双相钛合金微观应力-应变分布的数值模拟

测量了α+β型Ti-8Mn双相钛合金的应力-应变曲线,设计了成分与Ti-8Mn双相钛合金中α和β相成分相近的单相α钛合金和β钛合金,根据这2个单相钛合金的应力-应变曲线,计算了Ti-8Mn双相钛合金的应力-应变曲线并与测量值进行了对比。结果表明:二者吻合得很好,说明所建立的有限元模型是有效的。根据上述模型,对在β相内存在一个α相的情况下,沿不同截面应力-应变的分布进行了数值模拟。结果表明:在外加应力的作用下,最小应力出现在中心α相内,最大应力出现在α-β边界,随着向两侧距离增加,应力值逐渐减小,而应变分布与应力分布相反。

相界面对双相钛合金层裂孔洞形核的影响

利用一级轻气炮对TC4双相钛合金进行加载,获得初期的层裂状态,在加载中采用多普勒激光干涉测速技术对样品自由面粒子速度进行测试。在软回收经过加载的样品之后,借助于金相显微镜、X射线断层扫描、纳米压痕等检测手段进行多维分析,探讨了相界面对孔洞形核位置的影响。结果表明,孔洞绝大部分都在α相内形核,而不是如准静态损伤理论预测的形核于α/β相界面。这是由于相界面的反射与透射作用,当冲击波从高阻抗α相传入到低阻抗β相时,会在α相内产生拉伸脉冲,当拉伸脉冲足够大时,导致在α相内产生孔洞。

双相钛合金室温大压缩变形下的组织细化(英文)

研究了室温大压缩变形下双相Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金的组织细化。原始片层组织中α相和β相的平均宽度分别为0.7和0.5μm;当压下量达到75%时,在α相和β相中均发现了纳米晶,晶粒尺寸分别约为50和100nm。采用TEM和XRD对大压缩变形后的显微组织和织构变化进行分析。结果表明,α相中滑移位错间的交互作用、β相中滑移位错间及与应力诱发马氏体的复杂作用是显微组织细化的原因。此外,α相和β相之间的相互作用对于晶粒细化有影响。

双相钛合金拉伸时微观应力和应变的有限元模拟

利用扫描电子显微镜获取了Ti-6Al-4V双相钛合金的显微组织,然后结合图像处理、几何建模等技术建立了基于显微组织的代表性体积单元(RVE)有限元模型;利用ABAQUS有限元软件对RVE进行了拉伸时的微观应力和应变有限元模拟,并采用单轴拉伸试验进行了验证。结果表明:RVE的应力-应变曲线与试验结果吻合得很好,说明所建立的RVE有限元模型是准确的;在外加载荷作用下,微观应力和应变的分布不均匀,最大应力存在于β相中,最大塑性应变则出现在α相中,在α/β相界面区域发生应力和塑性应变的较大波动;应变局部化主要在靠近α/β相界面的α相内出现,随之形成的塑性应变失效带在α相中扩展。

微孔洞对高周循环载荷作用下双相钛合金微塑性行为的影响(Ⅰ):晶体塑性分析

建立二维晶体塑性有限元模型研究微孔洞与高周循环载荷作用下双相钛合金微塑性变形行为的关系。结果表明,几何必需位错(GND)倾向聚集于微孔洞周围,且导致平均GND密度升高。孔洞尖端塑性区域(TPZ)的曲率对GND密度的影响大于孔洞尺寸的影响。随着TPZ曲率和空洞尺寸的增大,初生α、次生α及β基体内的累积剪切应变增大。初生α相内柱面滑移系上的累积剪切应变主导其变形。当微孔洞间距增大时,微孔洞对累积剪切应变的影响减弱。

旋锻制备超细晶双相钛合金及其超塑性

介绍了利用旋锻制备亚微米晶粒双相钛合金的工艺,研究了它的超塑性.结果表明晶粒的超细化使TC11合金在较低温度(800℃)和(或)较高应变速率下获得了超塑性,其延伸率可达300%-753%.

激光冲击强化TC4双相钛合金过程中β相的细化机理

采用激光冲击强化(LSP)技术对TC4双相钛合金进行表面强化处理(冲击0~3次),研究了β相晶粒细化机理以及强化前后残余应力、表面硬度及疲劳强度的变化。结果表明:激光冲击强化过程中,β相晶粒内的位错首先通过滑移形成位错线,随着塑性变形加剧,位错不断堆积形成位错壁和位错胞,位错进一步运动后形成亚晶界,并通过动态再结晶实现晶粒细化;3次冲击强化后,合金的晶粒尺寸由原始板材的21.33μm降至4.68μm;随着激光冲击强化次数增加,合金表面的残余压应力、显微硬度及疲劳强度均增大。

冷热加工性极佳的α-β双相钛合金

原来为防弹击而开发的装甲板用高强度α-β双相钛合金“ATI425”，在其加工制造过程中却显示出了该合金特别优异的冷加工性和热加工性。该合金利用了廉价的Fe元素取代了传统钛合金中的贵重V元素作为合金中β相稳定化元素，它既可热轧成包括薄板、卷材、精轧薄带、无缝管等各种形状的产品，

α-β双相钛合金“ATI425”

美国Allegheny技术公司（ATI）的研究人员新近研制成功一个新型α-β双相钛合金“ATI425”，这一钛合金不仅具有优异的力学性能，尤其是具有极佳的超塑性成形性和开孔疲劳性能，还可进行摩擦搅动焊接。这一新材料用途十分广泛，颇适合用来取代钢、铝、复合材料，以及纯钛材及其他钛合金，特别是在航空航天以及军事防御系统方面有其广阔的应用前景。

超塑性高强度α-β双相钛合金

美国匹兹堡的Allegheny Technologies Inc．公司新研制的一个合金“ATI425”是一种具有相当于Ti-6A1-4V的高强度以及冷加工性和热加工性优异的α-β双相钛合金，其性能优于宇航和军工方面现用的钛合金。ATI425合金兼备了优异的力学性能，用途广泛适合作为钢铁、铝、复合材料、工业纯钛以及其他钛合金的替代材料。

双相钛合金材料疲劳问题研究进展

双相钛合金材料多样的微观组织结构特征,以及不可避免的内在缺陷,对材料疲劳裂纹萌生、扩展以及失效等多个阶段有着重要的影响.本文针对双相钛合金材料的疲劳问题,聚焦微观组织与几何缺陷效应,从试验和数值模拟两个角度,系统综述了双相钛合金材料在裂纹萌生以及扩展阶段的疲劳性能评估与寿命预测方面的最新研究成果.同时,针对微观细节丰富的片层组织,重点总结了片层组织与微观缺陷协同效应下的双态合金疲劳裂纹萌生问题,并对后续研究中的机遇与挑战进行了展望.

双相钛合金高温变形协调性的CPFEM研究

基于率相关滑移为主的晶体塑性本构模型,结合Voronoi方法创建双相多晶体集合,研究不同组织特征的Ti-6Al-4 V合金的高温变形行为,重点关注双相组织中应力、应变空间分布特征及其演化,应力、应变相间分配,并提出一种变形协调性定量评估方法。结果表明,多晶变形过程中,晶界及其附近是变形的优先响应区域;β晶粒与a晶粒之间存在包围结构特征可加剧局域应变的差异分配;晶粒长短轴比越大,周围异相界面越多,则其局域变形协调性越低。α和β相应力频率统计呈双峰形态,α相中平均应变较高,而β相中应力较高。随α相体积分数增加,拉伸屈服强度和应力协调系数降低,而应变协调系数先降低后升高。随α基面织构体积分数增加,拉伸屈服强度和加工硬化率升高,且应力协调系数升高,而应变协调系数先降低后升高。

双相钛合金Ti-6Al-4V微观缺陷疲劳演化的片层结构分布效应

本文研究疲劳载荷作用下双相钛合金Ti-6Al-4V中片层结构对微观几何缺陷区域演化的影响.基于晶体塑性有限元(Crystal Plasticity Finite Element, CPFE)理论,建立含微观椭圆缺陷的双相片层代表性体积单元(Representative Volume Element, RVE)模型,通过调控缺陷附近的微观组织形貌,使缺陷两端分别出现单相结构和片层结构,以突出双态合金中片层结构分布对微观缺陷演化的影响.模拟结果表明,位于微观缺陷两侧的晶粒,片层结构的应变敏感性更大,应变沿缺口环向和沿晶内均呈不连贯波动.片层结构通过调节晶内应变,扩大承载范围,可提高双相钛合金的抗疲劳特性.这一研究结果可为双相钛合金的疲劳裂纹萌生提供一个新的解释途径.

低温超塑性钛合金的超塑性研究

对一种超塑性温度相对较低的双相钛合金SPZ的超塑性能进行了研究。结果表明：740～800℃，应变速率恒为1．11×10^3s^-1时，SPZ合金的最大拉伸延伸率均超过1600％；760℃，合金的超塑延伸率可高达2149％。760℃，应变速率高达1．11×10^-2s^-1时，合金的超塑延伸率仍可达1380％。也就是说，700℃／1hAC处理后，SPZ合金在试验温度范围内具有低温高速超塑性。SEM观察发现，超塑变形前，合金的晶粒细小均匀，平均晶粒尺寸只有0．89μm；应变速率为2．22×10^-3s^-1，740℃，760℃变形后SPZ合金的晶粒尺寸分别为1．51μm，2．33μm。超塑性变形的微观机制是以晶界滑动为主，晶内变形以及位错蠕变起了协调作用。

焊接参数对不等厚钛合金角接结构激光诱导电弧焊接成形的影响

采用低功率激光诱导TIG电弧焊接技术,对15 mm和6 mm厚TC4钛合金板的角接结构焊接工艺进行研究。分析了焊接参数对不等厚板角接结构焊缝成形、焊接接头典型组织特征和显微硬度分布的影响机理。试验结果表明:在激光功率485 W、TIG电弧电流240 A、预留间隙0.3 mm时可获得最佳成形焊接接头;激光与电弧的匹配增大了焊接参数选择范围,可增强面对特殊结构的焊接适应性。钛合金不等厚板角接结构焊后接头呈非对称状,两侧组织存在差异,薄板侧晶粒长大明显,出现柱状晶区,TC4双相钛合金焊后组织中出现的网篮组织能提升焊缝强度。

Ti-6Al-4V钛合金高温微观变形行为

利用已有文献,结合修正的混合物模型和等功定律得到了Ti-6Al-4V钛合金中α相和β相在高温条件下的应力-应变关系,研究了合金在高温变形时两相的加工硬化率、应力-应变分配系数以及宏观应力和应变贡献率的变化规律。结果表明:β相和α相分别在宏观应变约为0.07和0.14时出现应变软化现象,且α相和Ti-6Al-4V钛合金在同一时刻开始出现应变软化现象,可见α相的应变软化行为在合金变形中发挥着重要作用;随变形的进行,两相应力-应变分配系数的绝对值逐渐降低,最终趋于稳定,表明两相变形的协调性得到改善;在变形达到稳定时,α相对宏观应力的贡献率比其体积分数大,而对宏观应变的贡献率比其体积分数小。

深冷处理时间对TC4钛合金微观组织结构及力学性能的影响

采用液氮直冷法在-196℃下对TC4双相钛合金进行不同时间的深冷处理,利用金相显微镜对晶粒尺寸进行表征;利用扫描电子显微镜(SEM)对α相和β相体积分数进行表征;利用维氏硬度仪、电子万能试验机分别对硬度和拉伸性能进行表征。通过晶粒尺寸以及α相和β相等组织结构的变化,来分析材料的硬度和拉伸性能的变化原因。实验结果表明:随着深冷时间的延长,材料的晶粒尺寸逐渐下降,β相的体积分数逐渐减少,转变为α相。材料经过12 h的深冷处理后,晶粒得到细化,β相向α相转变,材料在深冷12 h时综合力学性能表现优异;当深冷时间超过12 h后,材料内α相和β相两相体积分数与12 h两相体积分数相比没有明显的变化,并且由于深冷超过12 h的样品在取出到室温后,材料局部回复作用越发明显,整体晶粒尺寸相比12 h时,没有明显的细化,因此,材料的强度和硬度均低于12 h时的强度和硬度。综上所述,深冷12 h为最佳深冷时间,TC4钛合金在液氮中经过12 h的深冷处理可以获得优异的综合力学性能。

钛合金的切削技术

我们公司使用的钛合金材料是Ti-TC4钛合金,属于α＋β双相钛合金。它具有良好的综合性能,组织稳定性好,有良好的韧性、塑性和高温变形性能。能较好地进行热压力加工,能进行淬火、时效使合金强化,热处理后的强度约比退火状态提高50%～100%。高温强度高,可在400～500℃的温度下长期工作。特别适用于本公司生产的部分石油测井仪器,各个方面均能满足井下仪器的苛刻环境要求。

TiAl合金细小全层片组织形成机理

根据对细小全层片组织及其高温转变中间组织的金相和电镜观察分析结果，提出了一种新的双相钛铝合金全层片组织形成机理，即γ／α层片结构在α单相区温度下沿γ相基体中不同取向｛111｝γ惯习面成束形成，而后在冷却过程中转变为层片团细小的γ／α2全层片组织.