TC21合金在不同温度下进行连续多步置氢处理时的显微组织及室温力学性能

利用OM、XRD、TEM以及压缩试验等方法研究TC21钛合金经不同温度连续多步置氢处理后的显微组织及室温力学性能。结果表明:当氢处理温度超过1073 K时,α相的尺寸明显降低,β相成为主要相。随着氢处理温度的升高,δ氢化物的含量呈先增加后逐渐降低的趋势。当氢处理温度超过1073 K时,TC21钛合金在室温压缩变形过程中出现应变软化现象,且该现象随氢处理温度的升高而越来越显著。随着氢处理温度的升高,TC21钛合金的极限变形率呈先降低后增加的趋势。当氢处理温度为1123 K时,TC21钛合金的极限变形率比原始合金增加67.51%。

置氢TA10合金焊接接头组织和高温压缩性能

航改燃气轮机焊接修复的钛合金叶片服役于含氢环境中常发生氢脆损伤.试验重点研究了不同置氢量的钛合金氩弧焊接头的微观组织、维氏硬度及氢作用机理、高温压缩性能.结果表明,置氢0.12%(质量分数)焊接接头组织中析出大层片δ氢化物,其尺寸随H元素含量增加而增大,母材、热影响区及焊缝微观组织发生明显改变;置氢0.21%的硬度明显高于其它置氢量,高氢提升焊接接头硬度;低氢时氢固溶强化使α晶粒硬度略提升,高氢时氢化物析出伴随晶格体积膨胀使金属局部塑性变形产生大量位错,位错运动需绕或切过氢化物,导致α晶粒硬度明显提升.压下量对高温压缩流变应力影响有限,再结晶软化作用主要受变形温度控制,随压下量增大,焊缝组织中层片α晶粒连同氢化物沿垂直压下方向被拉长或与压下方向呈一定角度被弯折,氢化物沿层片α晶界生长,热压缩过程中组织再结晶现象不明显.

改善钛合金切削加工性的置氢工艺及置氢量优化

为了改善钛合金的切削加工性能,提出将钛合金进行置氢处理后再进行切削加工。在650℃、750℃和800℃下对Ti-6Al-4V合金进行了置氢处理,并在干切削条件下对其开展了切削力、切削温度对比试验。结果表明:在置氢工艺相同时,随着置氢量增加,热电偶的热电势系数越来越大;主切削力在650℃置氢时相对未置氢试件仅降低2%,750℃置氢时没有降低,而800℃置氢时主切削力约下降了8%;切削温度均呈现先快速降低、经过一平缓变化段后又快速增加的变化趋势,在650℃、750℃和800℃置氢情况下,切削温度相对未置氢试件分别约降低了50℃、76℃和80℃。最终确定优选的置氢工艺为:在800℃下置氢、保温6h、随炉冷却至室温;最佳置氢量范围为0.21%～0.37%。

置氢TC21钛合金粉末模压成形烧结组织性能研究

采用置氢TC21钛合金粉末模压成形+保护气氛烧结工艺,研究置氢TC21钛合金粉末模压成形-烧结合金的组织性能的变化规律。结果表明:置氢量0.22%(质量分数,下同)和0.39%的TC21粉末烧结体组织较细,致密化程度也较高,置氢量0.39%的TC21粉末烧结体退火后的抗压强度和屈服强度最高。随着置氢量的增加,置氢TC21钛合金粉末模压成形烧结体片层组织尺寸变薄、针状的组织变细,晶粒尺寸变小;置氢TC21钛合金粉末模压成形烧结体退火后组织较退火前发生了明显的均匀化和细化;烧结体真空退火后氢含量达到安全状态,其中,置氢量0.39%的TC21钛合金粉末烧结体致密效果较好、综合力学性能较高。

置氢对TC21合金粉末物理性能和压制性能的影响

采用扫描电镜观察、粉末镶嵌试样、XRD和模压成形等方法,研究了置氢(H,wt%)对TC21合金粉末颗粒形貌、表面状态、显微组织、相组成、显微硬度和压制性能等的影响。结果表明:置氢TC21粉末颗粒形貌为不规则状,粉末主要由亮相α相及暗相β相组成,颗粒显微组织呈片状、α/β集束状和网篮状。随置氢量的增加,置氢TC21粉末显微硬度呈降低趋势;α相逐渐减少,β相逐渐增多,并且有少量的α″相生成;粉末的压缩性能呈先变差后变好的不明显变化趋势,成形性能先变差又逐渐变好,置氢量0.10 wt%,0.39 wt%TC21粉末压制性能较好,置氢量0.22 wt%的TC21粉末的压制性能最差。

置氢钛合金TC4的切削加工性研究

采用热氢处理技术在800℃下对Ti-6Al-4V钛合金进行了置氢处理,并利用硬质合金刀具对不同置氢量钛合金开展了车削试验研究,重点研究了置氢处理对切削力、切削温度以及刀具磨损的影响。结果表明：在给定的试验条件下,随着置氢量的增加,切削力、切削温度、刀具后刀面磨损量均呈现先降低、后升高的变化趋势;主切削力最大降幅为11%,切削温度最大降幅为80℃,后刀面平均磨损量减小了1倍;明显改善Ti-6Al-4V钛合金切削加工性,其置氢量范围为0.16%-0.37%,其中最佳置氢量为0.26%。

置氢Ti-6Al-4V合金显微组织演变与高温变形行为

利用Gleeble高温压缩模拟实验研究置氢对Ti-6Al-4V合金微观组织和高温变形行为的影响，并探讨组织与高温塑性的关系。结果表明：适量的氢可显著降低钛合金的高温变形流变应力，Ti-6Al-4V合金氢含量为0．3％时，流变应力降低36％～60％，最小峰值应力对应的氢含量随温度的增加向低氢方向移动，并且在保持相同应力水平下，高温变形温度降低50℃；氢还可以促进钛合金热变形过程中的动态回复和动态再结晶，有利于降低变形抗力，其应力-应变曲线无明显硬化阶段；此外，由于氢引起的高温变形组织变化与在更高温度压缩时所引起的组织变化相当。

置氢TC4钛合金等温锻造叶片组织演变规律

为了降低钛合金叶片的锻造温度和改善其组织性能,基于氢致钛合金高温增塑机理,将热氢处理技术应用于钛合金叶片的等温锻造成形工艺中.观察和对比分析了未置氢TC4钛合金和置氢TC4钛合金叶片等温锻造后的组织以及真空除氢热处理和普通热处理工艺下的组织演变.实验结果表明:置氢降低了TC4钛合金叶片的等温锻造载荷,除氢热处理后组织得到改善,获得了含有细小、等轴α晶粒的双态组织.确定了置氢量为0.25%(质量分数)的TC4钛合金适宜的热处理工艺为:锻后在750℃真空脱氢保温5h,900℃退火1h后再450℃时效4h.

置氢对Ti-6Al-4V合金高温塑性变形的影响

利用XRD分析了置氢Ti-6Al-4V合金的相组成,应用Gleeble等温热模拟试验研究了置氢量对Ti-6Al-4V合金高温塑性变形的影响,计算了不同置氢量钛合金的变形激活能。结果表明:随置氢量的增加,Ti-6Al-4V合金β相含量增加,高温塑性变形的流动应力显著降低呈下凹型曲线变化,即存在一个最小值,应力最小值对应的置氢量随变形温度的升高而降低;置氢可以促进高温塑性变形过程动态软化与硬化的平衡;在相同应力水平下,适量的置氢可使变形温度降低50℃,或应变速率提高一个数量级。置氢Ti-6Al-4V合金变形激活能随置氢量增加呈下降趋势,变形由不受扩散机制控制转变为受扩散机制控制。

保温时间对置氢TC4真空钎焊界面结构及连接强度的影响

采用纯铝箔做中间层,真空连接普通TC4钛合金以及氢的质量分数分别为0.1%,0.3%,0.5%置氢TC4钛合金。利用扫描电镜、X射线衍射分析仪、能谱分析仪对接头界面组织进行分析,并进行接头压剪强度试验。结果表明,当保温时间为45min时,连接接头组织由两层组成;而当保温时间足够长,达到90min时,接头完全由TiAl3金属间化合物层组成。不同保温时间下接头的抗剪强度有明显的差别,且随保温时间的延长而下降后。而在相同的工艺参数下,置氢TC4钛合金连接强度明显高于普通TC4钛合金。

置氢钛合金粉末模压成形-烧结改性机理

采用置氢TC4钛合金粉末模压成形+保护气氛下烧结工艺,研究了置氢TC4合金粉末模压成形-烧结后合金的组织性能的变化规律,提出了采用置氢钛合金粉末成形与钛合金热氢处理技术相结合的新工艺路线制备合金。结果表明:随着置氢量的增加和烧结温度的升高,置氢TC4合金粉末模压成形烧结体致密度均呈逐渐增高趋势;烧结体组织由明显的魏氏体组织向双态的过渡状组织转化,片层状组织尺寸变薄、针状的组织变细、等轴颗粒组织愈来愈多;烧结体退火后组织较退火前明显的均匀化和细化,烧结体退火后压缩屈服强度均呈增大趋势,真空退火除氢后氢含量则达到了安全使用水平,其中置氢量0.42%(质量分数)TC4合金粉末烧结体致密效果好、力学性能高。

置氢TC4钛合金搅拌摩擦焊接头组织及力学性能研究

首次对2 mm厚置氢TC4钛合金进行搅拌摩擦焊焊接开展了含氢量分别为0.1%和0.4%两种条件下的搅拌摩擦焊工艺研究,对比分析研究了置氢TCA钛合金FSW微观组织和力学性能,初步摸索出置氢TCA钛合金FSW热机加工行为,评价了置氢钛合金材料的FSW焊接性能,置氢TCA钛合金搅拌摩擦焊接头组织细化,热机加工性能明显改善.

置氢质量分数0.15%Ti6Al4V合金扩散连接

采用真空扩散连接技术对置氢质量分数0.15%Ti6Al4V合金进行了焊接。利用扫描电镜、电子探针、X射线衍射分析手段研究了置氢质量分数0.15%Ti6Al4V合金母材焊接前后的相组成、接头界面结构及连接工艺参数对界面扩散孔隙的影响。结果表明,焊前母材组织为长条状α+片层状(α+βH),焊后母材组织为等轴α+粗片层状(α+β)+β相上α′马氏体,在扩散连接过程中,α相中V元素扩散到βH相中,βH相中Al元素扩散到α相中。随着连接温度的升高,连接时间的延长和连接压力的增大,界面的扩散孔隙逐渐减少,当连接温度达到850℃,压力为12 MPa,连接时间为60 min时,扩散孔隙消失,接头抗剪强度高达543 MPa。

钛合金置氢过程的氢分布规律

采用定性的金相法和定量的除氢法两种手段研究置氢温度和保温时间对TA15钛合金中氢分布的影响规律,并应用ANSYS瞬态热分析模块对置氢过程的氢分布规律进行模拟。结果表明:钛合金置氢过程是一个扩散过程,开始阶段合金中氢含量沿截面呈梯度分布,边缘氢含量明显高于心部,内部组织存在明显差异,具有明显的组织分界线;随着保温时间增加和置氢温度升高,分界线向心部移动,组织趋于一致,组织分界线逐渐消失,氢分布达到均匀。模拟结果表明,研究结果与实验结果吻合,说明采用瞬态热分析模块模拟氢在钛合金中的扩散问题是可行合理的,关键在于确定模拟过程各个参数的对应关系。

置氢Ti-6Al-4V钛合金的热压缩变形行为研究

通过热模拟压缩实验，研究了氢对Ti-6Al-4V钛合金热变形行为的影响。结果表明，置氢可以显著降低Ti-6Al-4V钛合金高温压缩时的流动应力，提高Ti-6Al-4V钛合金的热加工变形速率一个数量级以上，并且明显降低了Ti-6Al-4V钛合金的变形温度。在变形温度760℃～800℃范围内，置氢量为0．4wt％的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小；在变形温度840℃～920℃范围内，置氢量0．2wt％的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小。同时，置氢前后Ti-6Al-4V钛合金的变形激活能计算结果表明，置氢量为0．4wt％的Ti-6Al-4V钛合金在α＋β两相区的变形激活能为208．3kJ／mol，与未置氢Ti-6Al-4V钛合金相比降低了316kJ／mol。

置氢TC4钛合金粉末热等静压制件组织与性能研究

采用置氢钛合金粉末热等静压成形与钛合金热氢处理技术相结合的新工艺路线制备合金,研究了置氢量及热等静压工艺参数对置氢TC4合金粉末热等静压制件组织性能的影响规律。结果表明:随着置氢量的增加,置氢TC4合金粉末热等静压后制件的密度呈逐渐增高的趋势;热等静压制件的片层状组织尺寸变薄、针状的组织变细,等轴颗粒组织愈来愈多;退火后制件的显微组织中等轴状的颗粒增多,压缩屈服强度和抗压强度均逐渐增大;热等静压制件与粉末原料的氢含量及相组成基本相近,真空退火除氢后氢含量则达到了安全使用水平,置氢量0.42%TC4合金粉末热等静压制件致密效果好、综合力学性能高。

Ti600钛合金置氢后激活能及热塑性研究

采用热模拟实验方法,研究了Ti600钛合金置氢后的热塑性性能,确定了不同含氢量及工艺参数条件下的激活能。研究结果发现,氢含量对置氢Ti600钛合金的峰值应力具有明显影响,当氢含量小于0.2%(质量分数)时,由于此时氢元素对β相的稳定起主导作用,因此随氢含量的增加,峰值应力随之降低。当氢含量大于0.2%(质量分数)时,由于此时氢元素的固溶强化起主导作用,因此随氢含量的增加,峰值应力随之增加。在相同塑性性能的条件下,提高氢含量,可以降低Ti600钛合金的变形温度。根据热模拟实验数据,得到了Ti600钛合金在不同氢含量时的激活能及相关系数,确定了置氢Ti600钛合金的Arrhenius型本构方程。

置氢改性钛合金扩散连接机理研究

利用置氢技术改善TC4钛合金的扩散连接性,优化扩散连接工艺参数。在Gleeble1500D热模拟机上,采用固态置氢技术进行了不同氢含量的置氢TC4钛合金的真空扩散连接试验;采用扫描电镜对界面孔洞弥合率和界面组织形貌进行了分析。结果表明:由于氢的扩散系数大,可显著提高置氢TC4钛合金的扩散系数,降低α+β→β相转变温度,稳定合金中β相,促进晶界扩散,提高晶界活性,使材料热加工变形得到改善;当置氢钛合金中氢的质量分数为0.25%、扩散连接温度为840℃、压力为15 MPa、保温时间为60 min时,界面结合良好,此时焊接区无扩散孔洞,钛合金基体组织仍为等轴α+β双相组织,且晶粒无明显长大。

置氢对钛合金激光焊接接头超塑变形均匀性的影响

采用置氢处理的方法提高TC4钛合金激光焊接接头的超塑性变形均匀性,并提出表征不均匀性系数K进行定量表征.结果表明,当置氢量超过0.29%时,随着含氢量的升高,钛合金焊接板的超塑性能降低,即峰值流动应力增加、截面收缩率降低.但接头的超塑性变形均匀性增加;随置氢量的升高,母材截面收缩率下降幅度大于焊缝截面收缩率下降幅度.变形不均匀系数K可以表征置氢TC4激光焊接接头超塑性变形过程中焊缝与母材变形不均匀性.K值随着含氢量的增大、变形温度的升高以及应变速率的降低而增大.K值在含氢量1.299%,变形温度920℃,应变速率10^(-4)s^(-1)时达到最大0.84.

置氢Ti6Al4V合金的微观组织演变规律

为研究置氢Ti6A14V合金的高温加工改性机理，从微观组织的角度对合金进行了对比分析．利用OM、SEM、XRD等研究了置氢对Ti6A14V合金变形前后微观组织演变的影响．研究结果表明：氢的加入不仅使置氢Ti6A14V合金中B相比例明显增大，而且改变了α相与β相之间的电势差，在氢含量为0．3％～0．5％两相颜色将发生互换，氢含量增加到0．50％以上时，合金中将出现面心立方结构的8氢化物；随氢含量的增加，合金超塑拉伸变形后的组织由α-β两相等轴晶粒变为粗大的β晶粒，造成α与β界面的协调能力下降．并改变了合金的变形机制．