近β钛合金Ti-7333热变形过程中的流动行为与动态再结晶机制研究

本研究针对近β钛合金Ti-7333在热机械加工中的动态再结晶（DRX）机制与流动行为展开系统性研究。通过770–920 °C温度范围和0.001–1 s?1应变率下的热压缩实验，结合Arrhenius应变补偿本构方程与有限元模拟，揭示了不连续动态再结晶（DDRX）与连续动态再结晶（CDRX）的协同作用机制，建立了DRX分数最高达43.64%、晶粒尺寸从76.8 μm细化至32.7 μm的预测模型，为航空航天用钛合金热加工工艺优化提供理论支撑。

　　

在航空航天领域，钛合金因其卓越的比强度和耐腐蚀性成为关键结构材料。近β钛合金Ti-7Mo-3Nb-3Cr-3Al（Ti-7333）相较于传统(α+β)钛合金展现出更优的疲劳裂纹抗力和强度-塑性平衡，但其热加工过程中复杂的动态再结晶（DRX）行为严重制约着组织性能调控精度。现有研究多基于忽略应变效应的Arrhenius方程，而实际加工中动态回复（DRV）、不连续动态再结晶（DDRX）与连续动态再结晶（CDRX）的交互作用机制尚不明确，亟需建立融合多尺度组织演变的预测模型。

中国的研究团队通过设计770–920 °C（涵盖β转变温度850 °C）和0.001–1 s^?1应变率的热压缩实验，结合扫描电镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）表征技术，系统解析了Ti-7333合金的流变特性与DRX动力学。研究采用应变补偿型本构方程耦合有限元模拟（FEM），首次实现了从宏观流变应力到微观晶粒尺寸的跨尺度预测，相关成果发表于《Materials Today Communications》。

关键技术方法包括：1）基于真空电弧熔炼锻造棒材制备标准试样；2）Gleeble热模拟机进行等温压缩实验；3）SEM-EBSD联用分析α/β相分布；4）建立应变敏感型Arrhenius本构方程；5）DEFORM软件进行热力耦合有限元模拟。

【Materials preparation】
初始组织经800 °C/30 min固溶处理后呈现β基体（76.8 μm）镶嵌10%初生α相的双相结构（图2a-c），EBSD相鉴定显示β相（蓝色）与α相（黄色）的清晰界面（图2d）。

【Mathematical model】
构建的应变补偿本构方程成功预测了流变应力峰值，误差低于8%。有限元模型准确再现了温度梯度导致的局部应变不均匀性（图1a），为后续组织模拟奠定基础。

【Initial microstructure】
高温（920 °C）低应变率（0.001 s^?1）条件下，β相通过DDRX机制形成明显晶界凸起和新再结晶晶粒（图3d），而CDRX则通过位错重排实现亚结构转化，二者协同作用使DRX分数提升至43.64%，平均晶粒尺寸较初始状态降低57.4%。

【Conclusions】
研究揭示：1）Ti-7333的流变曲线呈现加工硬化与动态软化竞争特征；2）DDRX通过晶界弓出形核主导高温区再结晶，CDRX在低应变率下促进位错密度降低；3）建立的集成模型预测晶粒尺寸误差<12%，成功应用于抗扭臂构件模拟。该工作为近β钛合金热加工参数优化提供了兼具理论深度与工程适用性的解决方案，特别针对航空航天大型锻件组织均匀性控制难题提出了创新方法学框架。