陶瓷结合剂CBN砂轮高速磨削钛合金TC4-DT

针对钛合金磨削温度高、磨削表面质量难以控制等特性,采用陶瓷结合剂CBN砂轮开展了TC4-DT钛合金高速磨削实验研究,研究了磨削用量对磨削温度、磨削力和磨削表面形态影响规律及机制。结果表明:砂轮线速度和磨削深度对钛合金TC4-DT磨削力、磨削温度及表面粗糙度影响最为显著,而工作台速度对其影响不明显。砂轮线速度在60~80 m/s时,磨削温度较低,磨削表面质量良好;而砂轮线速度达100 m/s后,磨削温度急剧上升,磨削表面出现斑状涂覆物、微裂纹等热损失缺陷。选择合理高速磨削工艺可获得良好磨削表面质量并提高加工效率。

损伤容限型钛合金TC4-DT的微动磨损性能

采用正交实验设计法,选择影响钛合金微动磨损的位移、载荷、频率3个主要因素,设计L16(4~5)正交表,研究钛合金TC4-DT在不同试验条件下的抗微动性能。以磨损量、摩擦因数为指标研究其微动摩擦磨损特性。结果表明:影响钛合金TC4-DT微动磨损性能的3个因素中,位移、载荷为高度显著影响,频率为显著影响。钛合金TC4-DT的微动磨损为磨粒磨损、粘着磨损和剥层磨损交互作用的结果。

TC4-DT钛合金切削加工参数研究

针对YG8和TiAlN涂层硬质合金两种刀具,通过单因素车削、低速铣削及正交高速铣削加工试验,探究刀具切削工艺参数对TC4-DT钛合金加工件表面粗糙度、表层硬度的影响规律。实验结果表明:钛合金的表面粗糙度随着切削三要素发生变化,切削速度越高,粗糙度越低;进给量越大,粗糙度越大;但随切削深度波动变化。使用TiAlN涂层硬质合金立铣刀进行加工得到的平均表面粗糙度小于YG8硬质合金立铣刀,且加工表面硬度变化更小,更适合用于TC4-DT的铣削加工。

激光增材连接TC4-DT钛合金的组织及力学性能

采用激光增材连接技术对“X”型坡口TC4-DT钛合金锻件进行连接,利用OM和SEM对连接后TC4-DT钛合金基材、热影响区和连接区三个区域的宏微观组织形貌进行表征分析;采用维氏硬度计测量三个区域的显微硬度;采用万能试验机和摆锤冲击仪对不同取样类型的试样进行室温拉伸和冲击实验。结果表明:激光增材连接区与基体形成致密的冶金结合;显微硬度分布从基材到连接区呈递增趋势;随着拉伸试样中连接区占比的降低,TC4-DT钛合金的强度表现为先升高后降低,而塑性却呈现降低的趋势;冲击韧性a kU均在55 J/cm^(2)以上,U型缺口开口方向对连接区冲击韧性影响较大,对结合区冲击韧性无明显影响。

TC4-DT钛合金铣削表面粗糙度试验研究

针对实际生产中TC4-DT钛合金铣削加工表面质量差问题,以钛合金铣削加工表面粗糙度Ra为研究对象,基于低速干切、高速湿切等条件,设计铣削用量影响表面粗糙度试验方案,分析试验结果,探索工艺参数对钛合金加工表面质量的影响规律,提出了改善TC4-DT钛合金铣削加工表面质量的建议,为进一步研究钛合金加工性能提供了参考和借鉴。

不同温度对TC4-DT钛合金摩擦磨损性能的影响

以TC4-DT钛合金为研究对象,研究不同温度(20,300,500℃)对TC4-DT的摩擦磨损性能的影响。采用HT-500型摩擦磨损试验机对TC4-DT合金进行摩擦磨损实验,分析温度对摩擦因数及磨损率的影响;通过扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)和能谱(Energy dispersive spectrometer,EDS)等方法探究磨痕的形貌和成分变化及磨损机理。结果表明,随着温度的升高,磨损过程中TC4-DT合金表面不断生成氧化膜,摩擦因数从0.493下降到0.298,磨痕不断变窄变浅,磨损率大大降低;磨损机理在20℃时以粘着磨损、磨粒磨损为主,伴随着疲劳磨损;在300,500℃时以剥层磨损和氧化磨损为主,伴随少量的粘着磨损和磨粒磨损。

TC4-DT钛合金高温热变形行为研究

利用Gleeble-3500型热模拟实验机,研究了TC4-DT损伤容限型钛合金在温度850℃～1000℃、应变速率0.01～10s-1、变形程度为40%～70%条件下的热变形行为,分析了该合金的流变应力行为及微观组织演变规律,并建立了本构关系模型。研究结果表明,TC4-DT合金在950℃以下的较低温度变形时应力软化现象非常明显,变形机制和热变形激活能不同于950℃以上的较高温度变形机制;在950℃以上高温度变形时,低应变速率(如ε=0.01s-1)促进了动态再结晶行为的发生,而在较高的应变速率(如ε=10s-1)时,一般只发生动态回复现象,动态再结晶行为受抑制。

高应变率下TC4-DT钛合金的动态力学性能及塑性本构关系

为研究TC4-DT钛合金的动态力学性能及其本构关系，在1000～8000s^-1应变率范围内，利用分离式Hopkinson压杆试验装置对该材料进行动态压缩试验，得到高应变率下的真实应力一应变曲线。结果表明：高应变率时TC4-DT钛合金材料存在应变率增强、增塑以及应变强化效应，其流变应力表现出较强的应变率敏感性。通过微观组织观察，发现高应变率变形时出现绝热剪切带是材料流变应力急剧减小的主要原因。改进Johnson-Cook本构模型中的温度项，利用试验数据对TC4-DT钛合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合，得到室温下该材料的动态塑性本构方程，模型计算结果和试验结果证明该模型可以更好地预测TC4-DT钛合金高应变率下的塑性流变应力。

不同热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了不同热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明:TC4-DT合金在两相区经过普通退火和再结晶退火后组织发生再结晶,α相尺寸有所增大,具有较好的塑性。经过两相区固溶+时效处理得到双态组织,通过控制固溶时冷却速度及时效温度来调整次生α片层厚度,使得合金强度和断裂韧性得到改善。经单相区固溶水冷得到马氏体组织,随时效温度提高,α片层厚度增加,但析出的次生α相含量减少,导致合金的强度和断裂韧性有所下降。而在单相区固溶空冷+高温时效处理,获得的α片层厚度进一步增大,有助于提高塑性和断裂韧性。采用950℃/1h/WQ+550℃/6h/AC两相区固溶+时效的热处理工艺,可实现合金强度、塑性、韧性的较好匹配,获得优良的综合性能。

TC4-DT钛合金热机械处理后的组织特征和力学性能（英文）

研究热机械处理(两相区变形加普通退火、双重退火、固溶时效以及三重退火)对TC4-DT钛合金组织和力学性能的影响。结果表明,热机械处理对显微组织参数影响显著,随着退火和时效温度的升高及冷却速度的降低,初生α相的体积分数和原始β晶粒的尺寸降低,而晶界α和次生α相的宽度却升高。由于固溶时效处理获得了大量的β转变组织和细小的晶界α相和次生α相,合金强度最高,但伸长率不及其它条件的,其断裂强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率分别为1100 MPa、1030 MPa、13%和53%,双重退火获得了良好的强度和塑性匹配,合金力学性能分别为940 MPa、887.5 MPa、15%和51%。组织参数和性能的关系表明,随着β转变组织的增多和原始β晶粒尺寸的增大,材料的强度和断面收缩率升高,而晶界α相和二次α相的宽度对力学性能的影响却呈相反趋势。此外,晶界α相含量的减少和原始β晶粒尺寸的降低有助于塑性的提高。

TC4-DT钛合金自由锻件组织与性能的影响因素

研究不同尺寸规格和质量的TC4-DT钛合金自由锻件的组织与性能的影响因素。结果表明:为获得具有均匀组织和性能的TC4-DT钛合金自由锻件,应尽量避免采用单火次、大变形量的锻造方式。在制定合适的锻后热处理制度时,应综合考虑锻件的最大截面和尺寸因素。

TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展的微观机制

通过断口分析讨论了TC4-DT钛合金裂纹扩展的微观机制。从微裂纹的形成,疲劳裂纹初期、近门槛区以及稳态区的扩展,分析了不同组织形态的TC4-DT钛合金对应的裂纹扩展微观机制。分析结果表明,对于片层组织,循环载荷的作用导致断裂表面粗糙及塑性变形过程中相界面产生位错塞积而诱使裂纹萌生。等轴组织变形过程中晶粒产生的断裂表面成为裂纹的萌生源。在近门槛区,等轴组织变形过程中位错累积将导致沿晶界的开裂,从而加速裂纹扩展;双片层组织由于次生α相的尺寸效应会加速裂纹扩展。在稳态扩展区,断口表面由第Ⅰ阶段的锯齿状断裂模式过渡到辉纹断裂模式,表现为塑性条带断裂机制。

TC4-DT钛合金热变形本构方程

利用Gleeble-3800热模拟试验机进行热压缩实验,研究了TC4-DT钛合金在温度1163K^1293K、应变速率为0.005s^(-1)~0.5s^(-1)、变形量为60%条件下的热变形行为。根据应力-应变曲线分析该合金的流变应力变化特点,建立该合金的Arrhenius双曲正弦型本构方程。结果表明,所建立的本构方程与实验值吻合程度较高,为制定TC4-DT钛合金热加工工艺规范提供理论依据。

TC4-DT钛合金与异种材料接触腐蚀与防护研究

通过测定TC4-DT钛合金与铝合金、钢及其阳极氧化或电镀后组成的电偶对的电偶电流的方法,研究了TC4-DT钛合金与上述异种材料之间发生电偶腐蚀的敏感性。结果表明:TC4-DT钛合金与铝合金、钢接触时极易发生电偶腐蚀,不能直接接触使用,必须采取有效的防护措施。对钛合金和铝合金进行阳极氧化处理,可降低电偶腐蚀敏感性;对钛合金进行阳极氧化处理,同时对钢进行电镀镉-钛处理可以在一定程度上降低电偶腐蚀敏感性。

近等温变形量对TC4-DT钛合金组织参数和拉伸性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、金相图像分析软件等研究近等温变形量对TC4-DT钛合金显微组织和拉伸性能的影响规律。研究发现:随热变形程度的增大,晶界α相逐渐被破碎,晶内粗大的片状α相宽度逐渐增大,但是细片状的α相宽度变化不大。粗片状α相是由元素扩散引起的成分偏析形成,60%的变形程度下元素扩散充分,不同形态α相之间合金元素成分差别降低,使得最终组织较为均匀。晶内粗片状α相含量和位向随变形程度升高而变化,低变形程度下(20%)α/β相界不会成为位错滑移的障碍,位错主要集聚于晶界导致沿晶断裂。高变形程度(60%)使原来的两相位向关系被打破,相界成为位错滑移的障碍,强度和塑性都得到提高,室温拉伸断口呈现穿晶断裂。实验结果表明在本实验条件下60%的变形量可以获得较好的强度和塑性匹配。

热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和力学性能的影响

研究了热处理制度对TC4-DT准100 mm棒材的组织和力学性能影响。结果表明:单重退火下,棒材的显微组织为等轴的初生α+β转组织,且随退火的温度的升高,初生α相增加,含量达60%以上。双重退火下,棒材的显微组织为双态的α+β转组织,且随第一重退火温度的降低,初生α相增加,但初生的α相含量小于40%。双重退火的室温拉伸强度低于单重退火的室温拉伸强度。

显微组织对TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

对TC4-DT钛合金进行不同热处理,获得不同的显微组织,研究不同显微组织的TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展速率。结果表明：两相区处理,较高的初生α相含量提供了较高的裂纹扩展阻力,不同的β晶粒尺寸使不同裂纹扩展阶段的扩展机理不同;在近门槛区,疲劳裂纹扩展速率主要受晶粒尺寸的影响;随着裂纹扩展,在裂纹扩展的低速阶段,β晶粒内片层α对裂纹扩展起主要作用;在中速扩展区,裂纹以条带机制扩展,并且粗糙的断口具有较低的裂纹扩展速率。

热处理制度对TC4-DT钛合金组织与性能的影响

采用4种热处理制度对TC4-DT钛合金锻件进行处理,研究不同热处理制度对其组织与性能的影响。结果表明:经730℃×45 min/AC退火处理后,组织为双态组织,冲击韧性和伸长率较高,断裂韧性较低;经1 010℃×45min/AC退火处理后,组织为魏氏组织,断裂韧性居中,抗拉强度达到最低值;经950℃×45 min/WQ+480℃×6 h/AC处理后,获得细小等轴组织,抗拉强度最大(1 082 MPa),并且断裂韧性和断面收缩率有较大提高,但冲击韧性有所下降;经1 010℃×45 min/WQ+480℃×6 h/AC处理后,获得魏氏组织,断裂韧性最佳(94.5 MPa·m1/2),强度也较高,但冲击韧性、断面收缩率、伸长率达到最低值。

热处理对TC4-DT钛合金组织性能的影响

研究了φ300 mm的TC4-DT钛合金几种热处理工艺参数对显微组织和室温性能的影响。研究表明α+β区锻造φ300 mm的棒材晶粒较大,低倍呈现模糊晶,局部区域有明显的清晰晶,表明大规格棒材锻造均匀性较差。大规格的棒材+双重退火热处理后,拉伸性能和断裂韧性均能达到Rm≥825MPa,RP0.2≥750MPa,A(纵向)≥8%,Z ≥15%;KIC(T-L)≥90 MPa.m12,具有良好的强度塑性匹配性能。α+β相区锻造的φ300 mm棒材经965℃/1h AC+550℃/6h AC和940℃/1h AC+570℃/6h AC处理后,疲劳裂纹扩展速率在ΔK=11MPa.m21时,分别达到2.833036×10-6mm/cycle和7.294209×10-6mm/cycle。

大厚度TC4-DT钛合金电子束焊接接头微观组织和力学性能研究

对60mm厚TC4-DT钛合金锻件进行电子束焊接。通过对焊接接头显微组织观察,拉伸、冲击、断裂韧性测试,研究了该合金电子束焊接接头的力学性能。结果表明:TC4-DT钛合金具有良好的焊接工艺性能。焊缝为α相网篮组织,该合金电子束焊接接头的拉伸强度与基材相当,但冲击韧性与锻件相比略低。同时,该合金焊接接头也具有良好的损伤容限性能,与锻件相比焊接接头的断裂韧性下降约20%。