细晶TC21钛合金超塑成形及扩散连接技术研究(摘要)
超塑性成形资料
1.1超塑性的概念超塑性是指材料在特定条件下，表现出异常高的塑性而不产生缩颈与断裂的现象。
但至今还没有从物理本质上确实切定义。
有的以拉伸试验的延伸率来定义，认为 >200%即为超塑性；有的以应变速率敏感性指数m来定义，认为m>0.3，即为超塑性；还有的认为抗颈缩能力大，即为超塑性。
1.2超塑性的分类根据目前世界上各国学者研究的成果，按照实现超塑性的条件〔组织，温度，应力状态等〕可将超塑性分为三类：1.微晶组织超塑性〔即恒温超塑性或构造超塑性〕一般所指超塑性多属这类，它是国内外研究最多的一种。
当材料是微细的等轴晶粒组织，间距为0.5一5μm，温度大于该材料熔点温度的一半，应变速度为10-4一10-1/s之间时，材料拉伸断裂将呈现超塑性变形的能力。
2.相变超塑性〔变温超塑性或动态超塑性〕将材料在相变温度附近进展热循环，利用相变过程，每一次热循环奉献一小的应变，从而在屡次热循环过程中获得大的延伸率。
3.内应力超塑性和相变超塑性一样进展热循环，利用材料的热膨胀系数的差异产生内应力，内应将有助于基体的塑性流动，从而使材料获得超塑性。
1.3超塑性的特点金属塑性成形时宏观变形有几个特点:大延伸、无缩颈、小应力、易成形。
〔1〕大变形：超塑性材料在单向时延伸率极高，有的可以到8000%说明超塑性材料在变形稳定性方面要比普通材料好很多。
这样使材料的成形性能大大改善，可以使许多形状复杂，一般难以成形的材料变形成为可能。
〔2〕无紧缩：超塑性材料的变形类似于粘性物质的流动，没有〔或很小〕应变硬化效应，但对应变速率敏感，当变形速度增大，材料会强化。
因此，超塑性材料变形时初期有紧缩形成，但由于紧缩部位变形速度增大而发生局部强化，而其余未强化局部继续变形，这样使紧缩传播出去，结果获得巨大的宏观均匀变形。
超塑性的无紧缩是指宏观上的变形结果，并非真的没有紧缩。
〔3〕小应力：超塑性材料在变形过程中，变形抗力可以很小，因为它具有粘性或半粘性流动的特点。
TC21钛合金的高温微动磨损行为研究
TC21钛合金的高温微动磨损行为研究丁燕;柏林;薛超凡;王运动;陈光明;于敏;戴振东【摘要】采用高精度FTM高温微动磨损试验机研究TC21钛合金在150 ℃下的微动磨损行为.分析温度对摩擦系数及磨损率的影响;通过扫描电镜和能谱等方法研究钛合金 TC21在高温下磨痕形貌的变化情况、成分的变化和磨损机理.实验结果表明:温度对钛合金TC21摩擦系数的影响与微动位移有关,位移越小,温度对其影响越小;温度为150 ℃时,磨损量较室温降低了67.4% ~86.5%;磨损机理在常温下以磨粒磨损为主,并存在氧化磨损和粘着磨损,在150 ℃下以氧化磨损为主,伴随少量的磨粒磨损和粘着磨损.%The fretting wear characteristics of TC21 alloy are studied by using the FTM wear testing ma-chine at the elevated temperature of 150 ℃.The influence of temperature on friction coefficient and wear ratio is analyzed.Moreover,the changes of morphology and chemical elements on wear scar and the wear mechanism of TC21 alloy are discussed by the means of scanning electron microscope,energy dis-persive spectrometer.The results show that the influence of temperature on the friction coefficient of TC21 alloy is affected by the displacement.The displacement is small and the temperature has little effect on the friction coefficient of TC21 pared with the room temperature,the wear rate is decreased 67.4% —86.5% at 150 ℃.The primary wear mechanism of TC21 alloy is mainly abrasive wear,along with oxidation wear and adhesive wear at the room temperature,and that is oxidation wear at the temperatures of 150 ℃,along with a little abrasive wear and a dhesive wear.【期刊名称】《南京航空航天大学学报》【年(卷),期】2018(050)001【总页数】5页(P126-130)【关键词】TC21钛合金;高温;微动磨损【作者】丁燕;柏林;薛超凡;王运动;陈光明;于敏;戴振东【作者单位】南京航空航天大学航天学院,南京,210016;中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室,兰州,730000;中国航空工业集团公司成都飞机设计研究所,成都,610041;南京航空航天大学航天学院,南京,210016;南京航空航天大学航天学院,南京,210016;南京航空航天大学航天学院,南京,210016;南京航空航天大学航天学院,南京,210016;南京航空航天大学航天学院,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】TH117.1TC21钛合金是中国自主研制的在中等温度使用的α+β两相钛合金，是在美国Ti-6-22-22S基础上开发的[1,2]。
钛合金超塑成形工艺方法研究
钛合金超塑成形工艺方法研究摘要：针对钛合金板材在常温下弹性大、成形困难的问题，提出了一种利用钛合金在高温下具有超塑性的特征进行超塑成形的工艺方法。
本文以TC4材料板材零件为研究对象，详细介绍了钛合金超塑成形（气胀成形）的具体工艺实施过程以及工艺参数的设置等，为超塑成形工艺的应用提供了指导规范。
关键词：钛合金板料；超塑成形；工艺流程；工艺参数0引言钛合金具有抗疲劳、比强度高、耐腐蚀耐高温、一定的形状记忆性能、优越的力学性质、化学性质稳定等优点[1]，随着航空航天技术的发展，钛合金在航空航天领域的应用范围不断扩展，钛合金结构件越来越呈现出大尺寸、薄壁曲面、变厚度和整体结构的趋势，进一步提高了航空航天飞行器的性能、结构刚性，减轻了重量，因此钛合金成形技术也成为航空航天制造技术的研究重点。
超塑成形技术是利用材料的超塑性来成形零件的一种工艺方法（在本文中超塑成形是指板材的气胀成形），它具有成形的零件结构设计自由度大、所需模具结构简单、所需成形设备吨位小投资少等特点，因此用超塑性气压胀形可以进行整体设计，减少工序和工装数量，降低工时和费用。
1材料控制按本文进行超塑成形工艺时，TC4钛合金板材的规格、化学成分、室温和高温机械性能及供货条件应符合GB/T 3621-2007的要求，Ti-6Al-4V钛合金板材的规格、化学成分、室温和高温机械性能及供货条件应符合AMS 4911的要求，且应有材料合格证。
成形前应检查表面质量，不允许材料表面存在起皮、夹杂物及超过标准要求的划伤、压痕、裂纹等缺陷。
运输和存放过程中应注意防止表面划伤。
超塑成形时需要用到辅助材料，主要包括清洗剂、保护涂料（包括润滑剂）等。
常用的清洗剂包括丙酮、无水乙醇、金属清洗剂等，其主要作用是清除表面油污。
保护涂料主要包括高温漆、氮化硼、胶体石墨、润滑剂等，其主要目的是在零件成形时起到润滑作用和加热时起到防止（减轻）材料表面氧化作用。
所选辅助材料不应对钛合金零件产生有害影响，并符合相应的国家标准、行业标准或专用技术标准，若无相关标准的新型辅助材料，则采取试用可行的材料，辅助材料应有生产厂家质量保证单或合格证。
钛合金超塑性成形过程的数值模拟
钛合金超塑性成形过程的数值模拟张顺;刘小刚【摘要】Taking the super-plastic forming(SPF) process of the three plate structure as the research object, the super-plastic forming process of TC4 wide-chord hollow structure was simulated by using finite element software MARC. The effects of the strain rate sensitivity index, the target strain rate and the diffusion bonding width on the coating process and the thickness distribution of the panel were studied. The results show that the wide-chord hollow structure deform along the longitudinal extension of extrusion, when the strain rate sensitivity index is larger, and the struture shows better performance of super plastic forming, when the strain rate is around of 10-3. Meanwhile, the diffusion bonding width has a certain influence on the uniformity of the sheet thickness distribution after the super plastic forming. The optimal pressure time curve is obtained by controlling the maximum strain rate. The results of the study can provide theoretical reference for super-plastic forming of titanium alloy wide-chord hollow structure.%以TC4合金层板结构的超塑性成形过程为研究对象,采用有限元软件MARC模拟计算了TC4合金宽弦空心夹芯结构的超塑性成形过程.分别分析了应变速率敏感指数、目标应变速率及扩散连接宽度等参数对贴模过程及壁板厚度分布的影响.结果表明:当应变速率敏感指数较大时,夹芯结构会发生沿纵向挤出延伸变形;当目标应变速率为10-3时,材料表现出较佳的超塑性性能;而扩散连接宽度的大小对超塑性成形后板材壁厚分布的均匀性有一定影响.通过控制最大应变速率的方法,提取出了最优化的压力时间曲线.研究结论可为钛合金空心夹芯结构件的超塑性成形提供理论参考.【期刊名称】《航空发动机》【年(卷),期】2017(043)006【总页数】7页(P69-75)【关键词】超塑性成形;钛合金;数值模拟;压力时间曲线;板材壁厚【作者】张顺;刘小刚【作者单位】南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室,南京210016;南京航空航天大学江苏省航空动力系统重点实验室,南京210016【正文语种】中文【中图分类】V252.30 引言超塑性成形（SPF）具有塑性高、变形抗力小、可一次精密成形等优点，已在航空航天等工程领域得到广泛应用。
超塑性成形与扩散连接技术
提高产品质量和可靠性 降低生产成本和能耗 促进新产品的开发和上市 增强企业竞争力和市场地位
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智能化：通过引入人工智能、机器学 习等技术，实现超塑性成形与扩散连 接技术的智能化控制，提高生产效率 和产品质量。
绿色化：在环保意识日益增强的背景 下，超塑性成形与扩散连接技术将向 更加环保、绿色的方向发展，减少对 环境的负面影响。
航空航天领域：超塑性成形与扩散连接技术将进一步提高航空航天器的性能和可靠性。
比较：超塑性成形对材料的要求更为严 格，需要材料具备较好的塑性变形能力， 而扩散连接对材料的要求相对较为宽松。
应用范围：超塑性成形适用于轻质、薄 壁、复杂结构件的制作，而扩散连接适 用于金属、陶瓷、玻璃等材料的连接。
优点：超塑性成形与扩散连接技术能够提高材料成形极限，减少成形缺陷，提高产品质量。
缺点：超塑性成形与扩散连接技术需要较高的温度和压力，对设备要求较高，同时需要严格控制工艺参数，否则 容易造成成形失败或产品质量问题。
材料的热膨胀系数、弹性模量、 热导率等物理性能也是扩散连 接的重要考虑因素。
扩散连接对材料的要求包括材 料的纯净度、晶粒度、表面光 洁度等。
材料的厚度、形状、尺寸等 也会影响扩散连接的效果。
材料的可加工性、可焊性、可 连接性等也是扩散连接需要考
虑的因素。
航空航天领域：连接不同材料，提 高结构强度和疲劳性能
比较：超塑性成形与扩散连接技术在不同应用场景下各有优缺点，需要根据具体情况进行选择。
应用：超塑性成形与扩散连接技术在航空航天、汽车、精密机械等领域有广泛应用。
轻量化：超塑性成形与扩散连接技 术将向更轻、更薄的方向发展，以 满足现代工业对节能减排的需求。
TC21钛合金
前言TC21为高强高韧钛合金,名义成分为Ti-6Al-2Zr-2Sn-2Mo-1.5Cr-2Nb,是目前我国高强高韧钛合金综合力学性能匹配较好的钛合金之一,可用于航空飞机的机翼接头结构件、机身与起落架连接框、吊挂发动机接头等部位,以及对强度及耐久性要求高的重要或关键承力部件的制作。
利用光学金相及X射线衍射,研究了TC21-0.28%H(质量分数,下同)钛合金的组织结构,通过热模拟压缩实验,研究了TC21-0.28%H钛合金在800~920℃温度范围和0.01~1s-1应变速率范围的高温变形行为,建立了钛合金高温变形本构方程。
结果显示,与TC21钛合金相比, TC21-0.28%H钛合金β相比例显著增加,并且有新相马氏体α″与氢化物δ生成,TC21-0.28%H 钛合金在α+β相区与β相区的变形激活能分别为233kJ/mol与153kJ/mol,软化机制为动态回复,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金变形激活能降低,热加工性能得到改善钛合金氢处理是利用氢的可逆合金化作用,通过合理控制合金中的氢含量及其存在状态,在不改变材料整体状态的前提下,形成有利于改善加工性能的组织结构,改善钛合金加工性能的一项新技术,近些年,受到国内外学者的广泛关注,在置氢组织转变、置氢塑性加工、切削加工、连接加工以及采用激光快速成形技术制备出TC21钛合金块状坯料,研究了去应力退火及固溶时效热处理对成形件组织和硬度的影响。
结果表明:去应力退火后,成形件组织和显微硬度基本无变化;固溶+时效热处理后,原沉积态明暗两区统一,硬度基本无差别,表明组织已均匀化。
随着固溶温度的升高,网篮组织中的α片变宽,球状α相的数量增多,晶界α相发生粗化。
当固溶温度为932℃时,成形件沉积态中粗大的柱状晶发生再结晶,转变为较细小的等轴晶。
综述了高强高韧损伤容限型钛合金TC21的热加工行为研究进展。
重点介绍了热加工及热处理工艺参数对TC21钛合金的相组成、显微组织与力学性能、损伤容限性能等方面的影响。
钛合金舵体超塑成形_扩散连接工艺研究
摘 要
超塑成形/扩散连接（Superplastic forming/diffusion bonding，简称 SPF/DB）技术可以在一 次成形过程中制造多层板复合整体结构，成形的多层板结构具有弯曲刚度大、承载稳定性高、 表面和外形质量好、结构重量小以及良好的能量吸收和疲劳性能等优点，并且大大降低了生产 成本，故目前已成为制造飞行器舵翼类零件的重要方法。 然而，传统的超塑成形/扩散连接工艺存在着一系列问题，主要表现在：止焊剂涂敷困难、 成形零件热暴露时间长及零件成品率低等。用激光焊接代替一部分扩散连接的方法能够解决传 统工艺的不足，大大提高制件成品率及成形件的力学性能，因此开展激光焊接与超塑成形/扩散 连接组合工艺的研究，具有重要意义。本文针对某 TC4 钛合金舵体零件进行深入的激光焊接、 超塑成形/扩散连接的工艺研究，主要进行了如下研究： 基于材料超塑成形和扩散连接的基本原理，结合相关理论，利用有限元软件 ABAQUS 对 某 TC4 钛合金舵体的超塑成形过程进行了模拟，对构件的壁厚分布、应力情况做出了预测，获 得了优化的等应变速率下的压力-时间曲线，为超塑成形/扩散连接工艺的气压加载提供了参考 依据。 在对钛合金舵体超塑成形过程进行模拟仿真分析基础上，研究了两层 0.6mm 厚的 TC4 钛 合金板的激光穿透焊接工艺，确定了优化的焊接参数，并成功焊接了四层板结构的中间两层芯 板。随后进行了四层结构的超塑成形/扩散连接工装准备，并进行了相关的超塑成形 /扩散连接 试验，研制成功了合格的舵体样件。 对舵体零件的质量检测表明：舵体零件外观形貌完好，内部加强筋完全直立，壁厚分布均 匀，扩散连接区域的微观组织没有明显长大，总体焊合率达 95%以上。 通过以上研究表明， 本文采用的激光预焊芯板的超塑成形/扩散连接的新工艺是制造中空复 合夹层结构的一种可行方法，能够解决传统超塑成形/扩散连接工艺中存在的诸多问题，具有很 大优势及发展前景。 关键词：TC4 钛合金舵体，激光焊接，超塑成形/扩散连接，多层结构，有限元模拟
细晶TC21合金超塑性扩散连接的研究
细晶TC21合金超塑性扩散连接的研究杨 勇1 周文龙1 陈国清1 马红军1 韩秀全2 李志强2（1.大连理工大学材料科学与工程学院，大连 116085；2.中国一航北京航空制造工程研究所，北京 100024）摘要研究了不同晶粒度（2µm、4µm、7µm）TC21合金在温度880～920℃、压强1～2MPa和时间30～90min下的超塑性扩散连接。
利用金相显微镜、电子探针分析了晶粒尺寸、温度对该合金超塑性扩散连接的影响。
结果表明：TC21合金扩散连接过程中，元素沿晶界扩散，晶粒越细小，扩散效果越好，焊合率越高。
晶粒度为2µm的TC21合金平均焊合率为99.5％；晶粒度为4µm的TC21合金平均焊合率为91.8％；晶粒度为7µm的TC21合金平均焊合率为88.7％。
同时，β相稳定化元素在焊接接头处聚集，增加了接头处β相分布。
关键词TC21合金 超塑性扩散连接 扩散接头Investigation on Superplastic Diffusion Bonding of Fine-grained TC21 AlloyYang Yong1 Zhou Wenlong1 Chen Guoqing1 Ma Hongjun1 Han Xiuquan2 Li Zhiqiang2（1. School of Materials Science and Engineering, Dalian University of Technology, Dalian 116085;2. Beijing Aeronautical Manufacturing Technology Research Institute, Beijing 100024）Abstract Superplastic diffusion bonding of TC21 alloy with different grain size (2µm, 4µm and 7µm) was investigated. The tests were carried out at temperature range 880~920℃, air pressure range 1~2MPa and time range 30~90min. The effects of grain size and temperature on superplastic diffusion bonding were studied by optical microscope and electron probe microanalyzer（EPMA）. The results indicate that the alloying elements diffuse through grain boundaries and the diffusion bonding of finer grain size TC21 alloy has much higher bonding rate. The average bonding rates of TC21 alloy about grain size 2µm, 4µm and 7µm are 99.5%, 91.8% and 88.7% respectively. Simultaneously, the stable element of β phase is collective at bonding joint.Key words TC21 alloy superplastic diffusion bonding diffusion bonding joint1 引言TC21合金是为了满足我国未来先进飞行器制造需求，由西北有色金属研究院于2003年自行研制的两相钛合金，该合金具有高强度、高断裂韧性和低裂纹扩展速率等特点的损伤容限型钛合金[1，2]。
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细晶TC21钛合金超塑成形及扩散连接技术研究（摘要）陈国清，周文龙( 大连理工大学材料科学与工程学院)1 前言TC21钛合金屈强比较高，回弹严重，冷加工比较困难，，所幸该合金具有超塑性，尽管如此，有关TC21钛合金超塑性系统性的研究相对较少，尤其具有优异性能的细晶钛合金的研究尚未见报道[4~8]。
本试验研究了细晶TC21钛合金超塑性拉伸的力学性能以及细晶TC21合金在不同工艺参数条件下的超塑性扩散连接技术。
2 试验方法超塑性研究采用的TC21钛合金板材由西北有色金属研究院提供，名义成分（原子百分数）为Ti-6Al-2Zr-2Sn-3Mo-1Cr-2Nb-0.1Si，相变点温度为950±5℃。
经热机械处理后，晶粒细化到4μm，用线切割将板材加工成标距尺寸为10mm×6mm×2mm的拉伸试样。
在MTS-810试验机上进行超塑性拉伸，拉伸方向沿轧制方向，实验温度范围为860℃~950℃，环境气氛为空气，拉伸时试样表面涂覆高温抗氧化涂料，拉断后，立即开炉取样，将其水淬。
利用计算机程序控制，不断调整拉伸夹头移动速度以保证试样变形时应变速率的基本恒定，实现恒应变速率拉伸，应变速率范围为5×10-4s-1~1×10-3s-1。
TEM观察是是在JEM-100CXⅡ型透射电镜上进行，制样采用的电解双喷液为60%的甲醇，35%的丁醇和5%的高氯酸的混合液。
超塑性扩散连接实验材料为TC21合金板材，经过不同条件的热机械处理后，分别得到晶粒度为2µm、4µm和7µm的板材，板厚2mm。
用线切割方法，沿热加工方向切割尺寸为20mm×15mm×2mm的长方形试样。
本实验在扩散连接专用设备上进行，加热装置由电阻式高温加热炉和两组热电偶温控器组成，加压装置由液压和氩气瓶组成。
测试环境为真空，选取相变点以下温度（Tβ-50℃）制备扩散连接实验样品。
扩散连接后冷却方式为炉冷，采用Olympus BX41M光学金相显微镜和EPMA-1600电子探针观察扩散连接试样显微组织。
3试验结果3.1超塑性能及变形机制研究3.1.1 断裂延伸率与最大流动应力在较低应变速率条件下（1×10-3s-1和5×10-4s-1），δmax随温度的升高先缓慢增大后快速减小；而较高应变速率条件下（5×10-3s-1），δmax随温度的升高而逐渐减小。
在相同温度条件下，δmax随着应变速率的增加而减小。
在试验条件范围内，σmax随着应变速率的减小或者温度的升高而减小。
温度为950℃时，三种应变速率条件下获得的δmax和σmax数值相近，即在相变点附近应变速率对TC21合金的超塑性能影响较小。
由于受拉伸试验机行程的限制，延伸率最大值只能达到1240%，尚未断裂，且变形均匀、无颈缩。
在试验条件下，细晶TC21钛合金的最佳超塑性变形温度为890℃，最佳应变速率为5×10-4s-1。
3.1.2 真应力-真应变曲线在准稳定变形区，流动应力-应变曲线出现两种截然不同的变化趋势：较高应变速率条件下，流动应力越过峰值后逐渐下降，合金表现出持续的软化行为（图4a 曲线1、2，图4b 曲线1）；反之，较低应变速率条件下，流动应力逐渐升高，表现为持续的加工硬化现象。
与TC4 合金的流动应力-应变曲线变化趋势相同[9,10]。
随着温度的升高或应变速率的减小，流动应力降低，至950℃时流动应力降至15MPa 左右，但此时5×10-4s -1应变速率下测得的流动应力反而稍高于1×10-3s -1条件下测得的流动应力。
另一方面，应变速率为1×10-3s -1时，随着温度的升高，合金由软化行为转变为加工硬化行为，即超塑性随着温度的升高明显向高应变速率方向移动。
3.1.3 应变速率敏感指数m为了减小组织变化对m 值的影响，本试验在Backofen 方法基础上，采用多次应变速率递减法测定m 值[11]，试验获得的载荷-应变曲线6a 给出了TC21钛合金在860℃~950℃温度范围内，不同应变速率条件下获得的m 值对应的S 曲线。
应变速率递减试验的初始应变速率为1×10-2s -1，真应变每增加0.2时应变速率突变一次，以保证得到稳定的流变又避免长时间高温环境对组织产生影响。
随着应变速率的增大，温度的升高，m 值不断减小，但在整个变形区内，m 值均大于0.3。
在860℃、5×10-4s -1时，m 值高达0.896，m 的最大值与最大延伸率δmax 并未在同一条件下出现。
随着温度的升高，应变速率的减小，流动应力显著下降。
3.1.4 变形激活能超塑性金属变形过程属于热激活过程，变形速率与温度应遵循Arrhenius 关系。
恒应变速率变形条件下，取m=K σε∙，可得到：•1/m =A exp(-Q/RT)εσ （1）式中，A 为无量纲常数；σ真应力；m 应变速率敏感指数；Q 超塑性变形激活能；R 气体常数；T 热力学温度。
Q 则可由关系式R ln Q =m (1/T)σ⎡⎤∂⎢⎥∂⎣⎦（2）位错在晶界处聚集，并有向晶界处运动的趋势，晶界处的位错密度明显高于晶粒内部。
位错滑动遇到障碍时，可藉热激活产生攀移而避开障碍，攀移的结果使得滑动位错形成位错列（图8b ），进而多边形化，并不断吸收高温变形产生的畸变能，演化为小角度晶界甚至大角度晶界。
在低应变速率5×10-4s -1条件下变形的试样中并未检测到明显的位错。
3.1.5 超塑性变形机理的分析超塑性变形主要是晶界行为，而引起晶界运动的主导微观机制有很多，微观协调机制控制着超塑性变形的速率[12~14]。
从TC21合金的高温拉伸结果可知，TC21合金在高、低应变速率变形区存在明显不同的变形协调机制，不同的变形机制造成不同的应力-应变曲线变化趋势。
3.2 超塑性扩散连接的研究3.2.1 合金相变点测定利用金相法，通过对比分析初生α的体积分数来确定合金的相变点。
随着淬火温度接近Tβ，初生α相量的减少，当初生α相消失即可判定此时的温度为相转变温度。
TC21合金在900℃淬火状态下的TC21合金有大量的初生α相，说明该淬火温度距Tβ还较远，而920℃、930℃淬火状态下初生α相的数量较900℃有明显减少，并且在920℃和930℃淬火状态下，都有少量的马氏体保留下来，这说明淬火温度已接近于Tβ。
940℃淬火状态下已基本看不到初生α相，同时还可以观察到少量的马氏体。
960℃淬火状态下，可以看到金相组织中有大量单相马氏体。
由此可以判定TC21合金的Tβ在930℃~940℃。
3.2.2 超塑性扩散连接的微观组织表1给出了不同实验工艺参数下的焊合率。
实验发现，TC21合金在设定的工艺参数水平下最高焊合率达到99.8%，最低仅有72.7%。
表1 TC21合金在不同工艺参数下的焊合率实验内容实验条件焊合率温度（℃）压强（Mpa）时间（min）好接头（%）中等接头（%）差接头（%）TC21 2μm 880 1 30 99.7 0.3 0TC21 2μm 900 2 60 98.9 1.1 0TC21 2μm 920 1.5 90 99.8 0.2 0TC21 4μm 880 2 90 82.1 17.2 0.7TC21 4μm 900 1.5 30 94.2 5.2 0.6TC21 4μm 920 1 60 99.0 0.7 0.3TC21 7μm 880 1.5 60 72.7 21.0 6.3TC21 7μm 900 1 90 94.4 4.8 0.8TC21 7μm 920 2 30 99.1 0.9 03.2.3 超塑性扩散连接元素扩散行为通过分析TC21合金与工业纯钛超塑性扩散连接接头处的元素分布，研究TC21合金超塑性扩散连的元素扩散行为。
结果发现，Al、Zr、Cr元素在接头处分布较为均匀，且在纯钛边有分布，表明在扩散连接中较为活跃，扩散速度快。
接头区域的元素线分布表明，各元素分布曲线在接头处的坡度明显不同，说明元素扩散速度存在显著差异。
其中Cr、Nb元素的坡度较平缓，表明这些元素的扩散能力较强。
而Sn元素在接头处呈现富集高浓度，说明Sn元素扩散活度大，但在纯钛基体中扩散较困难。
元素扩散行为差异导致在接头处形成了成份不同的区域，稳定化元素富集提高了接头处的β相稳定化系数，促进增加β相体积分数的增加。
4 结论1、在试验条件下，TC21钛合金表现出优异的超塑性，在温度890℃和应变速率5×10-4s-1时，具有最佳超塑性能，其延伸率超过1240%。
2、TC21合金具有较高的应变速率敏感指数，最大值可达0.896。
3、在较低应变速率条件下，计算得到的超塑性表观激活能为176kJ/mol，此时超塑性变形是受晶界扩散控制的晶界滑动；较高应变速率条件下的表观激活能为274kJ/mol，此时超塑性变形机制为位错运动协调的晶界滑动，同时动态再结晶也是合金超塑性变形的重要协调机制。
4、通过金相法测定TC21合金的相变点Tβ为930℃~940℃。
5、较细晶（2~4µm）TC21合金更容易进行扩散连接，具有较好的扩散连接工艺性能，在扩散连接的接头处易于获得细小的等轴晶粒；在较高温度下扩散连接，离接头两侧较远处较易形成网篮组织，母材晶粒度越大形成网篮组织的趋势越明显。
6、在扩散连接过程中，TC21合金中的β相稳定元素更活跃，扩散能力较强。
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