热处理对铸造Ti2AlNb合金组织和力学性能的影响

研究了不同热处理制度对铸造Ti-22Al-25Nb(at%)合金组织和力学性能的影响,结果表明:合金经热等静压后的微观组织由初生粗板条状O相和B2相基体组成,其室温抗拉强度达到1006MPa,塑性约为1.0%。经980℃固溶处理,铸造组织中的O相板条宽度有所增加,其拉伸强度下降接近900MPa,塑性提高到3%。铸件在1080℃固溶处理+850℃时效处理后,组织中的初生粗板条发生溶解,在B2相基体中析出细的O相板条,该种组织的室温拉伸强度超过1000MPa,但其塑性明显下降,不足1%,当时效温度提高至900℃,二次O相板条粗化,组织强度下降约100MPa,塑性没有明显改善。

微量B元素对铸造Ti2AlNb合金组织与力学性能的影响

目的研究微量B元素对铸造Ti_(2)AlNb合金组织和力学性能的影响,优选出适合铸造工艺的Ti_(2)AlNb合金成分,为推进铸造Ti_(2)AlNb合金的应用提供理论和数据支撑。方法以Ti-22Al-25Nb(原子数分数,下同)、Ti-22Al-24Nb-0.1B、Ti-22Al-24Nb-0.2B合金为研究对象,采用光学显微镜、扫描电镜研究不同B含量合金铸态、热等静压态的宏、微观组织及析出相形态。采用XRD分析合金的物相组成,室温拉伸性能测试评价力学性能,通过扫描电镜观察拉伸断口,分析微量B元素对力学性能产生影响的原因。结果添加微量B元素可以明显细化Ti-22Al-25Nb合金的晶粒尺寸,随着B元素原子数分数增加至0.2%,晶粒尺寸由958μm减小至548μm。B元素在合金中主要以固溶态、TiB和TiB2针片状析出相形式存在,随着B含量的增加,硼化物长度和厚度尺寸略微增加、体积分数由0.3%增加至0.8%。0.1B合金的室温屈服强度、抗拉强度和伸长率与原合金水平相当,0.2B合金的屈服强度提升,但其抗拉强度和伸长率均降低。断口分析显示,0.2B合金塑性降低是硼化物增多、集中分布引起脆性断裂所致。结论综合B元素对流动性的改善效果,优选出适合铸造工艺的合金成分为Ti-22Al-24Nb-0.1B。

Ti_(2)AlNb合金蜂窝结构电流辅助成形-扩散连接工艺研究

Ti_(2)AlNb合金蜂窝结构采用辊弯-热校形-点焊复合工艺制备,存在工艺周期长、能耗高、构件精度低、可靠性差等缺陷。本文提出Ti_(2)AlNb合金蜂窝瓦楞板电流辅助辊压成形工艺,利用局部成形位置的高电流密度抑制构件回弹。同时,采用扩散连接工艺制备蜂窝结构,实现蜂窝结构的可靠连接。当电流密度高于阈值(20 A/mm^(2))时,电流密度对于V形弯曲回弹的抑制作用显著。当电流密度达到60 A/mm^(2)时,V形弯曲回弹已基本消除。在瓦楞板电流辅助辊压成形过程中,当最大电流密度增大至66 A/mm^(2)时,瓦楞板的成形角度由125.5°降低为121.3°。设计了Ti_(2)AlNb蜂窝结构扩散连接工装,在970℃/15 MPa/2 h热压工艺参数下,制备了蜂窝结构样件,六边形元胞的尺寸一致、精度高。

多维超声振动铣削Ti2AlNb合金试验研究

Ti2AlNb合金的硬脆性较大,传统的切削工艺在切削加工中存在的切削热高导致刀具耐用度低和加工质量差等问题。本文采用切削仿真与试验研究相结合,应用二维、三维超声振动切削和普通切削进行Ti2AlNb合金切削特性的对比研究。结果表明:超声振动的三向切削力小于普通切削的,沿刀具进给方向,二维和三维超声振动相对于普通切削的切削力最大分别下降了48.6%和28.3%。3种不同的切削方式在相同的切削参数下加工出完全不同的表面微织构形貌,三维超声振动加工出“麦穗状”,且“麦芒”出现在超声分离特性较强的刀具进给方向上。随着机床转速增加,二维超声振动产生的粗糙度值相对于普通切削下降率最大为45.3%。随着振幅增加,超声振动引起的刀屑分离作用增强,在刀具二维超声振动振幅为8μm时,工件表面粗糙度下降了64.5%。试验结果表明,超声振动加工是提高Ti2AlNb合金的切削性能的有效手段之一。

初轧温度对Ti2AlNb钛合金环件径-轴向轧制过程的影响

基于Simufact Forming有限元软件对Ti2AlNb钛合金径-轴向环件轧制过程进行了数值模拟,研究了不同初轧温度对驱动辊径向轧制力能参数以及环件成形后的等效应变、温度的影响规律。结果表明:随着环件成形温度的升高,在环件轴向截面,等效应变标准差分布越来越均匀,而温度标准差分布差异却越来越大;在环件轧制初期,温度对轧制力影响显著,驱动辊轧制力增加速度及其峰值随环件成形温度的升高逐渐降低;在环件轧制后期,温度对轧制力的影响很小。

应用加工图理论研究Ti_2AlNb基合金的高温变形特性

基于动态材料模型（DMM），建立了Ti2AlNb基合金（Ti-22Al-25Nb）在温度94012-1060℃，应变速率0．001s^-1-10s^-1范围内的加工图，并利用该图分析了合金的高温变形特性。结果发现：在温度94012～97012，应变速率0．4s^-1～10s^-1和温度970℃—1060℃，应变速率1s^-1～10s^-1范围为流动失稳区，前者范围内主要发生绝热剪切变形和45°角剪切开裂，功率耗散率达到最小值；后者区域内以局部塑性流动和纵向开裂为主，功率耗散率小于33％。热加工图的其余部分为塑性加工的“安全区”，主要发生再结晶。在温度94012～970℃，应变速率0．001s^-1-0．4s^-1范围，以α2／O相板条球化为主；在温度970℃～1030℃，应变速率0．001s^-1～1S^-1范围，功率耗散率为35％-45％，呈现连续再结晶特征。在温度1030℃～1060℃。麻蛮谏率0．001s^-1-0.1s^-1范围。功率耗散率为45％～66％。达最大值,发生连续再结晶晶粒长大。

O相合金Ti_2AlNb的研究进展

具有O相结构的Ti_2Al Nb合金是在Ti3Al系合金基础上拓展出来的新型金属间化合物材料,兼具了高的高温强度和相对较低的密度的特点,有望替代现有的Inconel 718镍基高温合金,用于制造高推重比航空发动机中的非转动部件甚至转动部件。概述了Ti_2Al Nb合金的特点和近年来我国在Ti_2Al Nb合金工程化研究方面取得的主要进展,对Ti_2Al Nb合金存在的不足以及当前研制过程中存在的主要问题进行了阐述,指出应立足于现有的钛合金冶炼和加工装备,并结合Ti_2Al Nb合金自身的特点,开发出成本更低、生产效率更高的工业化生产工艺技术。

Ti_3Al和Ti_2AlNb合金扩散连接界面的组织及力学性能

采用直接扩散连接Ti3Al和Ti2AlNb合金,研究了连接压力、连接温度、保温时间等工艺参数对接头界面组织形貌及性能的影响。利用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法观察分析了界面组织结构,并测试了接头的力学性能。结果表明:直接固相扩散连接接头的典型组织为Ti3Al/O相+α2相过渡层/富B2层/Ti2AlNb。当连接温度为1000℃,保温时间60min,连接压力为5MPa时获得的接头室温抗剪强度为635MPa,室温抗拉强度为795MPa,均断裂于Ti3Al母材一侧。经1000℃/60min热循环后Ti3Al母材的抗拉强度下降至原始母材的76%。连接温度低于950℃或保温时间小于60min会导致未焊合等缺陷;温度高于1050℃或保温时间超过120min则导致Ti3Al发生相变。

Ti_2AlNb合金板材的电子束焊接

采用电子束焊接工艺研究Ti-22Al-24Nb-1Mo合金厚度为0.6 mm冷轧板的焊接性,用电子探针观察焊后焊接接头处的合金元素分布情况,通过光学金相显微镜、扫描电镜和透射电子显微镜对等对焊后及焊后热处理的焊接接头区域显微组织演变和相组成的变化进行了分析,利用维氏显微硬度计测试焊后及焊后热处理的焊接接头区域的显微硬度。结果发现:该合金板材具有良好的焊接性能,焊接接头未产生焊接缺陷;Al元素有一定程度的烧损,焊缝熔合区由柱状B2相晶粒组成;经焊后热处理,熔合区组织转变为(O+β)网篮组织;焊后及焊后热处理均为热影响区的硬度值最高;经焊后热处理,焊接接头的硬度显著提高。

Ti_2AlNb基合金的研究进展

着重介绍了Ti2A lNb基合金的成分、显微组织及性能,综述了合金元素及热处理工艺对Ti2A l-Nb基合金组织性能的影响,介绍了Ti2A lNb基合金熔炼凝固特性,并展望Ti2A lNb基合金的未来。

Ti2AlNb基合金表面渗铬层结构及其摩擦学性能

采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti2AlNb基合金进行表面渗Cr处理,结果表明:经过离子渗铬处理后可获得约25μm的表面合金层;渗层中Cr含量随渗层深度呈梯度变化,且由于原子扩散能力的差异,在渗层的不同区域形成不同相,结合XRD和XPS分析技术,证实表层以含Cr2Nb的Laves相和Al8Cr5相为主;渗层硬度值由外层的HV0.11 125逐渐过渡到基体的HV0.1400左右;渗Cr处理后合金室温摩擦因数由原来的0.24降低到0.15,由于硬质Cr2Nb和Al8Cr5相起到支撑载荷的作用,降低粘着磨损,室温磨损率降低60%以上;高温条件下由于氧化和摩擦磨损的共同作用,摩擦因数变化不大,磨损率降低20%。

退火态Ti_2AlNb合金板材的超塑性变形行为

研究退火态Ti_2AlNb合金热轧板材在温度为940～980℃和初始应变速率为8.33×10^(-4)～1×10^(-2)s^(-1)时的超塑变形行为。结果表明:该合金具有良好的超塑性;在本实验范围内,其最高伸长率可达400%,最佳超塑条件为960℃和1.67×10^(-3)s^(-1),可用作超塑性成形工艺制作复杂构件。

固溶温度对Ti_2AlNb基合金组织演变的影响

以有序O相为基的Ti2Al Nb基金属间化合物合金在航空领域具有广阔的应用前景。鉴于由O,B2和α2三相构成的Ti2Al Nb基合金力学性能对相构成和组织敏感,采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X-射线衍射等分析手段,研究了不同固溶处理温度下Ti2Al Nb基合金组织演变的规律。研究结果表明,随着固溶温度升高,O相向B2相转变,原始状态中的α2相随固溶温度升高逐渐消失。固溶温度决定了材料中O,B2和α2三相的含量及最终组织形貌,也决定了材料的性能。

Ti_2AlNb相合金Ti-22Al-25Nb的TLP扩散连接

以Ti-15Cu-15Ni合金薄带作中间层,用Gleeble1500D热-力学模拟试验机对Ti2AlNb相合金Ti-22Al-25Nb进行TLP扩散连接。研究了连接参数对接头组织演变、元素分布、接头强度及其断裂特征的影响。结果表明,接头形成过程由5个阶段组成,Nb是接头成分均匀化的扩散主控元素。适当延长保温时间和适当提高连接温度有利于获得组织与成分均匀的高强接头。保温结束后接头快速冷却时,其连接区室温组织为B2相;而采用慢冷工艺有利于促进高温β相的相变从而改善连接区组织,室温组织为B2相基体和少量α2、O相。连接温度和保温时间分别为990℃和90min且采用慢冷工艺时,接头的室温和650℃抗拉伸强度分别为1041MPa和659MPa,分别达到原始母材强度的95%和81%,明显高于采用快冷工艺的接头强度。

Ti_2AlNb基合金热处理中的相结构与相变预测

运用相图计算技术,预测了名义成分为Ti-22Al-27Nb的Ti2AlNb基合金在热处理过程中的相结构与相转变,得到了该合金的相转变温度、相比例和各相的成分等重要信息,将材料热力学中的亚晶格模型和第一性原理总能计算相结合,对Ti2AlNb基合金中的主要组成相—O相(有序正交相)中的合金元素在各个亚晶格上的占位分数和有序化行为进行了深入研究,表明O相的有序-无序转变属于具有连续变化特征的二级相变,预测结果与现有实验结果相当吻合。

变形温度对Ti2AlNb/Ti60双合金焊接接头组织性能的影响

研究了近等温锻造温度对Ti2AlNb/Ti60双合金焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:经不同温度近等温变形及相同热处理后,Ti2AlNb/Ti60双合金试样焊缝组织得到明显细化,强度和塑性得到提高,均高于基体Ti60合金;随着变形温度的升高,Ti60合金热影响区显微组织中初生等轴α相逐渐减少,β转组织增多,片状α相变短变粗。因此,合金的室温拉伸强度逐渐升高,塑性逐渐下降;变形温度为1010℃的试样,其焊缝熔合区显微组织较为均匀,塑性相B2含量较多,焊件室温及600℃高温拉伸均表现出较好的强度与塑性匹配。

变形量对Ti2AlNb／Ti60双合金焊接接头组织和力学性能的影响

对经真空电子束焊接的Ti2AlNb/Ti60双合金件进行了不同变形量的近等温锻造及相同的热处理。采用OM观察接头的显微组织,并对其进行室温和高温拉伸试验。结果表明:变形量由20%升至40%,焊缝融合区组织细化、均匀化明显。变形量增至60%,焊缝融合区发生再结晶及晶粒长大。Ti60基体金属随变形量增大,显微组织等轴化趋势明显。20%和60%变形量条件下均有拉伸试样断裂在焊缝融合区。随变形量增大,焊接件强度先降低后升高,断裂在Ti60合金基体的试样塑性有增大趋势,其中断面收缩率值增加明显。

Ti_2AlNb基合金薄壁构件热成形工艺研究

为研究Ti2ALNb基合金薄板的工程化应用,对轻质耐高温材料Ti2AlNb基合金冷轧薄板进行了冷成形、热成形和热处理实验研究,获得了该合金的热成形、热处理性能及优选的工艺参数,并进行了该合金带翻边薄壁锥筒的热成形工艺试验.结果表明:Ti2AlNb合金薄板在900℃下保温2 h后空冷可实现筒形件的热校形获得稳定外形;在不低于850℃条件下可实现带翻边焊接筒体件的热成形,并且在同一次热循环过程中可实现零件的热处理,获得尺寸精度及组织性能都能满足要求的大尺寸工程零件.

Ti_2AlNb基合金固态扩散连接工艺

采用真空热压扩散工艺,进行Ti2AlNb基合金的固态扩散连接,利用扫描电子显微镜及拉伸试验,对连接界面进行了组织和性能分析。结果表明:Ti2Al Nb基合金扩散连接对连接温度十分敏感,当温度为950℃时,合金的抗强度最大且拉伸断口由大量等轴状韧窝组成,具有典型的韧性断裂特征;增大连接压力有利于界面冶金结合,但实际中希望压力尽可能小;保温时间决定扩散层深度,当保温时间为120 min时,扩散层深度约为2μm,连接面实现了良好的冶金结合。通过实验确定了较佳连接工艺规范为温度950℃,压力10~15 MPa,时间120 min。

渗铝温度对Ti_2AlNb合金高温抗氧化性能的影响

利用双辉等离子表面冶金技术在Ti_2AlNb合金表面制备渗铝层,借助SEM,EDS和XRD研究了3种工艺温度下(720,780和840℃)渗铝层的微观组织及其相组成,并测试了渗铝温度对Ti_2AlNb合金高温氧化性能的影响。结果表明:等离子渗铝层由沉积层和扩散层组成,随着渗铝温度的升高,扩散层厚度不断增加,且内部Al、Ti和Nb元素浓度呈梯度分布。经渗铝处理后的Ti_2AlNb合金在850℃空气中的氧化速度主要受扩散层Al元素与基体Ti、Nb元素之间的热扩散过程控制。氧化动力学曲线呈对数变化规律。在840℃制备的渗铝层具有最佳的抗高温氧化性能。