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。

急性ST段抬高型心肌梗死早期外周血Tc17细胞表面标志和细胞因子表达

目的:检测急性ST段抬高型心肌梗死(STEMI)早期外周血中表达IL-17A的CD8^(+)T细胞,即Tc17细胞的表型和功能。方法:收集健康人和STEMI患者外周血白细胞,流式细胞术检测CCR6、CD161、CCR5、IL-23R、RORγt表达确定Tc17细胞。流式细胞术检测Tc17细胞活化状态、细胞因子表达和增殖状况。结果:健康志愿者和STEMI患者CCR6^(+)CD161^(+)CD8^(+)T细胞均高表达CCR5、IL-23R和RORγt,被鉴定为Tc17细胞。与健康志愿者相比,STEMI患者Tc17细胞在总CD8^(+)T细胞中的比例升高,且表型上更偏向于效应型记忆性T细胞。健康志愿者Tc17细胞主要表达IL-17A和IL-22,而STEMI患者Tc17细胞不仅表达IL-17A和IL-22,也表达IL-10和TGF-β。但健康志愿者和STEMI患者Tc17细胞均不表达IFN-γ、IL-5、Foxp3和Ki67。结论:STEMI早期Tc17细胞表达IL-17A和IL-22同时上调IL-10和TGF-β表达,可能参与和调节STEMI后急性炎症反应。

TC17钛合金激光熔覆熔池实时监测算法研究

航空发动机钛合金压气机叶片工作时,由于长时间高强度服役和异物损伤,叶片会发生变形、凹痕、磨损、裂纹甚至断裂。激光熔覆技术因其热影响区小、沉积性能好、成形精度和自动化程度高,已经成为叶片修复的重要方法之一。熔池几何特征是影响熔覆质量的关键因素,因此本文针对熔池实时监测,提出了一种基于图像处理的识别测量算法。首先,通过图像掩膜提取ROI区域,再对ROI区域进行伽马变换、阈值二值化实现熔池区域的分割;然后计算轮廓面积特征进行去噪;最后采用AABB包围盒对熔池的几何特征进行提取,实现了熔覆过程中熔池长宽的实时监测。最终通过多参数正交试验,验证算法平均识别误差为0.24 mm。

考虑相含量的TC17钛合金线性摩擦焊中的残余应力

为了获得准确的TC17钛合金线性摩擦焊中的残余应力,建立TC17钛合金弹性常数与相分数之间的数值关系。结合焊接区域的相分数,获得呈梯度分布的弹性常数,并将其引入轮廓法进行计算。结果表明,TC17钛合金的弹性常数与α相分数呈正相关,在宽度约4 mm的焊接区域呈现明显的梯度分布特征;若忽略相分数的梯度分布,计算残余应力时相对误差可达36.06%;修正后的残余应力呈双峰分布,在热影响区边缘处达到峰值,约为442 MPa。这说明考虑相分数的梯度分布是必要的。

基于改进集中热容法的TC17钛合金淬火表面换热系数测算

表面换热系数是TC17钛合金淬火数值分析研究的重要边界条件,其准确性影响工件淬火温度与应力场的分布精度。基于深埋热电偶动态实测的温降曲线,采用改进后的集中热容法,计算求解TC17钛合金淬火表面换热系数,并通过数值模拟验证了结果的可靠性。结果表明,TC17钛合金水浴淬火过程中会经历3个主要阶段:蒸汽膜阶段、核沸腾阶段及对流冷却阶段。表面换热系数在蒸汽膜阶段、核沸腾阶段会快速增大,随后在对流冷却阶段会逐渐减小,在第50 s达到峰值1299 W/(m^(2)·℃),此时淬火面温度为355℃。将换热系数代入数值模型中进行温度场计算验证,计算结果与实测温降曲线吻合较好,平均相对误差仅为1.4%。

连续SiCf/TC17复合材料室温偏轴拉伸性能研究

采用磁控溅射法结合热等静压工艺制备SiCf/TC17复合材料,通过SEM观察试样的断口形貌,研究了复合材料在室温的偏轴拉伸性能及断裂机制。结果表明:纤维偏轴角度在0°~2°间,复合材料轴向性能变化较小,拉伸强度稳定在1960~1987 MPa;纤维偏轴角度再增大时(>2°),材料拉伸强度近似呈单调线性降低,由1870 MPa降至1797 MPa。纤维偏轴角度较小时(≤2°),平坦区基体与纤维断裂面平整,且两者的断裂面平行。纤维/基体界面没有明显的脱粘破碎迹象;纤维偏轴角度较大时(>2°),部分纤维存在“斜切断裂”,纤维拔出距离变长,且不再与基体的断裂面保持在同一平面,基体撕裂损伤严重。依据断口形貌结合局部承载模型,详细论述了SiCf/TC17复合材料两种拉伸失效的断裂过程。纤维偏轴角度较小时(≤2°),裂纹萌生于纤维间距较小的反应层,在界面处钝化或偏转进而形成不同截面的平坦区,当纤维超过承载能力极限,试样整体断裂;纤维偏轴角度较大时(>2°),“拉-剪”耦合效应导致C涂层与反应层间的界面脱粘破碎形成裂纹源,裂纹加速反应层受损或导致界面脱粘致使纤维断裂,当基体及剩余纤维超过承载能力极限,试样整体断裂。

TC17钛合金叶片振动疲劳寿命研究

叶片属于典型的薄壁曲面构件,其服役环境恶劣,在交变应力作用下经过一定循环周次后发生疲劳断裂,严重影响发动机的可靠性和耐持久性。为了研究叶片振动状态下的疲劳性能,采用不同工艺参数加工叶片,测试其表面粗糙度、残余应力、显微硬度,并进行叶片的振动疲劳试验和疲劳断口分析。结果表明:TC17钛合金叶片的危险位置在叶背,距叶尖48.1 mm,距进气边26.9 mm处;叶片的表面粗糙度为0.373μm,表面应力集中系数为1.014,表面残余应力为-319.38 MPa,表面显微硬度为412.53 HV时,获得最高疲劳寿命8.91×10^(5)周次;残余应力对叶片振动疲劳寿命的影响最显著,其次是表面应力集中系数,最后是显微硬度;铣削加工叶片的疲劳失效模式为表面单源起始,疲劳源区有明显的放射线特征,裂纹扩展区有疲劳条带和二次裂纹,瞬断区有韧窝特征,属于韧性断裂。

TC17钛合金表面残余应力的点阵式维氏压痕测试

采用点阵式维氏压痕测试方法得到TC17钛合金表面12个测试点的载荷-深度曲线;通过等效材料维氏压痕模型计算合金表面12个测试点的双向残余应力和单向残余应力,将残余应力值代入ANSYS 19.2有限元分析软件中得到载荷-深度曲线,并进行试验验证。结果表明:试验得到表面不同测试点的应力均为残余拉应力;采用有限元方法模拟得到双向残余应力和单向残余应力下的载荷-深度曲线与试验结果吻合较好,载荷-深度曲线的加载曲率的相对误差均小于1.5%,等效材料维氏压痕模型可以准确地预测合金表层单向残余应力和双向残余应力分布。

TC17钛合金激光焊接接头微观组织和力学性能

文中对TC17钛合金进行了激光焊接,对接头的宏观形貌、微观组织、显微硬度和拉伸性能进行了研究。结果表明,TC17母材的微观组织为β相+等轴初生α_(p)相,β相内存在大量次生α_(s)相;热影响区微观组织变化较为复杂,随着离焊缝距离的减小,α_(p)逐渐减少,β逐渐增多,α_(s)先消失、再产生、然后再次消失;焊缝由β相柱状晶组成,柱状晶内部是细长的枝晶,在焊缝的中下部存在较多气孔;从母材到焊缝,硬度总体呈下降趋势;受α_(s)含量变化的影响,随着离焊缝距离的减小,热影响区显微硬度先降低、再升高、然后再次降低;由于焊缝硬度最低且存在气孔缺陷,接头拉伸断裂在焊缝。

两种典型喷丸强化工艺对TC17合金疲劳极限的影响

为了研究普通喷丸和超声喷丸工艺对TC17合金疲劳极限的影响,选固定的喷丸强度,以未喷丸试件为对照组,对3种状态试件进行表面形貌、粗糙度、残余应力测试,并进行室温旋转弯曲疲劳试验,测试各状态试件的疲劳极限,并对断裂试件进行断口分析。结果表明:相较于未喷丸试件,喷丸试件的表面微观形貌均有较明显的改变,表面残余应力均提升,试件断口疲劳源区向内部移动;相较于普通喷丸处理的试件,超声喷丸处理的试件表面状态更好,疲劳极限也提升。

TC17钛合金整体叶盘叶片缺陷形成原因分析及检验方法

对TC17钛合金整体叶盘叶片低倍缺陷进行了形貌观察,对微区成分、金相组织以及硬度进行了分析,并对缺陷的来源以及其对基体产生的影响进行了研究。结果表明:整体叶盘叶片的低倍腐蚀缺陷为非正常的组织缺陷。这类组织缺陷的产生是由于钛合金叶盘在铸锭生产过程中,误用YG8刀头对铸锭进行平头,出现粘刀现象导致钨钢刀头嵌入铸锭头部平头处,引入W合金夹杂。W合金夹杂的存在导致缺陷区组织出现细晶以及隐针马氏体等异常组织,硬度急剧升高,同时与基体产生相当大的组织过渡区。由于此类W合金夹杂以颗粒状或几十微米的团聚状存在,并沿锻造流线弥散分布,无法通过X射线和超声等无损检测方法将夹杂缺陷检出,可通过常规钛合金低倍腐蚀或金相法检验。

热处理对同质异态TC17钛合金线性摩擦焊接头的影响

对TC17(α+β)和TC17(β)钛合金进行线性摩擦焊及焊后热处理试验,运用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察接头各区域的微观组织变化,采用轮廓法测试接头残余应力分布情况,分析了热处理对接头的微观组织、残余应力及力学性能的影响。结果表明:焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再晶界过程,形成亚稳定β相;两侧热力影响区初生α相严重变形,针状α相完全溶解。经过热处理,亚稳定β相分解为稳定的α+β相,板条状α相在晶界析出,针状α相在晶粒内部析出,变形α相发生不同程度的分解。轮廓法测试结果表明,接头沿振动方向的应力呈双峰分布,接头热力影响区处拉应力峰值达到最大约360 MPa,焊缝中心拉应力值约140 MPa,经过热处理,接头沿振动方向拉应力值降低至50 MPa以下。经过热处理后接头微观组织更加均匀,并且接头残余应力得到消除,接头拉伸及疲劳性能得到明显改善。

TC17钛合金线性摩擦焊接头内部残余应力测试分析

为掌握TC17钛合金线性摩擦焊接头内部残余应力分布规律,采用轮廓法对TC17(α+β)/TC17(β)线性摩擦焊接头进行了残余应力测试,分析了接头内部沿振动方向(试样宽度方向,x向)应力以及沿顶锻方向(试样长度方向,y向)应力的分布规律。结果表明:x向应力在焊缝区域为拉应力,沿顶锻方向呈双峰分布,即焊缝两侧区域的应力高于焊缝中心,拉应力峰值位于距离焊缝中心2~3 mm位置处,约360 MPa,拉应力区域宽度达到30 mm。在焊缝中心截面上,y向应力在整个厚度上为拉应力,且上、下表层应力小于厚度中心位置;距试样宽度中心两侧27 mm区域的应力为拉应力,边缘区域的为压应力。

基于MeltFlow-VAR的TC17钛合金铸锭熔炼工艺研究

TC17钛合金因其优异的力学性能、热稳定性和抗疲劳性能,广泛应用于航空航天等领域。然而,该合金在真空自耗电弧熔炼过程中出现的元素偏析的现象,影响了铸锭的性能,限制其应用和发展。本文利用多场耦合重熔工艺仿真优化软件(MeltFlow-VAR)对TC17钛合金铸锭真空自耗熔炼过程中的熔炼电流、稳弧电流等熔炼工艺参数进行模拟,研究不同参数下熔池的形状和元素浓度分布,并以模拟工艺制备了TC17合金Φ640 mm大规格铸锭进行验证。结果表明,适当减小熔炼电流和稳弧电流,可使TC17钛合金铸锭中Cr、Mo元素分布均匀,从而有效改善元素偏析的现象。通过对后续铸锭的追踪取样验证,本次试验所生产的TC17钛合金铸锭成分均匀,未发现明显的组织缺陷。

基于机器学习的TC17合金超高周疲劳寿命预测

航空发动机压气机叶片材料TC17超高周疲劳试验周期长、成本高,且疲劳寿命数据分散度大,导致其疲劳寿命预测较难,预测模型精度不高。机器学习(ML)具有强大的数据处理能力,采用了蒙特卡罗模拟(MCS)对TC17超高周疲劳寿命数据进行了有效的扩展和增强,提出了一种具有动态记忆建模能力的机器学习网络模型,可检验MCS的有效性和提高超高周疲劳寿命数据预测的准确性。研究结果表明,应力比R=0.1工况下经MCS数据增强作用后的网络模型预测精度最大可提高约63.05%,预测结果均在5.0倍分散带以内。

β锻TC17钛合金的高周疲劳研究

对β锻的TC17合金的高周疲劳性能进行了研究,获得了光滑试样的应力疲劳寿命曲线(S-N曲线)。结果表明,β锻的网篮组织具有较高的高周疲劳性能,疲劳极限达到544 MPa。对疲劳断口和裂纹扩展路径进行了分析,发现网篮组织的高周疲劳断口具有裂纹扩展路径曲折、二次裂纹较多的特征。原始β晶界的粗大α相是显微组织中的"弱区",疲劳裂纹易沿粗大α相萌生和扩展。

激光冲击强化TC17钛合金室温和高温拉伸性能研究

目的分析激光冲击强化对钛合金室温和高温拉伸性能的影响。方法用YAG纳秒脉冲激光器对TC17钛合金板状拉伸试样表面进行双面激光冲击强化,脉冲能量为25 J,脉冲宽度为15 ns,光斑尺寸为4.2 mm×4.2 mm,搭接率为10%,强化1次。通过室温及400℃下拉伸试验,获得强化前后试样的抗拉强度、屈服强度和断裂伸长率,利用X射线衍射法测试拉伸前后试样表面的残余应力,并在扫描电镜下观察拉伸试样断口微观形貌。结果室温拉伸试验时,激光冲击强化对TC17钛合金的室温抗拉强度和伸长率几乎无影响,但强化后的室温屈服强度下降约6.1%,有/无强化试样均没有明显的屈服点,距离强化试样断裂位置10 mm的表面残余压应力较拉伸前下降约12%。400℃拉伸试验时,激光冲击对TC17钛合金的高温抗拉强度和屈服强度均影响较小,有/无强化试样均出现明显的屈服点,距离强化试样断裂位置10 mm的表面残余压应力较拉伸前下降约44%。结论激光冲击强化在TC17钛合金表面引入显著的残余压应力分布,对屈服强度具有一定程度的影响。强化后试样的屈服强度与拉伸过程中残余压应力松弛速率有关,室温拉伸过程的残余应力松弛较高温拉伸过程慢,试样内部的平衡拉应力区更容易先发生屈服。这是造成室温拉伸屈服强度小幅降低的主要原因。

应用热加工图研究TC17合金片状组织球化规律

采用加工图理论分析了TC17（Ti-5Al-4Mo-4Cr-2Sn-2Zr）钛合金在高温变形过程中的片状α球化规律。结果表明：用加工图理论分析材料的高温变形行为能准确直观地反映出材料在不同变形条件下的组织演变规律。分析加工图发现：TC17合金在840℃～870℃，应变速率0．5s^-1～3s^-1之间变形是片状α组织球化的理想区域，此时对应的能量耗散效率值为45％左右；在850℃～910℃，较高应变速率（〉5s^-1）下对TC17合金加工易发生流变不稳定现象，形成绝热剪切带。

缺口对TC17钛合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响

研究了不同缺口(缺口应力集中系数)对TC17钛合金拉伸性能和低周疲劳性能的影响。结果表明,缺口试样抗拉强度随着缺口应力集中系数的增大而提高,伸长率随着缺口应力集中系数的增大而减小;低周疲劳寿命随缺口应力集中系数的增加而降低,当应力集中系数大于1.92时,疲劳寿命急剧下降。断口分析表明,试样拉伸断口由正应力拉断区和剪切断裂区两个典型区域构成。正应力拉断区为穿晶和沿晶相混合的断裂,剪切断裂区为穿晶断裂,断口上均为韧窝形貌。低周疲劳断口由疲劳断裂区、正应力拉断区和剪切断裂区三个典型区域构成。疲劳断裂区比较平坦,有明显的疲劳条带和平行的二次裂纹;低周疲劳断口的正应力拉断区和剪切断裂区的形貌特征与拉伸断口类似。

锻造工艺对TC17钛合金的显微组织和力学性能的影响

研究了α+β锻造、近β锻造和β锻造对TC17钛合金盘件的显微组织和主要力学性能的影响规律。结果表明:α+β锻造后的合金为等轴组织,近β锻造的合金为双态组织,β锻造的合金为网篮组织,3种工艺获得的显微组织较为典型;3种锻造组织的力学性能差异显著,等轴组织的室温拉伸强度较双态组织稍低,塑性最好,疲劳强度最高,但断裂韧性和蠕变性能相对较差;双态组织的拉伸强度最高,塑性较等轴组织稍有降低,蠕变性能相对等轴组织有较大提高,但其断裂韧性和疲劳强度相对较低;网篮组织的拉伸强度和塑性相对较低,但断裂韧性和蠕变性能均高于另外两种锻造组织。