新型魏氏组织钛合金中硅化物析出行为与动态再结晶机制的多维热加工研究

为解决硅富集钛合金在热加工过程中硅化物析出与动态再结晶(DRX)的竞争关系问题，研究人员以Ti-5Al-7.5V-0.5Mo-0.5Zr-0.5Si合金为对象，通过热模拟压缩试验系统研究了魏氏组织下硅化物析出行为与DRX机制。研究发现硅化物体积分数随温度呈非单调变化，并通过构建多维热加工图确定最佳工艺参数为870–884 °C/0.004–0.015 s?1，为高强高塑硅富集钛合金的工业应用提供理论依据。

　　

在航空航天领域追求轻量化的今天，钛合金因其"比钢铁更轻、比铝镁更强"的特性被誉为"第三金属"。然而，当工程师们试图将这种神奇材料用于飞机起落架或发动机叶片时，却面临着一个棘手的矛盾——如何在提高强度的同时不损失塑性？特别是对于添加硅元素的高强高韧钛合金，热加工过程中硅化物的析出与动态再结晶(DRX)就像两个相互较劲的舞者，稍有不慎就会导致材料性能失衡。更棘手的是，传统热加工图难以准确反映DRX程度，使得工艺优化如同"盲人摸象"。

针对这些挑战，西部超导材料科技股份有限公司的研究团队选择了一种具有魏氏组织(Widmanstatten microstructure)的新型钛合金Ti-5Al-7.5V-0.5Mo-0.5Zr-0.5Si作为研究对象。这种合金在940°C固溶处理后形成的独特组织，就像由α板条(α plates)编织成的立体网格，其间散布着晶界α相(α_GB)。研究人员通过热模拟压缩试验结合微观表征技术，揭示了硅化物与DRX的交互作用规律，相关成果发表在《Progress in Lipid Research》上。

研究主要采用热模拟压缩试验构建Arrhenius本构模型，结合电子背散射衍射(EBSD)分析取向分布，通过动态材料模型(DMM)整合功率耗散因子η与DRX体积分数等参数。来自锻造棒的φ10×100 mm圆柱试样在Gleeble-3800热模拟机上进行变形，温度范围850–910°C，应变速率0.001–1 s^?1。

初始微观结构
魏氏组织由β晶粒内的α集落(α-colonies)和晶界α相构成，EBSD显示α板条存在明显的取向差，为后续DRX研究奠定基础。

结论

1. 应力-应变曲线的单峰特征证实DRX是主要软化机制，计算得到变形激活能Q值为674.755 kJ/mol；
2. 硅化物尺寸随温度增大而体积分数呈"先增后减"，在890°C/0.001 s^?1时DRX分数显著增加；
3. α相通过连续动态再结晶(CDRX)实现破碎球化；
4. 构建的多维热加工图确定最佳参数窗口870–884°C/0.004–0.015 s^?1，该区域兼具高η值、适宜DRX分数和硅化物强化效果。

这项研究首次系统揭示了硅化物析出与DRX的竞争机制，提出的多维热加工图突破了传统DMM模型的局限。不仅为平衡硅富集钛合金强塑性提供新思路，其研究方法更可推广至其他合金体系，对航空航天关键部件制造具有重要指导价值。正如研究指出的，当工艺参数控制在884°C附近时，材料内部仿佛达成"微观世界和解"——硅化物恰到好处的强化与DRX带来的塑性提升相得益彰，这正是工程师们梦寐以求的"鱼与熊掌兼得"的理想状态。