基于时效校形的TB5合金蠕变本构模型建立

　　引言

　　Ti-15-3(名义成分Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al，简称TB5)是一种高强亚稳定β钛合金，具有比强度高、耐腐蚀性好、耐高温、良好的冷成形性能，以及冷成形后可直接时效处理，并达到很高的强度等优点，因此，TB5在航空航天工业中具有巨大的应用潜力[1-2]。

　　钛合金主要采用冷成形、冷成形后热校形和一次热成形等方式进行成形。目前热成形是钛合金板料的主要成形方法，但热成形对加工条件要求较高。而冷成形技术工艺简单，技术难点相对较少，且能提高产品质量和生产效[3-4]。鉴于TB5钛合金具有较好的室温成形性能，因此，该合金一般采用冷成形方式成形。尽管航空航天高强钛合金的需求越来越明显，但对TB5钛合金的成形研究主要集中在材料微观组织性能、热处理制度以及成形性能评估等方面，而对冷成形的回弹研究相对较少[5-6]。回弹是板料成形过程中不可避免的现象。V形弯曲回弹试验可直接获得板料回弹前后的试验数据，为回弹预测和控制提供参考[7]。

　　回弹的存在将降低成形精度，增加试模和修模时间及成形后的校形工作量[8]。TB5钛合金本身固有的低弹性模量、高回弹等特点，使其冷成形后的回弹更严重。因此需要采取行之有效的措施消除TB5钛合金冷成形后的大回弹。校形是提高钣金成形精度的有效方法[3]。由于TB5钛合金的屈服强度较高，变形抗力较大，冷校形效果较差。而热校形工艺利用金属在高温下的软化效应和高温下应力松弛的特性，可将金属材料的弹性变形逐渐转变为非弹性应变，从而达到校形的目的[9-10]。在一定温度和应力条件下，蠕变应变及材料强度随时间、应力水平的变化而变化，所以时效校形在完成校形的同时，又可改善零件的材料性能[11-12]。因此需研究TB5钛合金的时效校形制度，在提高成形精度和保证材料性能的情况下达到较高的强度。

　　文献[13]认为520℃、10h的时效制度可使TB5钛合金的强度提高到1080Ma， 达到与30CrMnSiA钢相当的强度。文献[2]认为520℃、8h的时效制度可使TB5钛合金的强度达到较高的等级。目前仍未见有对TB5钛合金在AMS4914时效制度下的蠕变本构模型研究的报道。蠕变本构方程是在蠕变试验的基础上，用来描述材料蠕变特性的方程式，可描述蠕变应变量、蠕变速率应力、时间、温度等因素之间复杂的关系[14]。蠕变本构方程的研究是时效校形工艺的基础。

　　本文在进行TB5钛合金冷成形回弹分析的基础上，通过不同应力水平下的蠕变试验，并对试验数据进行分析处理，建立基于时效校形的TB5合金蠕变本构模型，为工艺分析与仿真提供基础。