TC18合金板材热变形组织演变及其软化机制的研究

采用Gleeble-3800热模拟试验机对TC18合金进行压缩试验,模拟TC18合金板材的轧制过程。结果表明:当形变温度低于相转变温度时,高应变速率下TC18合金的组织中条状α相球化程度较低,α相被拉长,扭曲;当形变温度高于相转变温度时,高应变速率下TC18合金的组织中动态再结晶不完全,部分原始β晶粒沿与压缩轴垂直方向拉长,观察到不完整的平直的β晶界。通过分析峰值应力与变形温度曲线和动态软化曲线,在TC18合金在热变形时,最佳变形区为α+β两相区。

GH984G18合金热加工图及再结晶图研究

应用Gleeble3800热模拟试验机对GH984G18合金进行热压缩实验,以实验获得的应力-应变曲线为基础,根据动态材料模型建立该合金不同应变时的热加工图,利用热加工图确定了热加工工艺窗口,并分析了温度和变形量对实验合金动态再结晶的影响。结果表明:应变较小(ε≤0.2)时,可优先选择的变形温度为1030~1090℃,应变速率为0.01~0.18s^(-1);随应变增加(ε≥0.3),最佳热变形温度范围移至高温区间1180~1200℃,最佳应变速率范围大致为0.056~0.25s^(-1);当应变速率为1s^(-1)时,温度小于900℃不能引起动态再结晶,仅使得晶粒发生动态回复;当变形温度和应变量分别达到1000℃和30%时,发生部分动态再结晶;当变形温度为1000℃,应变量为60%时,发生完全动态再结晶。

K18合金增压器涡轮叶片断裂故障分析

采用体视显微镜、扫描电镜等分析手段对K18合金增压器涡轮铸造叶片的断裂形貌与断裂机制等进行了分析。结果表明:涡轮中有一断裂破坏面最为明显的叶片是先断裂的,然后造成其它叶片不同程度的碰伤;从叶片断口特征判定,先断裂叶片在高转速、高燃气温度下首先发生疲劳断裂,其裂纹源起始于距叶根约1 cm处次表皮下面的一处铸造缺陷——冷隔。

TC18合金高温动态力学行为表征

采用电子万能试验机对TC18合金进行常温准静态压缩实验,得到合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18合金在温度分别为298 K、523 K、773 K和1023 K,应变率分别为500s^-1、1000s^-1和1500s^-1下进行动态力学性能实验,得到合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线。在Johnson-Cook模型的基础上,通过考虑应变、应变率和温度的耦合效应,建立修正的Johnson-Cook模型对TC18合金的高温动态力学性能进行表征,模型预测结果与实验结果吻合良好,表明修正的Johnson-Cook模型能够更精确地表征TC18合金在高温下的流动应力。

镦粗变形对TC18合金锻件组织和性能的影响

研究了镦粗变形对TC18合金锻件组织和性能的影响。结果表明:由于不同镦粗变形区的变形程度和冷却速度不同,显微组织由锻件边部均匀的等轴α过渡到锻件中心细网篮组织;同时强度升高,塑性降低。

快凝Pd82Si18合金原子团簇的演化特性及遗传机制

采用分子动力学(MD)模拟计算,对Pd82Si18合金快凝过程中基本原子团簇的遗传特性、演化趋势和结构稳定性进行了研究.团簇类型指数法(CTIM)分析表明:非晶固体中Si原子为中心的(102/14418/1551)双帽阿基米德反棱柱(BSAP)团簇数目占据优势.快凝过程中,BSAP结构团簇具有最大的遗传分数,并且其他以Si原子为中心的Kasper团簇大多都会向BSAP结构团簇转变.通过对Si原子为中心的Kasper基本团簇电子性质第一性原理计算发现,体系中BSAP团簇的结合能最低,结构稳定性较高,与分子动力学计算结果一致.

热处理对TC18合金显微组织和力学性能的影响

研究了(α+β)相区等温锻造后β热处理、双重退火工艺对TC18钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,在(α+β)相区锻造后采用β热处理,形成粗大β晶粒,引起"β脆性",强度和断裂韧性较高,塑性急剧降低,不能满足技术要求,有待进一步研究;采用双重退火热处理,强度稍低,塑性和断裂韧性均较好,综合性能较好。

N18合金板材加工后的显微组织及织构EBSD研究

利用配备在扫描电镜中的电子背散射衍射(EBSD)自动分析技术,研究N18锆合金板材在750、780、820℃下热轧、冷轧及580℃再结晶退火过程中的晶粒组织、晶界特征及微观织构的演化规律。结果表明,N18合金板材在热轧过程中发生了动态回复及局部动态再结晶,并产生了大量的小角度晶界及亚结构等缺陷,且热轧温度越高其再结晶晶核的密度越高,缺陷密度有所增加。再结晶退火过程中,N18合金板材的小角度晶界及亚结构等缺陷的密度随退火保温时间的延长而减小,但缺陷的密度仍较原板材高,说明其没有完全再结晶。热轧样品中观察到了{10 11}<10 12>压型孪生,说明压型孪生变形促进了N18合金热轧变形。再结晶退火过程中,N18合金板材的基面织构密度随保温时间的延长而降低,锥面织构的密度则变化不大。

热轧对N18合金板材显微组织及织构的影响

本文以我国自主开发的Zr-Sn-Nb系N18锆合金为研究对象,利用配备在扫描电镜中的EBSD自动分析技术,研究了该合金板材在750℃、780℃、820℃下热轧过程中的晶粒组织、晶界特征及微织构的演化规律。结果表明,N18合金板材在热轧过程中发生了动态回复及局部动态再结晶,并产生了大量的小角度晶界及亚结构等缺陷,且热轧温度越高其动态再结晶晶核的密度越高,缺陷密度有所增加。N18合金板材的织构类型主要为(0002)[12 10]和(0002)[10 10]基面织构以及(10 14)[12 10]锥面织构。热轧样品中观察到了(10 11)[1012]压型孪生,说明压型孪生变形促进了N18合金热轧变形。

跨相区等温锻造对TC18合金组织和性能的影响

研究了跨相区等温锻造时不同变形量分配对TC18钛合金显微组织和力学性能的影响,讨论了跨相区锻造组织和性能之间的关系。结果表明:跨相区等温锻造锻件的显微组织与两相区变形量密切相关。两相区较小变形时,显微组织和单相区接近,晶界α明显,锻件力学性能和全β锻造没有太大差别;两相区较大变形时,锻件的显微组织趋于不均匀,片状α相和球状α相同时存在,锻件强度升高,塑性基本保持不变,断裂韧性较两相区较小变形时明显下降。

高压对快凝Pd82 Si18合金团簇结构及其遗传的影响

采用分子动力学方法,对高压条件下液态Pd 82 Si 18合金快凝过程进行了模拟研究,并采用双体分布函数、Honeycutt-Andersen键对指数、原子团类型指数等方法表征和分析了快凝合金的微结构特征.结果发现:随着压力增加,玻璃合金中低配位数(Z≤11)的Kasper团簇数目显著减少,而高配位数(Z≥12)的Kasper团簇及其变形结构的数目大幅增加,当压力超过10 GPa玻璃合金中的(112/14418/15511/1661)团簇取代了(102/14418/1551)团簇的主导地位.提高压力能显著增加玻璃合金中高配位数(Z≥12)Kasper团簇铰链的中程序(MRO)数目,但低配位数(Z≤11)Kasper团簇仍主要形成共享顶点原子的扩展团簇.遗传跟踪分析发现,压力能够显著提高Kasper团簇的阶段遗传分数和遗传起始温度,增强了快凝Pd 82 Si 18合金的玻璃形成能力.

9Cr18合金的燃气热腐蚀行为

利用燃气热腐蚀试验、扫描电镜观察等手段,研究了9Cr18合金在高温燃气中的热腐蚀行为。结果表明:该合金燃气热腐蚀产物可分为内、外两层,且内、外两层之间存在较大的裂纹;外层腐蚀产物含有较多铬的氧化物,层内存在较多的横向裂纹;内层腐蚀产物铬的氧化物含量较低,且疏松多孔;合金表面和晶界发现有硫化物,合金存在明显的晶间腐蚀倾向;腐蚀初期腐蚀增重和腐蚀速率较快,随着时间的延长腐蚀增重和腐蚀速率趋于平缓。

TC18合金热压缩变形行为研究

本文利用热压缩法研究了TC18合金的热变形行为,并计算了合金在α+β两相区和β单相区变形激活能,得到了相应的流变应力本构方程。研究结果表明,TC18钛合金在α+β双相区变形时,在较低温度和较高应变速率条件下流变曲线呈现典型的单一峰值的再结晶,并且随变形温度的提高,出现多峰值的再结晶的特征;TC18钛合金在β单相区变形时,流变曲线出现了较长的平缓阶段,而后在较大应变时出现了标志再结晶的峰值应力;经计算得到TC18钛合金β单相区的变形激活能为260.84kJ/mol,α+β双相区的应变激活能336.356kJ/mol。经过拟合得到了TC18钛合金在α+β双相区和β单相区变形的流变应力本构方程。

晶粒度对K18合金高温性能的影响

前言为了降低飞机发动机的油耗,需要对其所用金属材料进行严格筛选。K18合金在某发动机上用作Ⅲ级涡轮叶片和Ⅱ、Ⅲ级导向叶片用材。为了优化该发动机的设计,我们对其叶片材料进行了大量的综合力学性能的研究。在此过程中发现晶粒度对其高温疲劳性能有较大的影响。试验表明,在工艺过程中对晶粒尺寸进行严格控制是提高K18合金高温疲劳性能及改善其应用性能的一个重要途径。一、试验方法试验用材为K18高温合金,其母合金由200公斤真空感应炉熔炼,化学成分见表1。试棒均采用熔模精密铸造。在10公斤真空感应炉中重熔母合金再精铸成试棒。

TC18合金动态力学行为研究

为分析和表征TC18合金的动态力学行为与性能,采用电子万能试验机对TC18合金进行了常温准静态压缩实验,得到合金在准静态下的实验数据,根据实验数据,选用分离式Hopkinson压杆对TC18合金在温度分别为298、523、773和1023K,应变率分别为500、1000和1500s-1下进行动态力学性能实验,得到了合金在高温动态压缩条件下的应力-应变曲线,分析了温度和应变率对TC18合金动态力学行为的影响。结果表明,在同一温度下,随着应变速率的增加,TC18合金的塑性应变明显增大,表现出一定的应变率增塑效应;在同一应变率下,随着温度的增加,材料的流变应力有显著的下降,表现出明显的热软化效应;在高应变率下的塑性变形过程中,应变率强化和热软化作用同时进行,当温度超过773K时,热软化作用大于应变率强化作用。

KQ18合金钢辙叉的研制

采用KQ18合金钢材质制造组合辙叉,具有高强度、高韧性、高耐磨的特点,使辙叉最薄弱的心轨轨头宽10mm断面至轨头宽50mm断面范围内心轨和翼轨强度等级匹配,共同承受轮载,以提高辙叉的使用寿命,减少现场养护维修工作量,可达到通过总重4亿吨。

时效热处理对TC18钛合金组织及力学性能的影响

以TC18钛合金作为研究对象,采用固溶-时效工艺来调整其组织结构,结合X射线衍射(XRD)、金相(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等分析方法研究时效热处理和晶粒组织对TC18合金力学性能的影响。研究结果表明:铸态合金时效后屈服强度与固溶态的屈服强度相比有所提升,但塑性降低;在空冷固溶条件下,在温度为450℃、时效时间为4 h时,样品的屈服强度增至1 492 MPa,但其延伸率降低;当时效温度为600℃时,样品晶界附近和晶内处出现细纹状次生α相;次生α相的分布和宽度影响合金变形中位错的运动,降低合金强度,提升合金塑性。

TA18钛合金TIG焊接头组织及耐腐蚀性能研究

采用2B实芯焊丝对12 mm厚的TA18钛合金板进行了TIG焊试验,研究了TA18钛合金TIG焊接头的显微组织,不同腐蚀介质中的电化学和应力腐蚀行为。结果表明:TA18钛合金接头焊缝区域分布大量粗大的柱状晶和少量等轴晶,在盖面、打底及中间填充层存在部分网篮组织;热影响区主要由针状的α’(α’)相、残余α相和β相组成。在3.5%NaCl溶液中进行电化学腐蚀试验,TA18钛合金接头各区域的耐腐蚀性能从高到低为:母材>焊缝>热影响区。比较TA18钛合金接头在大气环境和模拟海水环境中的慢应变速率拉伸应力-应变曲线,表明该接头的力学性能受海水影响不明显,且对海水的应力腐蚀敏感性较低。

TC18钛合金大规格棒材热变形行为研究进展

近年来,随着自由锻造装备大型化的不断发展,航空航天关键结构件用锻件的大型化需求急剧增长,大规格棒材的制备成为了科研及工业化生产的重点工作。TC18钛合金作为一类高合金化、热变形参数敏感型高强高韧钛合金,已逐步成为航空航天关键装备的核心结构材料,因此,其棒材的大型化成为了近年来研究及生产的重点方向。本文梳理了近年来TC18钛合金大规格棒材(Φ300~Φ500 mm)生产技术概况,综述了TC18钛合金热变形数值模拟的相关研究,分析铸锭熔炼、锻造成型及热处理工艺的现状,总结大规格棒材现存问题及解决方法。最后,展望原材料制备过程今后一段时间的研究重点,结合使用单位对TC18钛合金棒材的使用需求,力争在未来打通原材料和成品锻件的全流程制造工艺,实现工艺个性化设计、组织性能定量调控。

航空用超大规格TC18钛合金棒材的制备及组织性能研究

经3次真空自耗电弧熔炼得到规格为φ720 mm的TC18钛合金铸锭,再经80 MN快锻机开坯锻造和多道次镦拔锻造,成功制备了航空用φ500 mm超大规格棒材,并对其组织均匀性及力学性能稳定性进行了评价分析。结果表明:TC18钛合金铸锭头、中、尾不同部位的主元素极差在0.1%以内,成分均匀性良好;TC18钛合金棒材不同部位的低倍组织均匀模糊,高倍组织呈现出典型的双态组织,且组织均匀一致性良好;棒材不同部位的力学性能差异较小,具有良好的性能稳定性。