基于机器学习的Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金热加工图预测

为了研究Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金的热变形行为,运用Instron 5869压缩实验机进行热压缩实验。构建了以变形温度、应变速率、应变为输入变量和流变应力为输出变量的6种机器学习模型,预测不同条件下该合金的流变应力值并评估检验模型的预测性能。根据预测表现最好的LSTM神经网络模型的预测数据绘制预测加工图,对照实验加工图评估检验其预测能力。结果表明:预测加工图能够较为准确地反映出Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金在应变为0.499时的可加工区域,与实验加工图的吻合程度较高,该方法能较好地预测Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金的热变形行为。

低成本钛合金在车辆上的工程应用研究

随着钛合金在航空航天等领域的用量不断提升,昂贵的加工和使用成本已经成为制约其扩大应用的主要障碍,迫切需要发展低成本钛合金材料及其加工技术,因此钛合金低成本化以及钛合金材料成形的低成本化已成为国内外钛工业领域研究的重要方向。本文通过添加100%返回料的方式,成功制备了化学成分合格的Ti-Al-V系低成本钛合金铸锭,并采用短流程轧制技术制备了各种规格的板材,分析了轧制过程中Ti-Al-V系低成本钛合金的组织性能演变过程,研制的各规格板材通过了某车辆炮塔体的考核试验。同时采用短流程锻造加工技术,研制了低成本高性能钛合金平衡肘锻件,其显微组织和力学性能均能满足技术标准要求,通过了某车辆的跑车考核试验。

碳微合金化对低成本钛合金组织及力学性能的影响

研究了碳含量对α+β型低成本钛合金Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe微观组织、室温力学性能的影响。结果表明:碳元素的引入细化了原始β晶粒,导致铸态凝固组织由魏氏转变为网篮组织。当碳添加量为0.1wt%~0.3wt%时,Ti C相由细小近等轴状变为短棒状和长条状。980℃热轧后,合金强度提升,塑性最高可达15%,力学性能明显改善。这是由于轧制过程中组织破碎晶内大量位错塞积,通过EBSD织构分析发现随着碳含量增加,织构强度减小,Ti C相为α相的再结晶提供了形核质点。其中Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe-0.1C合金在室温下表现出良好的强度和断裂伸长率匹配。

低成本钛合金激光-电弧复合焊接仿真分析

以10 mm的TC4LCA钛合金板为母材,建立TC4LCA板材有限元焊接接头模型,应用Marc软件对热源进行校核,校核结果吻合度较好,并对温度场和应力场进行模拟计算,结果表明焊缝底部位置存在较大残余应力,是焊接缺陷敏感区域;焊后试件中间位置横截面横向残余应力呈现上表面与下表面两端受压、中间受拉的状态,板厚方向残余应力数值较小。

低成本钛合金研究

采用廉价的Fe Mo中间合金设计研究出Ti8LC和Ti12LC低成本钛合金 ,前者为近α型 ,后者为近 β型钛合金 ,两者的室温拉伸性能均优于TC4。

Ti8LC低成本钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

采用双重退火对Ti8LC低成本钛合金进行热处理,测试其拉伸性能,并对其疲劳裂纹扩展行为进行研究,探索其疲劳断裂机制。结果表明,提高双重退火的第1次退火温度,强度略有升高,塑性降低。da/dN试样断口3个区特征明显:预裂区为解理断裂机制。稳态扩展区裂纹以条纹循环机制向前扩展,同时能观察到很多二次裂纹。快速扩展区的断口呈韧窝型断裂特征。该合金的疲劳裂纹扩展速率对退火温度不敏感。

新型低成本钛合金高周疲劳性能和断裂韧度

研究了双态组织和片层组织对新型低成本钛合金室温拉伸性能、断裂韧度以及高周疲劳性能的影响。试验结果表明:双态组织的抗拉强度低于片层组织,同时具有更高的拉伸塑性;由于裂纹在片层组织中的扩展方向的改变比在双态组织中更频繁;因此,具有更高的断裂韧性(119.24 MPa.m1/2);相对于片层组织,双态组织抗疲劳裂纹萌生的能力更强,具有更高的疲劳强度(790 MPa)。

Ti-Al-Fe低成本钛合金TIG焊焊接组织和性能研究

研究了Ti-Al-Fe低成本钛合金钨极氩弧焊焊接接头的内部质量、组织和力学性能,并与TC4钛合金进行了比较。结果表明,Ti-Al-Fe低成本钛合金焊缝表面质量良好,焊缝内部融合良好,无焊接缺陷,可焊性好;2种合金的焊缝区宏观组织均由粗大的柱状晶和少量等轴晶组成,Ti-Al-Fe合金柱状晶组织较细,晶内由针状次生α相和少量的长条状初生α相组成;2种合金热影响区均为粗大的等轴晶,晶内由大量初生α相和少量针状次生α相及残余β相组成;Ti-Al-Fe低成本钛合金焊缝抗拉强度达到1204 MPa,比TC4钛合金高111 MPa。

美国大力开发低成本钛合金

本文从公用分组交换网的主要性能指标，讨论了转送远动数据的一些问题，并提出相应的改进措施。

一种提高Ti-Al-V-Cr-Fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺

本发明公开了一种提高Ti-Al-V-Cr-Fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺,该工艺包括:(1)将钛合金铸锭进行相变点温度以上的多火次开坯及高温锻造;(2)相变点温度以下的锻造;(3)相变点温度以上的终锻;(4)退火处理后空冷至室温,最终得到Ti-Al-V-Cr-Fe系钛合金成品。本发明采用高—低—高的锻造方式,结合锻后“空冷+水冷”的冷却方式以及退火处理,得到具有项链状的晶界α相、网篮状分布的多尺度片状α相复杂微观结构,从而使钛合金成品具有较高的强度以及良好的塑性和韧性,大大提高了钛合金强度—塑性—韧性匹配。

低成本β型钛合金时效组织和力学性能的研究

依据合金设计准则并参考钼当量[Mo]eq及Kβ稳定系数设计了两种低成本的β型钛合金,名义成分Ti-9Mo-4Cr-Fe-4.6Al(1#)和Ti-9Mo-4Cr-Fe-4.6Al-0.3O(2#),研究了该两种合金铸态及不同时效条件下的组织及性能。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)观察与分析了该合金不同时效态的组织,进行了维氏硬度和压缩性能测试。结果表明:1#和2#合金分别在550℃/8 h及520℃/(2~5)h具有最好的析出效果。性能变化结果为:时效处理后两种合金最高硬度分别为608.83 HV10和650.35 HV10;最好的压缩性能为:1#合金压缩屈服强度和抗压强度分别为1404 MPa和1562 MPa,压缩率为9%;2#合金压缩屈服强度和抗压强度分别为1405 MPa和1561 MPa,压缩率为21%。因此,为了获得良好的塑性,含O钛合金的时效温度应选在520℃。

新型低成本钛合金的热变形行为研究

针对一种新型低成本钛合金Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe在应变速率范围为0.0002~0.2 s^(-1),变形温度在1123~1273 K之间,工程应变量为50%条件下的热变形行为进行了研究。根据真应力-真应变曲线分析变形参数对流变应力的影响,建立了该合金的Arrhenius本构模型。基于动态材料学模型,给出Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金在真应变为0.92下的加工图,以优化相应的工艺参数。

锻造工艺对新型低成本钛合金组织和性能影响

研究准β锻造工艺和两相区锻造工艺对新型低成本Ti-Al-Mo-Cr-Zr系钛合金显微组织和力学性能的影响规律。采用金相显微镜(OM)观察新型低成本钛合金不同锻造工艺后的退火态组织特征,采用扫描电镜(SEM)分析合金的断口形貌,并测试合金的拉伸性能、断裂韧度等主要力学性能。结果表明:合金采用两相区锻造工艺(895℃),获得双态组织,β基体上均匀分布着约占40%的等轴初生α相;合金的强度和塑性较高,其中抗拉强度σb=1054 MPa,延伸率δ5=17%,断面收缩率ψ=51%;但断裂韧度偏低,KIC=63 MPa(1/2)m。采用准β锻造工艺(940℃),获得网篮组织,细小的板条状次生α相交织分布,无初生α相;合金的强度和塑性有所降低,抗拉强度σb=1008 MPa,延伸率δ5=13%,断面收缩率ψ=33%;但断裂韧度较高,KIC槡=86 MPa m。随着锻造温度从两相区895℃升到β单相区940℃,新型低成本Ti-Al-Mo-Cr-Zr系钛合金强度变化幅度小,而断裂韧度、塑性,特别是断面收缩率性能指标对锻造温度变化反应敏感。

Fe代替V制备低成本钛合金的组织与性能

设计了4种成分的低成本Ti-Al-V-Fe合金,通过真空非自耗电弧熔炼及热处理得到成分较为均匀的(α+β)钛合金铸锭,并利用扫描电镜、拉伸试验机、数显硬度计等手段研究了不同Fe和V含量的低成本钛合金的微观组织与力学性能。结果表明,不同成分钛合金的组织差异不明显,多为粗大柱状晶,显微组织为魏氏组织和网篮状组织;随着Fe和V含量增加,其屈服强度和抗拉强度随之增大,其中Fe比V的强化效果更明显;当Fe含量升高时,钛合金伸长率降低程度明显严重,Fe含量过高会使晶格畸变过大引起相的脆化;V对钛合金组织细化作用明显,当V含量增加时钛合金伸长率略有提高。

低成本α+β型钛合金Ti4.5Al12Cr4Mn的设计与制备

在Ti-Al-Cr-Mn四元系热力学优化评估的基础上[1],利用钼当量与钛合金的力学性能的关系,设计了一种低成本α+β型钛合金Ti4.5Al12Cr4Mn,用水冷铜坩埚成功制备.采用金相显微镜和万能试验机研究了其组织和室温力学性能,发现:Ti4.5Al12Cr4Mn是一种α+β型钛合金,与期望的微观组织结构一致,室温拉伸强度Rp0.2=1196.83 MPa,Rm=1 384.22 MPa,但塑性比较低,δs仅为5.8%,还有待改进.

以稻壳为强化原料制备低成本钛合金的摩擦学性能

以稻壳热解产物为SiO2源,通过粉末冶金法制备了Si和O固溶强化的低成本钛合金,并从磨损率、磨损表面形貌和磨屑成分等角度研究了其摩擦学性能和磨损机理。结果表明,随着SiO2加入量的增加,Ti合金的体积磨损率显著降低,与硬度的变化规律吻合良好,同时磨损表面有三处变化,即犁沟的深度变浅、塑性变形程度降低和磨屑的尺寸变小且数量减少。SiO2的加入使磨损机制从纯Ti的粘着磨损和磨料磨损转变为磨料磨损和氧化磨损,而磨屑尺寸的减小可归因于GCr15球和钛基体反复摩擦,导致磨屑的脆化。本研究提供了一种使用农业废稻壳生产具有优良综合性能的钛合金方法,在降低钛合金成本的同时也有益于生态环境的保护。

碳微合金化对Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe低成本钛合金组织及力学性能的影响

采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉制备了不同碳含量为0、0.1%、0.15%和0.3%的Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe低成本钛合金,研究了碳微合金化对钛合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明:随着碳元素的引入,原始β晶粒以及α片层宽度尺寸有一定的细化,合金铸态凝固组织由魏氏组织逐渐转变为网篮组织,TiC在晶界析出。碳含量增加,合金强度增强,塑性降低,其中Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe-0.1C合金综合力学性能最佳,抗拉强度和屈服强度分别为979 MPa和920 MPa,延伸率为5.4%。

案例教学模式在“钛合金低成本加工技术”课程中的应用

该文旨在说明,案例教学是一种将理论知识与实践经验相结合的教学方式,案例教学在“钛合金低成本加工技术”课程中的应用,通过案例材料将抽象事物具体化,使得该课程内容更加生动充实,在举例说明的同时让学生了解、甚至于掌握钛合金低成本加工的相关知识。与传统的教学方式相比,该教学模式更容易被学生理解与接受。运用案例教学模式,不仅达到了教学目标的要求,而且激发了学生的学习兴趣,培养了学生善于思考、勇于探讨的能力,更提升了学生的综合能力,同时也提高了教学质量。