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%。

双重退火工艺对TC21钛合金板材组织和性能的影响

通过热轧的方式制备出TC21板材,并对TC21板材在经不同热处理制度处理后的抗拉强度、显微组织、延伸率和断面收缩率进行了检测,得出了双重退火制度对板材性能和组织的影响规律。TC21板材经900°C/1 h固溶处理,600°C/4 h时效处理后显微组织均匀,晶粒细小,均为α+β转变组织,此制度下的板材性能最优,抗拉强度达到1350 MPa,屈服强度达到1275 MPa,板材的延伸率变化不大,断面收缩率达到最大值32.6%。

两步等温锻造内燃机用TC21钛合金力学性能分析

为了提高内燃机用TC21钛合金的结构性能,经多向等温锻造使原先铸态TC21钛合金内大尺寸片层组织变成了大量细小等轴组织,分析了马氏体TC21钛合金经过多向等温锻造后力学性能。研究结果表明:等温锻造坯料基体内存在许多尺寸接近的等轴晶,形成了由等轴晶构成的均匀坯料组织。对铸态TC21钛合金完成等温锻造可以显著提高其力学强度,屈服强度由731MPa增大到910MPa,拉伸强度由740MPa增大到950MPa,断裂伸长率由5%增大到16.8%。通过适当处理工艺形成马氏体组织来实现TC21钛合金的细晶强化效果。

连续多步置氢处理步数对TC21合金显微组织和室温压缩性能的影响

采用OM、XRD和TEM方法研究连续多步置氢处理步数对TC21合金显微组织的影响。通过室温压缩实验研究连续多步置氢TC21合金在不同压缩速度下的压缩性能。结果表明:随着连续多步置氢处理步数的增加,α相的含量减少,β相和δ氢化物的含量增多,仅置氢1步时TC21合金中出现α'马氏体。连续多步置氢TC21合金的极限变形率在不同压缩速度下的变化规律相同,即随着连续多步置氢处理步数的增加,极限变形率先减小再增大最后又减小。连续多步置氢处理后,TC21合金的极限变形率比原始TC21合金最大增幅达到93.96%。分析了连续多步置氢TC21合金压缩性能变化的原因。

TC21钛合金数控车削参数多目标优化研究

为实现TC21钛合金数控车削加工表面粗糙度达标和车削温度可控,利用中心复合试验法设计试验方案,并对试验结果进行极差分析和加工机理分析,以明确车削参数对加工结果的影响规律。基于响应面法建立表面粗糙度和车削温度的单目标预测模型,并通过统计学分析验证预测模型的精度。运用NSGA-Ⅱ遗传算法计算多目标最优车削参数,经实际加工对比验证得出:利用多目标最优车削参数加工所得的表面粗糙度和车削温度与预测值相符,且均满足实际工程要求。

TC21钛合金筒形件旋压演变模拟及分析

钛合金筒形件因其独特的性质及性能,在航空、航天领域得到广泛应用,在技术推动下,钛合金筒形件的制作工艺日益精湛。以TC21钛合金筒形件为研究对象,在概述筒形件旋压技术的基础上,列举TC21钛合金筒形件旋压中常见的模拟方法,着重探讨TC21钛合金筒形件旋压演变模拟过程,并提出相关结论及展望,为相关研究提供借鉴。

基于Arrhenius模型和修正Johnson-Cook模型的TC21钛合金流动应力预测

使用Gleeble-3500热模拟试验机对TC21钛合金在温度为890~990℃、应变速率为0.01~10 s~(-1)下进行了热模拟压缩实验,研究了该合金的高温流变行为。在变形条件下,该合金的流变应力随应变的增大逐渐增加,在达到峰值后又逐渐减小。基于实验数据,分别采用Arrhenius模型和修正Johnson-Cook模型构建了TC21钛合金本构模型,并对这两个模型的预测精度进行了分析对比。结果表明,修正Johnson-Cook本构模型预测值的平均绝对相对误差e_(AARE)为7.2078%,相关系数r为0.96866;Arrhenius本构模型预测值的e_(AARE)为12.6699%,r为0.95794,修正Johnson-Cook本构模型的精度高于Arrhenius本构模型,且在整个参数范围内具有一定的精度,可以较好地描述TC21钛合金的高温流变行为。

TC21钛合金热变形过程中片层α相动态球化行为研究

目的定量分析不同热变形参数下片层α相的演化行为,探究不同热变形参数对TC21钛合金中片层α相动态球化行为的影响规律,并探讨片层α相在动态球化过程中的组织演变机理。方法基于Thermecmastor-z热模拟试验机对TC21钛合金开展不同变形参数的热压缩试验,结合SEM-EBSD材料表征技术进行显微组织的表征。结果随着温度从890℃升高至950℃,片层α相的平均厚度从0.65μm先增大至0.72μm后减小至0.16μm;在高温、低应变速率的条件下,片层α相球化百分数约为59%,而在低温、高应变速率条件下,片层α相球化百分数降至约26%;随着应变速率由0.001 s^(-1)升至1 s^(-1),片层α相球化百分数的增量由10%减少至不足2%。结论温度的高低主导了片层α相尺寸的变化趋势;变形温度的升高及应变速率的降低加速了片层α相的球化进程,而应变速率为主要影响因素;在α+β两相区变形过程中,LAGBs常形成于片层α相内部位错塞积程度较高的区域,并以此作为发生动态球化的界面。随着动态球化百分数的增大,α相中LAGBs的体积分数减小,而HAGBs的体积分数增大。

TC21钛合金α片层静态球化动力学

对TC21钛合金进行了1~3个锻造周期(对应的应变分别为1.60、2.71和3.82)的锻造。对锻造试样进行了温度为860~920℃,时间为0.5~4 h的后续球化热处理实验,利用定量金相法、扫描电子显微镜和电子背向散射衍射技术研究了不同应变、热处理温度和热处理时间等工艺参数对TC21钛合金α片层静态球化的影响规律,揭示了其静态球化机理,并建立了TC21钛合金静态球化动力学方程。结果表明,静态球化体积分数随热处理时间的增加呈现抛物线式增长;应变越大,静态球化体积分数越大;应变较小时静态球化对热处理温度的变化更敏感。其静态球化机理主要为:β相楔入α/α界面、奥斯瓦尔德熟化和连续静态再结晶共同作用。

热加工及热处理工艺对TC21钛合金板材微观组织和力学性能的影响

对TC21钛合金板材进行不同工艺的热轧制及热处理试验,阐明了不同工艺条件下微观组织的演变规律,明确了板材强塑性、冲击功以及断裂行为与不同显微组织之间的对应关系。研究表明,随着轧制温度从930℃升高至1060℃,板材显微组织依次由板条组织变为等轴组织再变为双态组织,该过程中板材强度降低,塑性变化不大,冲击韧性无明显的规律性,960℃和1060℃轧制时板材冲击韧性较高;通过热处理同样可以有效调控显微组织,随着固溶温度从900℃升高至960℃,再经相同工艺时效处理后,原始的α相向β相转变,并在固溶温度为960℃时析出细小的α板条,该过程中强度先升高后降低,塑性和冲击韧性则先降低后升高。960℃轧制得到的TC21钛合金板材经过960℃×2 h/AC+590℃×4 h/AC热处理后,可获得较好的强韧匹配。

TC21钛合金网篮组织特征对力学性能的影响研究

TC21钛合金是我国自主研发的一种高强高韧损伤容限型钛合金,分别采用准β锻造、准β锻造+(α+β)锻造以及β锻造工艺对TC21钛合金进行锻造,采用金相显微镜和扫描电子显微镜研究了锻造工艺对TC21钛合金显微组织的影响规律,以及显微组织与力学性能之间的关系。结果表明:采用准β锻造(T_(β)+15℃)后,TC21钛合金显微组织特征为破碎的β晶粒和编织程度较好的网篮组织,并且该组织具有良好的强度-塑性-韧性匹配;采用准β锻造后再进行(α+β)相区小变形,显微组织中部分片层α相呈短棒状分布,且网篮编织程度较差,强度与塑性与准β锻造后相当,但断裂韧性较差;在较高温度(T_(β)+25℃)进行锻造,TC21钛合金显微组织中形成粗大平直的晶界α相,材料的强度、塑性和韧性均较低。

TC21钛合金固溶时效处理对合金强韧化性能的影响

本文研究了TC21钛合金经两相区固溶处理快速冷却后,合金显微组织、室温拉伸性能及室温冲击性能随时效制度的变化规律。研究表明,TC21钛合金在两相区进行固溶处理时快速冷却后,随着时效时间的延长,合金组织中初生α相尺寸增大,但抗拉强度有所下降,塑性变化不明显。随着时效温度的升高,合金组织中的初生α相尺寸增大,合金的强度明显下降,塑性提高。TC21钛合金在两相区固溶处理快速冷却下,通过900℃保温120 min、水冷(WC),600℃保温360 min、空冷(AC)的热处理工艺,可使合金具有最佳的强度和塑性匹配。

TC21钛合金线性摩擦焊接头组织特征研究

选用TC21损伤容限型钛合金开展了线性摩擦焊接(LFW)试验研究。利用光学显微镜和扫描电镜观察并分析了接头组织特征与形成机制,利用显微硬度计测试了接头的显微硬度分布。结果表明,TC21钛合金因网篮组织抗变形能力较高,形成与双态钛合金差异较大的LFW接头组织。热力影响区(TMAZ)宽度很窄,约450μm,仅在近焊缝(WZ)区域的TMAZ,棒状α沿摩擦方向被拉长变形呈现流线形貌,且形成明显的热影响区(HAZ)。HAZ受热影响发生次生α分解;TMAZ受梯度热-力影响发生不同程度变形,次生α分解,二次α逐渐析出并长大;WZ发生了动态再结晶形成细晶,晶内析出大量针状α’及细小二次α。从BM→HAZ→TMAZ→WZ,显微硬度值先降低后升高,整体接头呈“W”形分布。

TC21钛合金准β锻变形量对力学性能的影响

分析了TC21钛合金准β锻工艺中不同变形量与力学性能之间的关系,通过自主设计的一套具有不同变形量的阶梯式腹板锻模,结合DEFORM-3D模拟了不同位置的应变场等,随后针对不同位置的力学性能进行分析,结果表明:随着变形量的增大,TC21钛合金横、纵向抗拉、屈服强度都呈现先增大再减小趋势,在应变量区间15%~21%时最小;随着变形量的增加,纵向伸长率无明显变化规律,横向伸长率呈现逐渐增加的趋势,横向和纵向的伸长率都在10.5%以上;除了在变形量区间15%~21%之外,其它变形量区间纵向收缩率都要大于对应区间的横向收缩率,纵向和横向收缩率全部都大于13%;纵向冲击吸收能量随着变形量增加,先增加后减小,在变形量区间为21%~32%之间时,纵向冲击吸收能量达到最大值56.9 J/cm^(2);断裂韧性随变形量的增加而降低。

TC21合金高温渗氢组织变化的研究

研究了α+β型钛合金TC21锻态组织的高温渗氢行为,通过对合金渗氢前后和除氢后的显微组织观察发现,渗氢后大β相的数量明显增加,并有氢化物的生成;除氢后,晶粒组织得到细化,原始晶界变得模糊,其相应的硬度也发生了一定变化。分析了氢致组织细化的机理。

新型TC21钛合金高速铣削加工中的刀具磨损研究

TC21钛合金铣削比车削加工困难，铣削时切削刃区域容易与钛发生粘结，刀齿易崩刃，刀具耐用度低。通过铣削刀具磨损试验以及扫描电镜（SEM）观察手段，来研究高速铣削TC21合金时刀具磨损的形式和形成机理，获得高效加工参数。

两相区热处理对TC21钛合金显微结构的影响

采用金相显微镜和扫描电镜等手段,研究了固溶、固溶时效等热处理工艺对TC21钛合金显微组织的影响,确定了两相区热处理得到的显微组织,采用透射电镜、X射线衍射方法研究了TC21钛合金在两相区热处理的相组成。同时探讨了固溶温度、固溶时间、冷却方式以及时效处理对这种合金显微组织和相结构的作用。结果表明:在两相区进行热处理,均得到双态组织;相组成主要是α相、β相,并在TC21合金中发现含有少量金属化合物,如α2-Ti3Al相、B2相、Zr3Al、Si2Mo等;固溶温度影响了初生α相的体积分数和晶粒尺寸;固溶时间达到一定程度后,延长保温时间对显微组织没有明显影响;冷却速度影响β转变基体组织;时效也对β转变基体组织和次生α相有影响。

TC21新型钛合金的超塑性拉伸行为及组织演化

研究了新型高强高韧高损伤容限TC21钛合金的超塑性拉伸变形行为及组织演化规律。结果表明,TC21合金具有良好的超塑性和较宽的超塑性温度-应变速率范围(720℃～960℃,5.5×10^(-5)／s～1.1×10^(-2)／s)。在最佳超塑性条件下(900℃,3.3×10^(-4)／s),平均延伸率达到980％,最高延伸率达到1309％,平均流动应力仅为19.5 MPa。在超塑性拉伸过程中,试样变形区将发生明显的动态再结晶,使原始条状初生α相破断、细化和等轴化,促进超塑性的提高。随着变形温度提高、变形量增大和变形时间加长,将发生聚集再结晶,使再结晶α相合并长大成不规则的大片状,引起显微组织明显粗化,断口表面起伏增加。在最佳超塑性条件下,断口中形成了大而深的空洞,晶界滑动和晶间断裂特征明显。

热处理对TC21合金显微组织和室温拉伸性能的影响

研究在不同热处理制度下 ,高强高韧TC2 1钛合金Φ2 0mm轧制棒材的组织和室温拉伸性能的变化规律。结果表明 ,在Tβ( -2 0～ 5 0℃ ) / 1hAC +60 0℃ / 4hAC处理制度下 ,TC2 1合金Φ 2 0mm棒材的室温拉伸强度和塑性分别为 :抗拉强度≥ 110 5MPa ,屈服强度 ( 10 0 0MPa ,延伸率≥ 15 %,断面收缩率≥ 43 %。当合金的显微组织为双态组织时 ,其室温拉伸性能得到良好的匹配。

铣削新型TC21钛合金多目标参数优化

通过对TC21钛合金铣削正交试验,测量表面粗糙度,构建粗糙度预测公式。并以最大材料去除率及最小表面粗糙度为优化目标采用遗传算法对钛合金铣削切削参数进行优化,以期对生产实践起到一定的指导作用。