热处理工艺对大规格TC17钛合金棒材组织与力学性能的影响

研究了固溶温度、冷却方式、保温时间及取样方向对两相区锻造的大规格TC17钛合金棒材显微组织和力学性能的影响,并根据实验结果选择最佳热处理制度。结果表明:TC17钛合金棒材的最佳热处理工艺为800℃/2h/WQ+630℃/8h/AC;固溶温度在两相区时,随着固溶温度的升高,合金强度升高,塑性降低;固溶空冷+时效的合金较相同温度固溶水冷+时效的合金强度高、塑性低;在相同温度固溶水冷条件下,缩短固溶保温时间,可改善合金的塑性;锻造后的TC17钛合金大规格棒材存在各向异性。

热处理工艺对Ti650合金板材组织演变及性能的影响研究

研究了不同热处理工艺对Ti650合金板材组织演变及性能的影响。结果表明:Ti650合金板材对固溶温度的变化较为敏感,随着固溶温度的升高,加剧了初生α相的溶解,次生α相尺寸更加细小,且交错排列,增加了位错运动的阻力,板材强度升高,塑性降低。提高时效温度,次生α相由细针状长大粗化成为长片层状或短片层状,交错排列成不同取向的集束,板材塑性大幅升高,强度略有降低。在时效温度700℃、时效时间2.5~6 h条件下,时效时间对板材组织与性能的影响较小。固溶冷却速率会影响次生α相的形核、析出和长大,降低冷却速率,次生α相由弥散的细针状长大成为短棒状,细晶强化作用减弱,板材室温强度降低,塑性提高。

机车用钛合金弹簧的设计与制备

钛合金弹簧替代钢制弹簧应用于机车悬架弹簧可以减重40%~60%,而且钛合金弹簧具有良好的耐蚀性和阻尼特性,不仅能够抵御恶劣环境的腐蚀,增加机车的行驶里程,还能增强机车的操控性和乘架的舒适性。通过赛车用悬架弹簧实例,详细介绍TB9钛合金弹簧的设计方法和制备过程。计算得到钛合金悬架弹簧的螺旋角为9.45°,已经超出弹簧设计国家标准范围,因此对公式进行了修正。此外,还研究了温度对TB9钛合金弹簧刚度的影响。研究发现,随着温度的上升,TB9钛合金弹簧的刚度逐渐下降。

钛合金的组织和织构对超声波检测信号的影响

超声波检测不仅能够通过缺陷的反射信号确定缺陷的尺寸和位置,也可以通过超声波波速的变化、超声信号的衰减和散射等表征具有复杂微观结构的钛合金产品。详细介绍了具有复杂微观结构以及织构特征的钛合金材料的超声波检测技术,通过超声波反馈信号分析钛合金组织、织构以及力学性能的相关信息,并介绍钛合金超声波检测技术方面的最新进展。近年来开发的钛合金超声波检测技术有织构宏区的定量表征方法、共振超声光谱无损评估方法以及模式转换超声散射技术等,并已应用于航空航天等领域钛合金零部件的无损检测。

钛合金型材热张力矫形过程温度均匀性控制研究

钛合金型材截面形状复杂,热挤压后由于截面各处散热不均,易产生扭拧、弯曲等形状缺陷,矫形难度大。热张力矫形是实现钛合金型材矫形的最有效方式,而矫形过程中型材温度的均匀性控制是实现高精度矫形的关键。以TA15钛合金薄壁锐角L型材为研究对象,研究了加热及冷却过程中型材截面各处温度的分布规律。结果表明,钛合金型材热张力矫形时,加热过程中随着加热温度的升高,型材头部、中部、尾部的温差逐渐增大,中部温度高于两端,加热至设定温度700℃时温差达50℃。冷却过程中,型材同一截面其边部温降较角部快,最高温差达100℃,随着冷却温度的降低,这种温差逐渐减小。在钛合金型材热张力矫形时,加热到设定温度后持续通电约2 min,冷却过程中用石棉布包裹型材可有效提高温度的均匀性,实现高精度矫形。

TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料微观组织及力学性能的影响

通过3次真空自耗电弧熔炼、自由锻+旋锻的方式制备了不同TiB+TiC含量的颗粒增强钛基复合材料,研究了TiB+TiC含量对锻态钛基复合材料组织与力学性能的影响。结果表明,添加的B4C在基体中完全反应,TiC为唯一碳化物,TiB为唯一硼化物。经锻造后,钛基复合材料横向组织由球状、片状α相和包围在四周的β相组成,短棒状和块状增强相离散分布,而纵向组织由沿着流变方向被拉长的α相和β相组成,增强相沿着流变方向排列分布。当TiB+TiC含量为5vol%时,钛基复合材料表现出优异的综合性能,抗拉强度达到1291 MPa,延伸率为8.5%,磨损体积较相同工艺制备的TC4钛合金减少25%。当TiB+TiC含量增加到10vol%时,粗大的TiB增强相和微孔缺陷数量大幅增加,钛基复合材料的塑性和耐磨性被削弱。

微观组织结构对TiAl合金高温氧化行为的影响

通过分析不同微观组织TiAl合金在850℃下的恒温氧化行为,揭示了不同微观组织TiAl合金的高温氧化机制。研究表明,近γ组织和双态组织TiAl合金表现出优异的高温抗氧化性,850℃恒温氧化100h后,样品表面氧化膜厚度分别为13.78、12.81μm,而全片层组织TiAl合金在同等条件下的氧化膜厚度为19.06μm。经850℃氧化100 h后,不同微观组织TiAl合金表面均形成了不具有保护作用的TiO_(2)/Al_(2)O_(3)混合氧化层。全片层组织TiAl合金高温抗氧化性不足的主要原因是基体中存在过多的原子扩散通道(片层晶界和板条相界),导致大量的氧进入基体发生氧化反应,而近γ组织和双态组织中原子扩散通道明显减少,且存在大量抗氧化性能优异的γ晶粒,显著降低了氧扩散与氧化速率,从而提高了TiAl合金的高温抗氧化性能。

航空用超大规格TC18钛合金棒材的制备及组织性能研究

经3次真空自耗电弧熔炼得到规格为φ720 mm的TC18钛合金铸锭,再经80 MN快锻机开坯锻造和多道次镦拔锻造,成功制备了航空用φ500 mm超大规格棒材,并对其组织均匀性及力学性能稳定性进行了评价分析。结果表明:TC18钛合金铸锭头、中、尾不同部位的主元素极差在0.1%以内,成分均匀性良好;TC18钛合金棒材不同部位的低倍组织均匀模糊,高倍组织呈现出典型的双态组织,且组织均匀一致性良好;棒材不同部位的力学性能差异较小,具有良好的性能稳定性。

拉伸速率和转速位置对Nb47Ti合金拉伸测试的影响

利用万能试验机研究了拉伸速率和转速位置对Nb47Ti合金拉伸测试的影响,通过计算其真应力-应变曲线、加工硬化指数(n)和应变速率敏感系数(m)分析了Nb47Ti合金的力学行为。结果表明:Nb47Ti合金加工硬化能力十分有限,其屈强比接近1;随着拉伸速率的提高,加工硬化效果进一步减弱;拉伸速率对强度的影响较为显著,根据恒速率拉伸法计算其应变速率敏感系数为0.0263。转速试验中,随着拉伸速率的转换,应力值骤增。在加工硬化阶段的不同应变处转速时,突变幅值相对稳定,但整体随着应变量的增加而降低。本研究可为Nb47Ti合金拉伸测试时拉伸速率和转速点等参数的选取提供参考。

Si元素对钛合金热稳定性影响研究

在不同温度下对3种不同Si含量的Ti-Si二元合金进行100h的热暴露实验,并通过力学性能表征其热稳定性,研究了Si元素对钛合金热稳定性的影响。结果表明,在实验条件下,Si元素的加入提高了合金的抗拉强度,Si含量越高,强度提升幅度越大;在热暴露过程中,当热暴露温度高于450℃时,Ti-Si合金的抗拉强度呈下降趋势,经500℃/100 h热暴露处理后表现出最差的热稳定性,其中Ti-0.4Si合金的伸长率降低至28.0%。Si元素扩散与偏聚形成的Ti_(5)Si_(3)是影响Ti-Si合金热稳定性的主要因素。

感应加热TA18钛合金热压缩本构方程及热加工图

以锻造TA18钛合金棒材为研究对象,利用Gleeble-3800型热模拟试验机模拟感应加热升温过程,在变形温度为820~900℃,应变速率为0.1~10 s^(-1),变形量为80%的条件下进行了热压缩试验,研究其高温力学行为。基于Arrhenius型本构方程和Z参数建立了TA18钛合金高温流变峰值应力模型,采用动态材料模型绘制热加工图,根据Prasad失稳判据构建了塑性失稳图。结果表明,应变速率一定时TA18钛合金流变应力随着变形温度升高而减小,变形温度一定时呈现出正应变速率敏感性;在应变速率≥1 s^(-1)条件下,TA18钛合金表现出动态再结晶行为;Arrhenius方程能较好地预测TA18钛合金在不同工艺参数下的峰值应力变化规律;在变形温度860~880℃、应变速率3~10s^(-1)区间内,TA18钛合金具有较好的热加工性能。

钛及钛合金钎焊技术研究现状及发展趋势

钎焊料的选择对钎焊效果和钎焊接头质量具有重要影响。用于钛及钛合金钎焊的钎料可分为银基钎料、钯基钎料、铝基钎料、钛基钎料4大类。分别介绍了这4类钎料的特点,其中钛基钎料是钛及钛合金钎焊连接以及与其他材料钎焊连接的最佳选择,具有润湿性能好、耐腐蚀性好、高温强度高等特点。系统阐述了钛基钎料钎焊钛及钛合金以及钛及钛合金与C/C复合材料、不锈钢、陶瓷等材料钎焊的研究进展,重点介绍了钎焊接头的界面结构以及最佳钎焊工艺下钎焊接头的抗剪强度,最后展望了钛及钛合金钎焊技术的发展方向。

Si元素对Ti6246合金显微组织和力学性能的影响

为了提高航空发动机整体叶盘用Ti6246合金的力学性能,利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)等检测和分析技术,研究了Si元素对Ti6246合金力学性能及硅化物析出的影响,并结合JMatpro软件分析了硅化物的成分、结构及析出机制。结果表明,Si元素含量从0%增加到0.1%(质量分数,下同)时,Ti6246合金455℃的残余蠕变下降较为明显;Si元素含量为0.2%时,Ti6246合金中有硅化物析出,室温塑性出现波动,残余蠕变与0.1%合金相比变化不大;Si元素含量为3.0%时,Ti6246合金拉伸强度高、塑性较差,与Si元素含量不大于0.2%的合金相比,残余蠕变略有上升,组织中出现粗大的(Ti,Zr)_(6)Si_(3)(S_(2)型)硅化物。含3.0%Si元素的Ti6246合金中,硅化物在凝固过程中由液相析出,αp相与β相中无析出。TEM分析结果显示,硅化物与基体具有非共格的取向关系:(2201)S_(2)~(1011)α;(1120)S_(2)∥(1456)α。Zr、Si原子间更大的结合力促进了硅化物的析出,但由于液相中大量析出(Ti,Zr)6Si3硅化物,造成固相基体中Zr元素严重匮乏,因此在后续的时效过程中无二次硅化物析出。粗大的S_(2)型硅化物对晶界和α/β相界的强化效果不明显,故含3.0%Si元素的Ti6246合金蠕变性能未得到提高。

Ti6321合金焊接接头的微观组织及动态力学响应

对Ti6321合金钨极氩弧焊焊接接头开展动态压缩载荷作用下的力学响应研究,结合光学显微镜、扫描电子显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜等表征方法,研究了焊接接头的微观组织,以及2000~2800s^(-1)高应变率条件下的动态力学响应。结果表明:Ti6321合金焊接接头处晶粒尺寸从母材区向焊缝区逐渐增大,组织由母材区双态组织向焊缝区魏氏组织过渡,热影响区等轴α相尺寸逐渐减小,焊缝区出现粗化的大块α相。在动态压缩载荷作用下,热影响区和母材区具有较高的屈服强度,而焊缝区的流变应力较低,屈服强度较小。在应变率为2400 s^(-1)的条件下,各区域应变率敏感因子随着应变增大整体呈现下降趋势,应变为0.05时,应变率强化效应由焊缝中心向母材方向逐渐增强。动态压缩加载后焊接接头各区域组织均发生一定的流变和晶粒破碎,热影响区晶粒变形较多,焊缝区晶粒变形较少。动态压缩后位错密度增大,孪晶含量增加。

Ti6321合金TIG焊接接头组织与动态力学性能研究

采用钨极氩弧焊(TIG)焊接双态组织的Ti6321合金,对未焊接母材、近热影响区母材、热影响区和焊缝区进行显微硬度及静动态力学性能测试,并对焊接接头动态压缩前后的组织结构进行观察。结果表明:Ti6321合金经TIG焊接后,热影响区组织为等轴初生α相与β相+针状马氏体α'相构成的近双态组织;焊缝区为大块α相与针状马氏体α'相构成的网篮组织,且晶粒较为粗大。在显微硬度与静动态抗压强度方面,焊接接头热影响区最高,母材与近热影响区母材次之,焊缝区最低。母材、近热影响区母材和热影响区冲击吸收功相近,焊缝区低于前三者。热影响区因形成致密细小的针状马氏体α'相,其硬度与动态抗压强度较高,变形协调能力弱,塑性较低。焊缝区粗大的晶粒使动态塑性与动态强度都较低。在2100~2900 s^(-1)动态压缩应变率范围内,母材、热影响区与焊缝区随着应变率增大,发生了明显的塑性变形。母材与热影响区中的等轴α相由压缩前分布均匀的椭球状转变为方向不一的长条状,转变程度随着应变率的增大而增大。

低成本Ru/Ti电极的制备及析氯性能研究

为了提高Ru/Ti电极的析氯活性并降低生产成本,采用热分解法制备了不同低成本金属掺杂的Ru/Ti电极,并对其微观形貌、表面结构、电化学性能和析氯性能进行了表征和分析。结果表明,通过引入低成本金属元素能够有效调控Ru/Ti电极的性能,且Mn、Co、La、Ce、In和Bi元素均能降低RuTiX(X代表金属掺杂元素,物质的量比为3:7:2)电极表面裂纹的宽度和深度。其中,RuTiCe电极的表面裂纹宽度最小,析氯析氧电位差值大,其电解产生的有效氯含量高达254.0 mg/L,具有高析氯选择性。

热处理对选区激光熔化Ti6Al4V合金力学性能和耐磨性的影响

系统研究了热处理工艺对选区激光熔化Ti6Al4V合金组织、力学性能和耐磨性的影响。结果表明,沉积态样品组织以针状α'马氏体为主,经固溶处理后,针状α'马氏体分解,Ti6Al4V合金硬度下降。当固溶温度为800℃时,合金形成α'/α结构,其抗拉强度和延伸率分别增加12%和23%。当固溶温度达到900℃以上时,由于α'/α结构的消失、α相晶粒的粗化以及β相含量的增加,合金的力学性能急剧下降,抗拉强度从(935±10)MPa下降到(815±9)MPa,伸长率从(8.72±0.2)%下降到(3.09±0.1)%。随着固溶温度的升高,摩擦系数和磨损率线性增大,与硬度的变化趋势完全相反,且磨损机理由单一磨粒磨损转变为磨粒磨损和氧化磨损。

VAR熔炼补缩工艺对TC11钛合金铸锭质量的影响

将真空自耗电弧熔炼(VAR)补缩过程分为起始期、降温期和烘烤期,并结合各阶段特点研究了补缩工艺对TC11钛合金铸锭冒口深度、头部化学成分及平均晶粒尺寸的影响。结果表明:熔炼电流增大,铸锭冒口深度、头部成分偏差及平均晶粒尺寸均增大;随着降温持续时间的延长,冒口深度减小,且二者存在一定的线性关系;随着烘烤持续时间的延长,冒口深度减小,但会导致头部成分偏差及平均晶粒尺寸增大。VAR熔炼补缩前采用较小熔炼电流,延长降温期时间,控制烘烤持续时间,可获得冒口深度小、成分均匀、晶粒尺寸较佳的TC11钛合金铸锭。

钛及钛合金阳极氧化膜层显色影响因素研究进展

钛及钛合金由于颜色单一,无法满足人们在生活家居装饰方面的需求。通过阳极氧化,可在钛及钛合金表面生成不同颜色的氧化薄膜,且工艺简单、成本低廉,因而广受关注。基于钛及钛合金阳极氧化显色的薄膜干涉原理,系统讨论和总结了氧化电压、氧化时间、氧化温度、电解液成分、合金成分、织构取向、预处理这7个阳极氧化工艺参数对氧化膜层色彩和显色均匀性的影响,旨在推进钛及钛合金阳极氧化工艺的应用。

TC17/Ti60异种钛合金激光焊接接头微观组织和低周疲劳性能研究

采用激光焊接技术焊接TC17/Ti60异种钛合金,对焊接接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度、拉伸性能和低周疲劳性能进行研究。结果表明:TC17/Ti60合金焊接接头母材、焊缝、热影响区之间的微观组织存在较大差异;TC17钛合金母材为α+β双相组织,β相内存在较多次生α'相;Ti60合金母材组织以等轴α相为主,β相主要分布在等轴α晶粒周围;焊缝微观组织为针状次生α'相;随着距焊缝距离的减小,TC17钛合金热影响区α'相逐渐消失、α相逐渐转变为β相,Ti60合金热影响区β相逐渐消失、α相逐渐转变为针状次生α'相;TC17/Ti60合金焊接接头拉伸断裂位置在TC17钛合金热影响区;由于焊接接头的焊缝下部存在较多气孔缺陷,低周疲劳断裂位置则位于焊缝处。