粉末冶金TA15钛合金的高温塑性变形行为

利用Gleeble-1500热模拟机对粉末冶金TA15钛合金的高温变形行为进行研究，求得该材料的变形激活能，并建立本构方程。实验条件为温度850~1050℃、应变速率0.001~10 s？1、最大变形量60%。结果表明：粉末冶金 TA15钛合金的流变应力随变形温度升高和应变速率降低而减小。材料在β相区的变形激活能为245.57 kJ/mol，发生动态回复；在（α＋β）相区激活能为945.69 kJ/mol，远高于纯钛的扩散激活能，也高于相同成分的常规熔炼的TA15钛合金的变形激活能。热变形机制受动态再结晶行为影响。

烧结工艺对TA15粉末冶金钛合金组织与性能的影响

采用氢化脱氢TA15钛合金粉末为原料,通过模压成形与真空烧结及进一步热等静压(hot isostatic pressing,HIP)处理,制备TA15钛合金,对烧结合金及其热等静压后的组织形貌与拉伸性能进行分析与测试,研究成形压力及烧结温度对该合金组织与性能的影响。结果表明,随压制压力增大或烧结温度升高,烧结体的抗拉强度和伸长率都提高。热等静压后晶粒趋于球化,抗拉强度提升不明显,伸长率提升较显著。压制压力为700 MPa,烧结温度为1 300℃时,烧结合金的抗拉强度和伸长率都达到最大值,分别为1 050 MPa和2.81%。经HIP处理后合金的抗拉强度最高达到1 170 MPa,最大伸长率为5.6%。

粉末冶金Ta合金中的隐性胞状结构

采用Ta-W-Hf预合金化粉末通过冷等静压成型、热等静压和高温退火工艺制备了Ta-W-Hf合金块材,讨论了热等静压和后续的高温退火处理对合金性能的影响。发现在低的热等静压温度下,材料具有较高的强度和硬度,但塑性较低;提高热等静压温度或进行高温退火处理,可以大幅度提高拉伸延伸率和断面收缩率,同时伴随着强度的降低。分析表明,产生这种现象的主要原因是合金中的氧元素在原料颗粒中分布不均匀,并保留在热等静压成形后的块体材料中,形成了一个无相变的隐性硬壳的胞状结构。高温退火处理可以消除这种结构。

TA15粉末冶金承力结构件研制及强度试验考核

针对飞行器承力结构件结构尺寸大、高温力学性能及尺寸精度要求高的研制特点,通过对比多种工艺方案后选取粉末冶金热等静压工艺,完成了近1m尺寸量级的局部1∶1样件研制,获得了合理的工艺参数及变形控制方法,验证了粉末冶金工艺对该类结构件的适应性。根据该结构件的承载特点进行了强度有限元分析,设计了强度试验方案并完成试验考核,试验结果与有限元分析一致性较好。并根据试验结果给出了结构改进的方向。

激光选区熔化成形工艺对TA15钛合金内部缺陷与力学性能的影响

利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形技术制备TA15钛合金,通过光学显微镜(Optical microscope,OM)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)和室温拉伸等研究了激光功率和扫描速度对SLM成形TA15钛合金内部缺陷与力学性能的影响规律。结果表明:在低激光功率(100~125 W)、高扫描速率(1200~1600 mm/s)区域,激光能量密度较低,合金内部缺陷主要为不规则形状的缺陷;在高激光功率(150~200 W)、低扫描速度(800~1000 mm/s)区域,激光能量密度过高,合金内部缺陷主要为规则球形缺陷。规则球形缺陷的存在会导致合金塑性显著降低、对强度影响较弱;而不规则未熔合缺陷的存在会显著降低合金强度和伸长率。TA15钛合金的最佳工艺参数:激光功率为200 W、激光扫描速度为1600 mm/s时,成形合金拉伸强度为(1291±4.2)MPa,断裂伸长率为(8.5±0.5)%。

Ti和Fe中间层对TA15/硬质合金复合板界面结构与剪切强度的影响

钛合金和硬质合金在扩散复合过程中由于易产生脆硬化合物、热膨胀系数差异诱导高热应力等,导致界面结合性能较差。为了改善TA15/硬质合金复合材料界面结合性能,研究了中间层、复合温度以及硬质合金中Co含量对复合材料界面结构和剪切强度的影响。通过扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射(XRD)等表征方法对复合材料界面附近的元素扩散、界面化合物的类型等进行分析。通过压缩剪切实验对TA15/硬质合金复合材料的界面剪切强度进行测试。结果表明:加入中间层材料(Ti、Fe)可以在一定程度上增加界面附近元素扩散,还能够通过自身的塑性变形来释放复合界面的热应力,从而提升界面的结合性能。复合温度会影响界面附近的元素扩散速率和复合界面的组织结构,从而影响复合材料界面结合性能。

不同道次应变分配下TA15钛合金双道次热压缩静态软化行为

在变形温度为910~970℃、应变速率为0.01 s^(-1)、道次保温时间为1000 s、总应变为0.9条件下,对TA15钛合金进行了双道次热压缩实验,研究了第一道次应变为0.25、0.45、0.65时对合金热变形过程中静态软化行为的影响。结果表明:在不同第一道次应变分配下,除变形温度为910℃且应变为0.25时,合金在道次保温间隔后均出现了静态软化现象,即第二道次流动应力峰值均低于第一道次卸载应力;第一道次应变分配较高时,由于累积畸变能较多,软化程度更为明显;变形温度越接近相变点,第一道次应变对静态软化影响程度越大;微观组织分析表明,道次保温间隔后比保温前的初生α相体积分数明显减少,减小程度与静态软化程度呈正相关性。

基于JmatPro软件的TA15钛合金设计与实验

利用JmatPro软件计算了不同典型合金元素含量下TA15钛合金的相图和力学性能,明确了典型合金元素对TA15钛合金相变点、拉伸性能影响规律。研究表明:Al能提高合金的相变温度和强度,V、Mo降低了合金相变温度,但具有一定固溶强化作用,Zr对相变温度影响不显著,但对提升合金强度有利。基于优化后的成分配比,制备了Φ105mm×6mm规格的TA15钛合金无缝管并对组织和力学性能进行分析。结果表明,TA15无缝管具有双态组织,室温抗拉强度为998 MPa,延伸率17.5%;500℃高温抗拉强度可达715.5 MPa,这说明该TA15无缝管兼具了良好的室温韧塑性和高温性能。

热处理温度对TA15钛合金板材组织及性能的影响

本研究对冷加工态TA15钛合金板材进行了750℃、800℃、850℃和900℃四种温度的热处理,并深入探讨了处理后的显微组织、室温拉伸性能、弯曲性能、洛氏硬度和高温性能。结果显示,在750℃时,板材的横向为等轴组织,纵向含有少量拉长组织;而在800℃至900℃范围内,板材的横向和纵向均形成了均匀细小的等轴组织。随着热处理温度从750℃升至850℃,板材的拉伸强度逐渐降低,而伸长率、弯曲角度则有所增加,洛氏硬度逐渐下降。值得注意的是,800℃至850℃热处理的板材显示出优异的综合性能,特别是850℃热处理的板材已完全再结晶。因此,建议TA15钛合金冷轧板材在这个温度范围内进行热处理,以获得最佳的显微结构和力学性能。

1050A纯铝/TA15钛合金异种金属冷焊接头组织与性能

【目的】该文旨在研究1050A纯铝/TA15钛合金异种金属冷焊接头的组织与性能。【方法】采用JH-2000冷焊机对1050A纯铝/TA15钛合金异种金属进行了对接焊试验,通过优化焊接工艺参数实现了冷焊技术对铝/钛异种金属的连接。由于冷焊具有高频放电、瞬间高温的特点,焊接热输入低,接头界面金属间化合物层厚度较小,冷焊能得到成形质量良好、内部近无缺陷的优质接头。【结果】结果表明,在脉冲时间30 ms、脉冲电流30 A的焊接工艺参数下,接头界面金属间化合物最少,接头平均抗拉强度达到120.3 MPa,抗拉强度超过纯铝母材的88%。断裂类型为韧性-脆性混合断裂,接头界面铝侧焊缝区为异种接头的力学性能的薄弱区。【结论】显微组织热量输入对钛/铝异种接头界面显微组织金属间化合物层的成形和数量具有较大影响。金属间化合物的数量对铝/钛异种金属焊接接头的力学性能显著影响。

TA15钛合金铣削加工表面完整性对疲劳寿命的影响

为优化TA15钛合金硬质合金立铣刀铣削参数,控制铣削加工表面完整性,提高构件疲劳寿命,通过铣削试验、表面完整性测试和疲劳试验,研究了TA15钛合金铣削加工表面完整性对疲劳寿命的影响。结果表明,铣削加工后TA15钛合金表面粗糙度Ra为0.148~0.245μm,最大残余压应力位于表面,残余压应力影响层深度约为30μm,硬化层深度约为70μm;疲劳寿命随着表面粗糙度的减小和表面残余压应力的增大而增大;最优的铣削工艺参数组合为:铣削速度40 m/min、每齿进给量0.03 mm/z,疲劳寿命最高为4.044×10^(5)次;拉伸断口为韧性断口,断口韧窝较深。

热处理对增材制造TA15合金微观组织及力学性能的影响

采用激光连续粉末床熔融技术制备了TA15(Ti-6.5Al-2Zr-Mo-V)合金试样,并对其进行了不同温度的正火处理。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和拉伸试验等研究了热处理温度对TA15合金试样显微组织和力学性能的影响。结果表明:当热处理温度从700℃升高到950℃时,TA15合金试样晶粒尺寸明显增大,KAM角度差明显减小,伸长率明显增加,抗拉强度和屈服强度降低,当热处理温度(1050℃)超过合金的相变温度后,会有β相生成,伸长率又会再次降低。与直接成形试样相比,经过950℃热处理后,试样的室温伸长率提升超过93%,500℃高温伸长率提升超过63.8%,基本满足了其在航空航天领域的使用需求。

表面处理工艺对TA15钛合金中厚板弯曲性能的影响

研究了不同表面处理工艺对TA15钛合金中厚板弯曲性能的影响,通过开展表面粗糙度检测、表面SEM电子显微镜观测以及极限弯曲试验,确定了最佳表面处理工艺.结果表明:采用120#千叶轮抛光+酸洗减薄工艺可以使板材表面平整度和光洁度得到明显改善,表面粗糙度平均值降至0.13μm;抛光和酸洗联合工艺可以消除板材表面微观潜在裂纹源,降低板材因表面质量问题而过早发生开裂的风险,极限弯曲角增大至52°~54°,较原始表面提高了54.29%~60.61%,板材弯曲性能得到有效提升.

化学铣切参数对钛合金TA15原子力显微形貌的影响

分别研究了搅拌速率、溶液配比、摆放位置、化铣时间、添加剂含量和化铣温度等化学铣切(化铣)参数对TA15钛合金显微形貌的影响,并采用原子力显微镜(AFM)表征其形貌。结果表明:增加搅拌速率、溶液配比、化铣时间和添加剂都会使得化铣之后表面粗糙度减少;随化铣温度增加,表面粗糙度先增加后减小;摆放位置对TA15钛合金表面粗糙度的影响较小。

基于GWO-SVR的LPBFTA15钛合金尺寸精度模型预测研究

目的由于激光粉末床熔化(LPBF)成形过程中熔池存在复杂的热膨胀和收缩行为,导致LPBF成形TA15钛合金零件尺寸与工艺参数之间存在复杂的非线性关系。为了有效预测TA15合金零件的尺寸精度,提出了一种群体智能算法结合支持向量回归(SVR)模型的方法。方法以激光功率、扫描速度、扫描间距和层厚为实验变量,以成形零件X、Y、Z3个方向的尺寸精度作为响应。通过正交实验设计生成数据集,建立以LPBF工艺参数为输入、TA15合金尺寸精度为输出的SVR模型。利用灰狼算法对SVR模型的超参数进行优化,并采用统计评价指标与SVR、PSO-SVR模型进行对比。结果通过粒子群(PSO)算法和灰狼(GWO)算法优化的SVR模型能够有效预测LPBF成形TA15合金不同方向上的尺寸精度;其中GWO-SVR模型的预测精度和效率最高,在X方向尺寸精度预测模型上的决定系数(R^(2))、平均绝对相对误差(AARE)和均方根误差(RMSE)依次为0.917、19.7%、0.027,在Y方向尺寸精度预测模型上的R^(2)、AARE和RMSE依次为0.906、9.7%、0.021,在Z方向尺寸精度预测模型上的R^(2)、AARE和RMSE依次为0.911、10.3%、0.019。结论采用GWO优化的SVR模型,其预测性能和计算效率显著提高,研究结果可为增材制造TA15合金的尺寸精度预测提供数据支持和理论参考。

退火温度对TA15钛合金显微组织和力学性能的影响

TA15钛合金产品通常都要进行退火处理。为揭示退火温度对其显微组织和力学性能的影响,对ϕ350 mm的TA15钛合金试棒分别进行了在760℃、800℃和840℃保温2 h空冷至室温的退火。随后采用扫描电镜和电子万能拉伸试验机检测了试棒的显微组织、室温和高温拉伸性能以及拉伸断口的形貌。结果表明:随着退火温度的升高,β相转变的组织增多,细小的α相充分球化且杂乱分布;随着退火温度的升高,合金的室温抗拉强度升高,室温屈服强度先升高后略微降低,断后伸长率降低,而高温抗拉强度和屈服强度均升高,塑性变化不大,拉伸断口的韧窝变大变浅,以韧性断裂为主。

EIGA法制备激光3D打印用TA15钛合金粉末

采用电极感应熔炼气雾化(EIGA)法制备了激光3D打印用TA15钛合金粉末,研究了熔炼功率对粉末收得率、粒径分布、粉末形貌、松装密度和流动性等特征的影响。结果表明,随着感应熔炼功率增大,粉末收得率和平均粒径减小,当熔炼功率为65kW时,粉末收得率超过62%,中值粒径D_(50)小于100μm,松装密度为2.731g/cm3,流动性为22.46s/50g。对粒径50~180μm的粉末采用激光3D打印,激光直接沉积成形的TA15钛合金样品表面无宏观裂纹和气孔等缺陷,金相组织为细晶网篮组织,制备的TA15钛合金粉末具有良好的可打印性。

不同规格TA15钛合金板材微观组织与拉伸性能的研究

通过包覆叠轧工艺,对TA15钛合金进行轧制加工,研究不同规格TA15钛合金板材的微观组织以及拉伸性能。研究发现:不同规格板材RD和TD方向的微观组织中,均有大量的细小α晶粒在组织中均匀分布,相比与TD方向的微观组织,板材RD方向的微观组织中除细小α晶粒,还存在一定的带状组织。两种不同规格的板材中,发现厚度较薄板材的强度较高,进一步对比,发现两种规格板材RD方向强度相对较低。不同规格板材的拉伸断口形貌整体上显示出相似的特征,均是以韧窝为主,且部分小韧窝分布在尺寸较大的韧窝内部。除了典型的韧窝特征外,发现TD方向的拉伸断口中,还存在撕裂棱以及微裂纹。

TA15钛合金断口组织特征与持久断裂关联性的研究

通过一系列高温持久试验,结合金相显微镜、扫描电镜组织分析,研究了TA15钛合金持久断口附近晶粒分布以及断口附近的变形特征与持久断裂的关联性。结果表明:高温400℃、加载应力为440 MPa时,相比较于纵向试样,横向试样的持久寿命较长,说明其持久性能较优异;观察断裂位置和夹持端的组织特征后,再与持久断裂时间比较发现,断口处的晶粒尺寸明显大于夹持端的晶粒尺寸,并且持久断口处的组织形态有明显拉长;扫描电镜下的断口组织显示,试样断裂形式均为韧窝聚集型断裂,经对比发现,横向试样的裂纹扩展途径曲折,并且韧窝比较深,纵向试样韧窝呈现出不规则形状,韧窝较浅。

TA15钛合金相变温度与锻造温度符合性确认

针对TA15钛合金相变温度与两相区(α+β)锻造加热温度符合性问题,对TA15钛合金棒料及锻件进行了多批次对比性的工艺验证,结果表明:TA15棒料相变点测定有效区间在992~996℃,根据相变点选取原则,将两相区(α+β)锻造加热温度(955±5)℃进行固化并进行试验,锻件形状、尺寸、力学性能、高低倍组织、超声检测等全部达到了规定的技术要求。