Ti_(2)AlNb基合金切削力有限元仿真

为研究新型材料Ti_(2)AlNb基合金的加工性能,采用ABAQUS/Explicit建立二维正交模型模拟切削加工过程。通过单因素试验和正交试验,研究切削速度、切削深度和刀具前角对Ti_(2)AlNb基合金切削过程中切削力的影响规律。结果表明,切削力与切削速度、切削深度呈正相关,与刀具前角呈负相关。同时,分析得到各切削要素对其影响程度及最优切削参数组合,为研究Ti_(2)AlNb基合金切削性能提供了思路。

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。

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%。

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。

Ti_2AlNb基合金的计算机模拟研究进展

简述了目前金属和合金计算机模拟研究中采用的相图计算技术,第一原理方法和埋入原子势方法,并给出了这些方法应用于Ti2AlNb基合金研究中所取得的一些成果。

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。

Ti2AlNb基合金等离子表面渗铬层组织结构对耐磨性能的影响

低硬度和较差的耐磨性制约了钛铝基合金在航空领域的应用。为了提高Ti2AlNb合金的表面硬度和耐磨性,采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti2AlNb合金表面进行渗Cr处理,并对其微观组织、扩散特性及显微硬度和耐磨性进行了分析测试。结果表明:经等离子渗铬处理后,可获得约25μm的合金层;渗层中Cr含量随渗层深度有显著变化且在高温条件下因各原子扩散能力的差异,以基体中Al和Nb量的变化为主,在渗层的不同区域形成不同的相,表层以含Cr2Nb的Laves相和Al8Cr5相为主,而在渗层和基体的交界处形成新的无序O相(Ti25.36Al18.44Nb);渗层硬度值由外层的HV1125逐渐过渡到基体的HV432,渗层与基体的界面处由于无序O相的析出而硬度最低。渗Cr处理将合金的摩擦因数由原来的0.24降低到0.15,磨损率降低了60%以上。

Ti2AlNb基合金TIG焊接头组织与性能分析

采用不加丝和加丝脉冲TIG焊接工艺焊接了厚度为1.5 mm的Ti2AlNb基合金。观察了焊接接头区的组织形貌,测试与分析了接头的硬度和拉伸性能。试验结果表明,焊缝区为树枝晶组织形貌,而且组织分布出现了分层现象;加纯钛焊丝可以使焊缝的等轴晶区扩大;从母材向热影响区和焊缝区过渡,O相含量逐渐减少;由于相组成的变化,焊接接头的硬度分布规律为热影响区的硬度最高,母材次之,焊缝区最低;不加丝和加纯钛焊丝的焊接接头抗拉强度基本相当,而加纯钛焊丝的焊接接头断后伸长率显著提高;不加丝焊接接头的断裂模式为韧脆混合断裂特征,加纯钛焊丝焊接接头为韧性断裂特征。

表面制备SiO_2涂层的Ti_2AlNb基合金高温氧化激活能研究

利用溶胶-凝胶法在Ti2AlNb基合金表面制备非晶SiO2涂层,测定了涂层样品和空白样品在800℃和900℃下空气氧化增重动力学数据,通过线性拟合获取试样在不同温度下的氧化速率常数。根据氧化速率常数的Arrhenius关系,计算试样在800℃和900℃高温环境中的氧化激活能。结果表明,涂层样品较空白样品的氧化速率常数降低,氧化激活能升高。

W替代对Ti2AlNb基合金电子结构与性能的影响

利用固体与分子经验电子理论计算了Ti2AlNb基合金中外来原子W的不同占位比引起基体电子结构的变化,分析了价电子结构参数nA,σ和ρ的变化及描述原子状态的特征参数nT,nc,nl的变化,讨论了W在不同占位比情况下的价电子结构对合金性能的影响。

难变形Ti_(2)AlNb基合金梯度挤压工艺数值模拟和试验研究

采用梯度挤压工艺方案,并利用有限元仿真和试验相结合的方法,对Ti_(2)AlNb基合金的成形过程进行了系统研究。利用DEFORM软件分析了其成形过程中的载荷、应力、应变分布和金属流动行为,并结合Lode系数和应力三轴度对变形区的变形类型和应力状态进行了分析和表征。在RZU200HF液压机上进行了5A06铝合金物理网格试验和Ti_(2)AlNb基合金梯度挤压试验。结果表明,在Ti_(2)AlNb基合金梯度挤压成形过程中,塑性变形区的应力状态出现“三向压”和“一拉两压”情况。应变状态为压应力状态下的压缩类应变与伸长类应变。在坯料内部纵截面上,等效应变值从中心沿径向呈现上升梯度分布,应变梯度系数最大约为0.94。物理网格变化情况与数值模拟试验中基本一致,表层等效应变的理论计算值和网格试验值分别为4.06和4.27,验证了有限元模拟的有效性,且成功制备出Ti_(2)AlNb基合金成形件,为进一步制备高强塑性钛合金提供了参考依据。

焊接规范对Ti_2AlNb基合金电子束焊接接头性能的影响

采用两种焊接规范对Ti2AlNb基合金热轧板材进行电子束焊接,并对经热处理后的接头进行室温和650℃高温拉伸试验。分析了焊缝显微组织、接头拉伸性能和断口形貌,得出了以焊接线能量较高的焊接规范焊接,接头拉伸性能较好。

Ti_2AlNb基合金电子束焊接头的显微组织

利用透射电子显微镜和能谱,研究电子束焊接过程中Ti2AlNb基合金显微组织演变过程以及焊缝区组成、焊后热处理对接头显微组织的影响。结果表明:焊接过程中焊缝区Al元素损失较为严重,这有利于B2相的形成而不利于O相的形成,使得接头焊缝区主要由B2和α2两相组成;在随后的热处理过程中,焊缝区的B2相转变为β相和板条状的O相,使焊缝区由α2、O和β相组成。

热变形参数对Ti_2AlNb基合金片层组织演变的影响

采用定量分析方法研究高温变形参数如变形温度、应变速率和变形程度对Ti2AlNb基合金在O+B2两相区片层组织球化行为的影响。结果表明:变形温度影响Ti2AlNb基合金的相组成和尺寸,随温度升高,两相区中O相逐渐转变为基体B2相,并变短、变粗。应变速率的减小可以促进合金元素的扩散,有利于片层组织的球化。变形量对合金片层组织的球化促进作用最大,片层组织球化的临界变形量在0.3~0.5之间,变形量为0.7时合金片层组织几乎完全球化。

Ti2AlNb基合金线性摩擦焊研究进展

与传统Ti-Al系合金相比,Ti2AlNb基合金拥有良好的室温塑性,其优异的综合性能满足航空航天发动机对材料高比强度且轻质耐高温的要求。本文总结了该合金的线性摩擦焊接头连接与组织调控机理的研究进展,发现接头焊缝区几乎为B2单相组织,并表现为亚晶粒的组织特征。固溶时效后二次针状O相的析出数量随着前置固溶处理温度的升高而增多。粗大的板条O相的增多是固溶处理接头塑性提高而强度降低的主要原因。后续时效处理过程中析出的细小针状O相及塑性B2相的减少在提高接头强度的同时降低了塑性。因此,抑制B2晶粒尺寸的同时控制O相的析出形态和数量是获得接头良好力学性能的关键。

Ti_2AlNb基合金多弧离子镀铝层的抗高温抗氧化性能研究

利用多弧离子镀技术在Ti2AlNb基合金表面制备镀铝层。采用SEM、EDS和XRD分析了膜层的显微组织、化学成分及其相组成,研究了镀铝层的850℃高温抗氧化性能。结果表明:Ti2AlNb基合金的镀铝层是均匀、致密的,经850℃高温氧化100 h后,表面氧化层主要是Al2O3,次表层是TiAl3、TiNb4,镀铝有效地提高了Ti2AlNb基合金的高温抗氧化性能。

热处理对激光增材制造Ti_2AlNb基合金组织及性能的影响

利用激光增材制造技术制备出Ti-22Al-25Nb合金薄壁试样,分析了沉积态和热处理态试样的宏观形貌、相组成和显微组织,以及不同制度热处理态试样的组织和室温拉伸性能。结果表明,沉积态试样相组成沿沉积高度方向呈现由B2+O+α_2→B2+O→B2的变化趋势;热处理态试样的微观组织和相组成均匀,由B2、O、α_2 3相组成;经930℃保温2h空冷的固溶处理和800℃保温24h空冷的时效处理后,合金室温拉伸性能好,抗拉强度为1017MPa,断后伸长率为6.0%。

置氢Ti2 AlNb基合金超塑性变形行为研究

通过在变形温度870~1030℃、初始应变速率10-3s-1条件下的单向拉伸试验,研究了不同氢含量对Ti2Al Nb基合金超塑性变形行为的影响。结果表明,置氢能显著提高Ti2Al Nb基合金的伸长率,降低峰值应力;在910℃,置氢0.18%的合金峰值应力为142 MPa,伸长率为238%,相比未置氢合金峰值应力降低了22%,伸长率提高了71%。这主要是由于置氢促进了Ti2Al Nb基合金的晶粒细化,而且促进了B2相和硬脆α2相向O相的转变。H元素能促进α2相在超塑性变形过程中发生相分解反应,硬脆相α2相分解为B2相与O相,降低了Ti2AlNb基合金超塑性变形的流动应力。