见图4(b))。而当应变速率为10s－1时，变形时间较短，动态回复无法进行，同时位错密度以及畸变能的迅速增加，有利于动态再结晶的进行，图4(d)可以发现，显微组织中细小的α相增多，晶粒细化现象明显。
图5为在920℃，10s-1的条件下，变形量对TC11合金显微组织的影响。由图5可以发现，随着变形量的增加，显微组织中的α相出现动态再结晶细化的现象。当变形量为30%时，显微组织呈现变形的特征;当变形量为70%时，显微组织中细小α相明显增多。对比图4(d)和图5(a)可以发现，在相同应变速率和变形量下，变形温度的升高有利于合金的动态再结晶。
3、结论
1)TC11钛合金在高温变形过程中，随着变形温度的升高以及应变速率的降低，合金的流动应力呈降低的趋势;随着应变速率升高，合金的流动应力软化程度增加。
2)在真应变为0.6的条件下，能量耗散率最高出现在940℃，0.001s－1的条件下，达到0.71;塑性失稳区出现在920～930℃，0.9～10s-1的变形工艺参数范围。
3)TC11钛合金在热变形过程中，应变速率的增加促进α相的动态再结晶;同时变形量的增加以及变形温度的升高有利于再结晶的进行。
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