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。

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。

CP-Ti在含氟离子硝酸中电化学腐蚀行为

采用开路电位(OCP)、动电位极化曲线(PPC)、电化学阻抗谱(EIS) 3种电化学测试手段对工业纯钛(CP-Ti)在含氟离子硝酸溶液中的电化学腐蚀行为进行研究。结果表明:随着硝酸溶液中氟离子浓度的增加,CP-Ti耐蚀性变差;影响CP-Ti耐蚀性转变的临界氟离子浓度为1. 25 mmol/L;氟离子与CP-Ti表面的氧化膜发生反应,致使均匀、致密的氧化膜溶解转变为多孔膜,降低了CP-Ti的耐蚀性。

面心立方结构钛的研究进展

面心立方结构钛是一种亚稳相,最早发现于超薄钛膜。除此之外,钛及钛合金在经历大塑性变形之后,也常常会发生hcp→fcc钛及钛合金的相变。近年来,大量研究报道了钛及钛合金经冷轧、压缩、拉伸和球磨等加工后观察到面心立方结构钛。为此,对近几十年来面心立方结构钛的制备方法、相变机理及其变形行为的研究进展进行了详细介绍。现有研究已证实,面心立方结构钛不仅能够协调材料的变形,而且有利于材料强度的提高。

冷轧对CT20钛合金微观组织和力学性能的影响

选取通过轧制工艺制备的四种不同厚度的CT20钛合金板材,采用多种技术对其微观组织进行表征,测试板材的硬度以及沿轧件的轧制方向(RD)和横向方向(TD)拉伸的力学性能,分析微观组织与力学性能之间的内在联系。结果表明:在冷轧过程中,高密度的位错触发了合金的非晶化转变,变形量的增大使α相沿RD伸长,β相和βt组织破碎。位错和亚结构数量的提高不仅使合金硬度上升,而且使RD和TD的拉伸强度增大,伸长率下降。RD的断裂类型属于韧性断裂,TD的断裂类型属于韧脆混合型断裂。在冷轧过程中,基面滑移和柱面滑移共同参与织构的演变,由此形成的织构取向对板材RD和TD两方向的滑移行为和力学性能产生了重要影响;同时,由于位错在RD和TD两方向上的滑移距离不同导致不同的加工硬化阶段。

纳米压痕方法在材料研究中的应用

纳米压痕方法具有高的载荷-位移分辨率,不仅能测量出薄膜材料的各种力学性能,还能在实验中反映出块状材料内部晶体学缺陷的变化规律、相变特征,已经成为从原子量级到微米级研究材料各种性能的重要表征手段。介绍了纳米压痕方法在材料研究中的应用,在此基础上提出了纳米压痕方法研究中存在的问题,并展望了其前景。

Ti35合金在沸腾硝酸中钝化膜及过渡层形成及组成分析

研究了Ti35合金在8 mol/L沸腾浓硝酸中腐蚀240 h后表面钝化膜及过渡层的相结构。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)对Ti35合金腐蚀后样品的钝化膜和过渡层形貌、相结构等进行分析。研究结果表明,Ta原子优先与硝酸反应,钝化膜最终产物Ti O2和Ta2O5是通过逐步的化学反应形成的,Ta元素的加入能有效改善钛合金的耐硝酸腐蚀性能。

Ti-26钛合金斜轧穿孔管坯热处理工艺研究

为选择一种Ti-26钛合金斜轧穿孔管坯成品退火工艺,采用感应加热处理,氩气保护热处理和真空热处理3种退火工艺进行实验。对经3种热处理后的试样用金相显微镜观察微观组织,用X射线衍射和透射电镜进行物相分析。对3种试样进行了力学性能测试。用扫描电镜对拉伸断口的形貌进行观察分析。对比3种退火工艺试样的力学性能和显微组织得出,感应退火试样的组织均匀,晶粒细小,拉伸断口布满韧窝,显示延性断裂。XRD和TEM分析表明,合金为bcc结构的β单相组织。相应试样的抗拉强度达802.5 MPa,延伸率为15.25%,断面收缩率为41%,综合力学性能比其它2种工艺试样优越。因此,确定790℃,3min AC感应退火为Ti-26钛合金斜轧穿孔管坯成品退火工艺。

冷轧Q值对TA34钛合金管材性能和织构的影响

采用X射线衍射法测定了TA34钛合金管材经不同Q值冷轧后的宏观形变织构和退火织构,分析了冷轧Q值对管材织构、工艺性能和室温力学性能的影响。结果表明:冷轧Q值对管材的塑性影响不大;冷轧TA34钛合金管材形变织构和退火织构的总体类型相同,均为轴向<1010>织构;提高冷轧Q值会使完全再结晶退火后的TA34钛合金管坯产生周向织构,有助于提高成品管材的压扁工艺性能。

钛旋压技术研究进展

简述了我国钛合金旋压技术的发展历程,钛合金旋压技术的特征、存在的问题及解决方法。文章指出:铸造管坯-强力旋压成形加工是大口径、薄壁无缝钛筒体的一种低成本、高效、短流程技术方案;应充分发挥旋压学术委员会的指导、组织和协调作用,并研制专用的热旋压设备,推动我国钛合金旋压技术的发展。

Nb/304L爆炸复合板界面组织分析

采用爆炸复合的方法制备出Nb/304L爆炸复合板,通过金相显微镜、扫描电镜、能谱、显微硬度等实验手段,分析了爆炸复合界面的组织形貌及成分。结果表明:控制适当的爆炸复合参数可获得Nb/304L爆炸复合界面的波状结合。在界面两侧,材料产生强烈的塑性变形并引起硬度的升高。在爆炸波两侧分布有射流形成的旋涡,爆炸界面易产生熔化层。熔化区及熔化层主要由铌及不锈钢熔化、冷凝下来的Fe-Nb-Cr-Ni合金组成,在熔化区内还夹有铌、不锈钢颗粒物。在爆炸复合界面上,元素间的扩散程度很小。

Ti-Ta合金在硝酸中电化学腐蚀研究

以8 mol/L硝酸溶液为腐蚀介质,对Ti-6Ta和Ti-32Ta合金进行极化曲线和交流阻抗谱测试,并与TA2纯钛进行对比,研究不同Ta含量钛合金的电化学性能差异。结果表明,加入6%的Ta元素后,合金的腐蚀电流密度比TA2纯钛降低了近一半;加入了32%的Ta元素后,合金的自腐蚀电位提高,腐蚀电流密度比TA2纯钛降低了66%;Ti-6Ta和Ti-32Ta合金腐蚀后表面氧化膜均为单层结构;添加Ta元素可以极大地提高钛合金的电荷转移电阻,使相位角升高、变宽,增强耐腐蚀性能。

Ti-25Al-15Nb-1Mo合金的高温变形行为研究

利用Gleeble-3800型热模拟试验机对经过真空熔炼的Ti-25Al-15Nb-1Mo合金进行了等温压缩实验,研究了在1100~1200℃及0.1~0.5 s^-1应变速率下的高温流变曲线、微观组织演变以及不同区域的硬度变化趋势。结果表明:合金在高温变形过程中,真应力-应变曲线呈现出单峰特征,应变速率的降低或温度的升高都会使合金的流动应力降低;热变形使组织由粗大O板条和原始的B2相混合组织演变为单一B2再结晶组织。造成该合金流变软化和组织演变的主要原因是B2组织发生了动态再结晶。再结晶区的硬度值最小可至350 HV,与动态再结晶有关。

氧含量及轧制工艺对纯钛管材性能的影响

氧是钛及其合金重要的间隙杂质元素之一,它的含量对钛合金的组织和性能具有一定的影响。研究了不同氧含量、不同轧制变形量对纯钛管材性能的影响,分析了氧含量、轧制变形率、轧制相对减壁量(Q值)等对管材力学性能的影响规律。研究结果表明,氧含量对纯钛管材性能有明显的影响,纯钛管材氧含量在0.08%～0.13%范围内可获得强度高、塑性优异的管材;轧制Q值变化对纯钛管材性能具有重要的影响,当1.2≤Q<2.3时,可获得综合性能优异的纯钛管材;冷轧变形率对纯钛管材的性能影响显著,当成品火次变形率控制在35%～60%范围时,管材综合力学性能优异。

钽钛合金再结晶退火工艺研究

研究了二元钽钛合金丝经拉拔加工中间再结晶退火处理后的组织。结果发现:变形量为12%的!1.5mm的钛钽合金丝经1000℃×1h退火能够发生完全再结晶;变形量由17%增大至70%,再结晶温度下降约40℃,变形量对再结晶温度影响较大;变形量越大,再结晶后的组织晶粒细小。

不同表面处理下Ti-Ta合金丝的力学性能

为了研究合理的钛钽丝材加工工艺,以自行研制的钛钽合金丝为研究对象,采用酸洗、机械抛光、磷化和氧化4种不同的表面处理,研究了合金丝不同表面处理后的力学性能。拉伸试验及扫描电镜断口观察等研究结果表明:酸洗、机械抛光拉伸试样表现为韧性断裂,其断裂机制为微孔聚合断裂,酸洗表现出更好的综合性能;材料表面磷化和氧化处理,材料在拉伸过程中会出现表面和心部出现变形不协调性,容易在表面出现裂纹源,导致材料脆断。

CT20钛合金挤压管坯冷轧过程中的组织演化

采用包套挤压方式制备CT20钛合金管坯,经两道次两辊开坯轧制和一道次多辊精轧获得85 mm×2.5 mm成品管材。研究了开坯、精轧一系列冷轧变形过程中的组织形态和室温力学性能变化,建立了挤压管坯加工过程的组织演变模型。结果表明:挤压制备的CT20钛合金管坯,其组织为细小均匀的网篮组织;对CT20钛合管坯进行大变形率(ε总=70%)的两辊开坯轧制,能够获得细晶组织;多辊精轧管材加工态组织与上道次冷轧态组织相比变化不大,经900℃退火后形成均匀的等轴组织。

高强钛合金环形管热推弯曲工艺研究

钛合金环形管是航天、航空、兵器、石油化工等行业的特殊部件,用它制成的钛环形气瓶具有轻质、无磁、耐腐蚀、结构紧凑等显著优点,在航天航空领域有着广泛的应用前景。本工作着重研究了高强Ti-26合金管材在热推弯曲成形过程中,推制温度、推制速度等工艺参数对环形管成形质量的影响规律。结果表明环形管质量对温度最为敏感,为主要影响因素,随着加热温度升高,钛合金环管腹部增厚,直径偏大,弯曲半径收缩;推制温度过高,容易出现起皱。推制速度和感应线圈工况对成型质量也有很大影响。高强Ti-26合金环形管较优的成型工艺条件为:成型温度800℃左右,推制速度在1.25~1.92mm/s之间。

耐蚀钛合金Ti35管材微观结构分析

Ti35钛合金在高浓度沸腾硝酸中具有优异的耐蚀性能,是核乏燃料后处理关键设备的优选材料。分别采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪及透射电镜等仪器对Ti35钛合金管材中的微观组织结构进行了研究,并分析了合金的组分及结构特点。结果表明:经过真空退火后的Ti35钛合金中,组织主要由基体α相和针状次生α相组成,次生α晶内存在孪晶缺陷,晶粒内部的{10 12}孪生为主要的孪晶。