学术综述报告
本文档是发表在期刊 *Materials Science and Engineering A243*（1998年第1–24页）上的一篇科学综述，标题为《Hot workability of titanium and titanium aluminide alloys—an overview》。文章由S.L. Semiatin（Air Force Research Laboratory, Materials and Manufacturing Directorate, Wright-Patterson AFB, USA）、V. Seetharaman（UES, Dayton, OH, USA）以及I. Weiss（Wright State University, Dayton, OH, USA）合作完成。以下为文章的详细介绍。
该文章系统性综述了钛合金与钛铝化物（titanium aluminides）在热加工中的可加工性（hot workability）。研究背景涉及材料科学领域的热机械加工（thermomechanical processing, TMP）。与传统钢铁相比，钛合金因六方晶体结构和流动应力对温度的高度依赖性，对热加工条件的选择与控制需求更高。钛铝化物的加工甚至更加复杂，具有较低的可加工性。热加工中的常见缺陷包括楔形裂纹、空穴（cavitation）以及剪切带等，这些问题限制了材料性能与应用。
文章旨在概述已有研究，总结各类热加工中关键变量（如微观结构与工艺参数）对可加工性和失效机制的影响，为工程应用提供借鉴。
作者首先回顾了传统钛合金在热加工过程中的典型失效模式，主要集中在α/β钛合金（α/β titanium alloys）。
β区加工的表现
在β相区域的加工条件下，多数α/β钛合金具有良好的抗失效能力，仅可能出现表面氧化层引发的冷裂纹（chill cracks），这些缺陷可通过预处理去除。
亚转变温度（subtransus）加工中的失效模式
亚转变温度下热加工时，主要的失效模式包括“楔形裂纹（wedge cracking）”与“空穴（cavitation）”。
研究表明，应变速率和温度对掉韧－失效行为的转变具有显著影响。例如，高应变速率和低温会增加微裂纹的形成概率，而低应变速率则允许通过扩散和塑性流动减缓应力集中。
钛铝化合物是一类基于TiAl相（γ相，具有面心四方结构）的新兴工程材料，广泛用于高温条件下的航空航天及汽车应用。由于其有序晶体结构，这类材料在TMP过程中表现出极高的加工难度。
可加工性图谱（Workability Maps）
作者通过等温热压实验与大变形拉力测试，为多种γ基钛铝化物绘制了“加工图”。加工图揭示了不同应变速率与温度组合下材料是否会发生破裂。研究表明，与传统应力模型一致，材料的临界断裂应力随着铝含量的提高而降低。
微裂纹及空穴的形成机制
低温条件下，钛铝化物表现出显著的脆性失效。失效通常表现为楔形裂纹在柱状晶粒间迅速扩展，而高温条件下可观察到晶粒细化及动态再结晶（dynamic recrystallization）。再结晶可以抑制脆性失效的发生。
高压加工改善性能
实验还表明，通过在原有热压实验中叠加高静水压力，可以有效提高材料的塑性，显著降低空穴扩展速率。
超塑性成形是钛合金及钛铝化合物的重要加工工艺。超塑性方式形成复杂结构，可减少机械加工成本，但也存在流动失稳和空穴形成的风险。
钛合金的超塑性
α/β钛合金的超塑性依赖细等轴晶粒以及适宜的变形速率。例如，Ti–6Al–4V的最佳条件为925°C及应变速率10⁻⁴ s⁻¹，m值（应变速率敏感性指数）达到0.5以上。但研究强调低温成形时可能发生空穴，这与应力集中位置有关。
钛铝化物的超塑性
钛铝化物在适当的TMP条件下同样可以表现出有限超塑性，m值最高接近0.8，但实际延展率常远低于预期值。这主要归因于宏观空穴的生成及扩展。研究还探索了g基钛铝化物的多相组织（如α2+γ+B2）对滑移和晶界变形协同性的优化作用。
在钛及钛铝化物的锻造中，剪切局部变形常限制其性能。研究指出，流动局部化倾向（Flow Localization）主要由高应变软化率和低应变速率敏感性引起。通过设计加工工艺（如快速成形或高温预热），可以有效降低剪切带发生几率。
该综述文章对热加工中钛及钛铝化物的复杂行为进行了深入总结，揭示了失效机制的关键影响因素，为材料领域提供了以下重要意义： 1. 提升对钛及钛铝化物微观组织与工艺参数交互作用的认识； 2. 建立了加工图等理论框架，帮助工程实践优化热轧、冲压以及超塑性成形工艺； 3. 为开发下一代抗空穴、极限加工性能优化的钛合金及钛铝化物提供理论基础。
这篇综述不但汇总了多个学科下相关研究的现状，还为未来关于热加工可加工性的研究指明了方向。