本文标题为《Effect of Radial Forging on the Microstructure and Mechanical Properties of Ti-Based Alloys》，由Lev B. Zuev、Galina V. Shlyakhova和Svetlana A. Barannikova参与研究，他们分别隶属于Institute of Strength Physics and Materials Science, Siberian Branch of Russian Academy of Science以及Tomsk State University。研究成果发表于期刊《Metals》，发布时间为2020年11月8日。
钛合金因其高比强度、优异的抗疲劳性、耐腐蚀性及耐磨性，被广泛应用于各种工业领域。然而，为了进一步提升其强度、塑性及性能的均匀性，需要对其微观结构进行优化。近年来，传统的机械加工及热处理方法在改善钛合金性能方面已接近其极限，通过引入合金元素及改变母体材料的晶粒尺寸来改进性能的方法也难以进一步提升。
因此，在本文中，研究团队探讨了通过径向锻造（Radial Forging, RF）技术对钛合金微观结构及机械性能的改进效果。径向锻造由于其特殊的多方向动态压缩模式，被认为能够在不产生裂纹的情况下实现大变形，同时形成均匀的超细晶结构。作者试图填补现有研究中对径向锻造中钛基合金结构演化机理了解不足的空白，并提出了一种高效生产高质量钛合金棒材的可能工艺。
本文旨在通过对Ti-3.3Al-5Mo-5V钛合金在径向锻造过程中的微观结构演化规律及机械性能的研究，探讨径向锻造在超细晶均匀结构形成、高表面质量及高生产效率方面的潜力。
本研究分为多个步骤，以下为详细方法及流程：
材料制备与设备使用 研究材料为Ti-3.3Al-5Mo-5V合金棒材，初试样直径为20mm。实验设备使用了来自奥地利GFM公司生产的SXP-16径向锻压机，切削样品用于显微组织分析及X射线衍射测试。材料的成分详见表1，主要包含Ti、Al、Mo、V等元素。
径向锻造过程 径向锻造分两个阶段：第一阶段将棒材从φ20 mm加工至φ16 mm；第二阶段继续缩小至φ10 mm。为测量不同锻造阶段的实验数据，分别在径向锻造的变形中心及轴向位置取样，不同样本对应不同的径向直径减小百分比，详见表3。
材料加工与表征
数据处理与分析 引入专用软件对XRD和显微图像进行计算与模拟。晶粒大小及形态变化、孔隙密度、晶相比例等数据纷纷记录并与径向锻造前材料状态进行比较。
机械性能分析 初始状态下的抗拉强度为980-1060 MPa，延伸率在9%-16%之间。在径向锻造后，材料的延展性显著提升，力学性能的均匀化趋势明显。
显微组织变化 径向锻造显著细化了晶粒，初始中心区域的α相平均晶粒尺寸约为16.5 μm，表面区域则为2.7 μm。随着锻造直径减小，晶粒逐步均匀化，最终形成均匀的球形晶粒结构。在φ10 mm最终状态的样品中，中心位置的晶粒呈25%的片状结构，而表面趋于完全球状。
孔隙结构与密度变化 径向锻造有效减少了棒材内部的孔隙密度。初始φ20 mm样品的孔隙密度为771 mm^-2，而最终φ10 mm样品降低至102 mm^-2，同时最大孔隙尺寸减小至1 μm以下，说明锻造过程提高了材料的致密度。
X射线衍射分析 径向锻造未导致β→α相的转变，但显著降低了β相的体积分数（从原始状态的1/3下降至1/4）。部分样品中发现了少量马氏体α”相的生成，同时，观察到α相晶格参数的变化，这表明材料发生轻微的非化学基态转变。
表面质量 径向锻造后的棒材表面粗糙度在3-9 μm范围内，完全符合技术规范中要求的低于10 μm的标准。此外，工艺避免了传统锻造中冗长的机械加工环节，提高了生产效率并降低了废料率。
这项研究的技术方法和实验结果不仅在钛合金的加工与制造领域具有重要意义，还为其他具有六方密排（HCP）晶体结构的金属材料加工提供了科学依据与技术参考。