Zr含量对BT25合金等温锻件组织及性能的影响

采用金相显微镜、扫描电镜、X射线能谱仪和力学性能测试等手段,研究了Zr含量对BT25合金等温锻件组织及力学性能的影响。结果表明:采用两相区等温锻造工艺及提高Zr含量可促使BT25合金组织金属流线的形成,抑制了锻后合金冷却时晶界α相的形核及长大,可得到典型的双态组织;随Zr含量增加(由1.65%增加到3.86%),BT25合金在室温,500、550℃高温的拉伸强度和热稳定强度分别提高了161、123、96、57 MPa;断裂韧性由68.9 MPa·m^(1/2)提高至85.5 MPa·m^(1/2)。

BT25钛合金在两相区变形过程中的显微组织定量分析

对具有片层α相的BT25合金圆饼在两相区进行4种变形程度的等温锻造,用定量金相分析方法研究变形量对显微组织特征参数(α相体积分数、α片层厚度和α相球化率)的影响规律。结果表明:随着变形量增加,α片层不断弯曲破碎,导致α片层长宽比减小而球化率增大,当变形量达到80%时球化率为85.23%,改善了合金组织的均匀性;在变形过程中片层α两端的物质向中间扩散,导致片层厚度增加,变形量从0%增至80%,α片层厚度增加了1.6μm;α相的体积分数由于等温锻造温度不变而基本维持在60%左右,大变形时有所降低。

退火后冷却方式对BT25钛合金组织和性能影响

本文用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了退火后冷却方式对BT25钛合金的显微组织和室温力学性能影响.结果表明:一次退火后水冷,BT25钛合金的基体可以获得相较于空冷而言更为细小的β转变组织,但对初生α相的影响不大;同时合金的拉伸强度因片状α相的细小而更高,且合金的断后伸长率下降.因此,要使BT25合金获得更高的强度,一次退火后应进行水冷.

BT25钛合金高温变形行为

对BT25钛合金在温度为950~1 100℃,应变速率为0.001~10 s-1条件下的高温变形行为进行了研究,分析了热力学参数对流变应力和微观组织的影响,并以Arrhenius方程为基础,构建了本构方程,最后进行了验证.结果表明:BT25合金在相同温度和应变速率下变形,变形量越大,动态再结晶越充分并细化了晶粒.相同变形量,变形温度越低,应变速率越高,动态再结晶晶粒尺寸越细小;流变应力随应变速率的增加而增加,随变形温度的升高而减小;BT25合金在α+β两相区(950~1 010℃)Q=763.51 k J/mol,β相区(1 040~1 100℃)Q=231.36 k J/mol.

热处理工艺对BT25钛合金锻件的组织与性能的影响

研究了不同固溶温度及冷却方式对BT25钛合金锻件组织与性能的影响。结果表明:同一固溶温度下,空冷的比炉冷的显微组织细小。固溶温度在相变温度以上,空冷的比炉冷的室温强度高,但塑性指标及冲击韧性变化不大。固溶温度在相变温度以下,同一固溶温度下空冷的比炉冷的室温强度稍高、断面收缩率和冲击韧性要高的多、延伸率变化不大,但屈服强度略有下降。高温强度随着冷却速度的提高而呈现略有提高趋势,塑性指标变化不明显。选用固溶温度为相变点以下30～40℃,保温2h空冷+550℃,6h空冷热处理制度,可以保证合金强度和塑性的最佳配合。

BT25y钛合金热稳定性能研究

通过力学性能测试、X射线衍射仪、透射电镜和扫描电镜等方法,研究了BT25y钛合金的热稳定性能。结果表明,BT25y合金的抗拉强度与屈服强度随固溶温度的变化曲线表现出马氏体型钛合金的特征;合金固溶时效后,在500和550℃经300～2000h热暴露后抗拉强度Rm为1380～1420MPa,均在高强度状态下,还有较好的塑性,表明在500和550℃合金组织是热稳定的;断口形貌清楚表明,纤维区、放射区及剪切唇的断口特征十分明显,纤维区、裂纹核心源区和放射扩展区均为韧窝深的韧性断裂断口形貌,而剪切撕裂区也为韧性断裂断口形貌,只是韧窝深浅程度有变化,随热稳定时间的延长,韧窝逐渐变浅,同时还发现了二次裂纹;在500和550℃热暴露过程中发生了α→α+α2的相转变,且α相和α2相共存。

锻造温度对BT25钛合金组织和性能的影响

BT25钛合金制航空发动机压气机盘因直径大、形状复杂，要采用等温锻造。研究了锻造温度对BT25钛合金组织与性能的影响。试验结果表明，等温锻造温度不同，合金的组织和性能也不同。与在α＋β两相区锻造和在（α＋β）→β相变点以上30℃锻造的相比，在（α＋β）→β相变点以下10～15℃的温度锻造，具有等轴α相、条状α相和β相的合金综合性能最佳。

基于应变补偿和BP神经网络的BT25钛合金本构关系研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机对BT25钛合金在变形温度为950~1100℃,应变速率为0.001~1 s^-1和最大压下率为60%条件下进行热压缩实验,研究了BT25钛合金的热变形行为,并分别建立了α+β两相区和β单相区的基于应变补偿的Arrhenius本构模型,同时构建了基于BP神经网络的本构关系模型。结果表明,合金对变形温度和应变速率较为敏感,其流变应力随变形温度的降低和应变速率的增加而增大。在α+β两相区,基于应变补偿的本构模型的相关系数R为0.981;在β单相区,其相关系数R为0.984;基于BP神经网络的本构模型相关系数R达到0.996,表明BP神经网络模型具有更高的精度,能更好地预测BT25钛合金的高温流变应力。

BT25Y钛合金拉伸强度的当量计算

测试了BT25Y钛合金中不同Al,W,Mo含量双态组织的室温和高温拉伸强度,在此基础上,参照Kolachev等人的公式,给出了高温条件下抗拉强度和屈服强度的当量计算公式,该公式也适用于魏氏组织BT25Y钛合金,

改进型BT25y钛合金热处理工艺对棒材组织和性能的影响

对改进型BT25y钛合金棒材固溶、时效热处理与力学性能的关系进行了研究。结果表明,改进型BT25y钛合金强化热处理的固溶温度为900～945℃,时效温度为530～550℃,在该工艺范围内处理,可获得均匀α+β等轴组织,且组织性能匹配较好,各项拉伸性能指标均达到或超过工程应用的技术要求。

BT25钛合金相变温度的测定

利用计算法、热膨胀法、差示扫描量热法和连续升温金相法测定了BT25钛合金的相变温度。结果表明,4种方法获得的相变温度分别为1 023.2、1 029.0、1 029.8和1 029.0℃。

2种轧制温度下BT25钛合金棒材组织与性能

研究了980℃和950℃2种温度轧制的BT25钛合金棒材的室、高温拉伸性能、热稳定性能以及持久性能。研究结果表明,所研究的2种温度下得到的轧制棒材的性能均满足用户提出的标准要求。它们的高温拉伸性能、冲击韧性相当,980℃轧制棒材的室温拉伸性能优于950℃轧制棒材,但后者的热稳定性优于前者,550℃热暴露100 h后,后者塑性降低程度较小。BT25钛合金棒材组织比较均匀,均为初生α相和条状β转变组织构成的双态组织,且变形温度较低时,组织较细小,合金的综合性能较高,尤其是热稳定性能较好。

BT25y高温高强钛合金研究

介绍了高温高强钛合金BT25y(Ti-6Al-4Mo-4Zr-2Sn-1W-0.2Si)的试制过程,对该合金的性能与组织关系进行了讨论.结果表明,BT25y合金在常温和高温下均具有优异力学性能:直径为350 mm的饼材400℃/100 h持久强度在800 MPa以上,400℃/100 h/380 MPa下的残余应变为0.048%,450℃时的断裂强度大于1000 MPa,延伸率δ5在12%左右.BT25y合金组织类型的差异对高温性能影响不大,具有良好的热稳定性.

BT25y钛合金精锻棒材组织与性能的研究

研究了BT25y钛合金精锻棒材的组织与力学性能。结果表明:具有网篮组织和等轴组织的BT25y钛合金精锻棒材室温、高温拉伸性能较好,且两者拉伸性能十分接近,而魏氏组织的断面收缩率和延伸率较低,表现出较差的塑性;魏氏组织、网篮组织和等轴组织在400℃温度、700 MPa应力条件下均具有较好的持久性能;在400℃温度、380 MPa应力、100 h蠕变条件下,魏氏组织、网篮组织具有较好的蠕变性能,等轴组织的蠕变性能则相对较差。

固溶温度和冷却速率对BT25钛合金组织的影响

通过温控精度达到0.5℃/s的高精度快速相变仪研究了固溶温度和冷却速率对BT25钛合金显微组织的影响规律。结果表明:BT25钛合金的显微组织中等轴α相数量随固溶温度的升高而减少,同时β晶粒逐渐长大,组织形态从等轴组织过渡到双态组织,当固溶温度超过β相变点时组织从双态组织演变为魏氏组织;随着冷却速率的升高,显微组织中的α片层厚度逐渐降低,当冷却速率大于10℃/s时,可以抑制晶界α相的产生;在低冷却速率时的大晶粒尺寸的片层组织的断裂方式为延性韧窝断裂和解理断裂混合,当冷速提升后,断裂方式为韧性断裂。

初始片层组织BT25y合金加工硬化行为研究

基于热模拟压缩试验研究了初始片层组织BT25y合金的加工硬化行为,分析了热变形参数对合金高温力学行为和显微组织演变的影响规律,探究了变形过程中产生加工硬化和流动软化的原因,得到了应变硬化指数在不同变形温度和应变速率的分布情况。结果表明:BT25y合金的应力-应变曲线在小应变处(≤0.07)的急剧升高,源自于位错大量增殖及其缠结和塞积造成的加工硬化,峰值应变之后流动应力的下降归因于绝热温升、流动失稳、片层组织的弯折和球化引起的流动软化。变形量较小时(20%),BT25y合金显微组织与变形初始组织差别不大;变形量增加至40%,与压缩轴平行的片层α相发生严重弯折,与压缩轴近似垂直的α片层发生旋转且沿金属流动方向被压扁,部分片层发生解体断裂,生成短棒状或近球形的α晶粒;变形量进一步增大到60%时,多数α片在片层弯折处发生断裂,剩余少量α片层相界面不再平滑,在α/β相界面处形成大量的热蚀沟槽。初始片层组织BT25y合金的应变硬化指数在不同变形温度下几乎全部为负值,说明流动软化在变形过程中占据主导作用,由于(α+β)两相区低温变形阶段较为充分的片层组织动态球化,该区域表现出较高的n值分布。

加热速度对BT25钛合金α→β相变的影响

采用高精度差分膨胀仪DIL805A/D测试了BT25钛合金在不同加热速度下的线膨胀曲线,并获得了合金在相应加热速度下的β相变温度。为了验证膨胀法得到的BT25钛合金β相变温度的准确性,用金相显微镜和定量分析软件分析了β相变温度附近不同温度保温后冷却得到的金相组织中相的相对含量和组织演变规律。根据膨胀曲线分析了BT25合金在加热过程中,不同温度范围内的相变情况。最后,采用杠杆定律得到不同加热过程中BT25合金α→β相变时α相转变体积分数与温度之间的变化关系。研究结果表明:膨胀法能够准确测定不同加热速度下钛合金的α→β相变点;随着加热速度的增加,BT25钛合金α→β相变的起始温度和结束温度都升高,相变温度区间变窄,相变速率明显增大。相变速率峰值和出现峰值的温度随着加热速度的增加也增大;利用Kissinger方程计算得出了加热过程中BT25钛合金α→β相变激活能为953.15 k J·mol^(-1)。

BT25钛合金连续冷却转变曲线研究

采用膨胀法测得BT25钛合金在不同冷却速度下的线膨胀曲线,同时用分段冷却方法证明了此膨胀曲线能够准确反映BT25钛合金在不同冷却速度时的相变过程,并结合物相分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和显微硬度分析,获得了合金的连续冷却转变(CCT)曲线,研究了冷却速度对BT25钛合金相变组织演变规律的影响。结果表明:当冷速小于C_1(1~3℃·s^(-1))时,相变组织为魏氏组织;冷速大于C_2(50~100℃·s^(-1))时,组织为α"马氏体;冷速在C_1~C_2时,组织为魏氏组织和α"的混合物。并且随着冷却速度的增加,魏氏组织含量减少,而α"含量增加。合金硬度随冷却速率的增加而增加。

热处理对高Mo当量BT25y钛合金显微组织和力学性能的影响

通过显微组织观察和力学性能测定对高Mo当量BT25y钛合金经二重和三重热处理后的室温和650℃拉伸性能和冲击韧性与显微组织之间的关系进行了分析和研究。结果表明,BT25y钛合金在650℃下的拉伸强度与目前几种600℃高温钛合金在600℃下的拉伸强度相当;增加Mo当量可以提高650℃下的拉伸强度;通过三重热处理可以明显提高BT25y钛合金的冲击韧性。

热处理对BT25Y合金电子束焊接组织和力学性能的影响

对BT25Y合金电子束焊接样品进行700℃/2 h AC的退火处理和940℃/2 h AC+600℃/8 h AC的固溶+时效处理工艺,研究2种热处理工艺对合金焊接区域的组织和力学性能影响。结果表明,无热处理情况下,焊缝溶合区主要由α′马氏体构成,焊缝区硬度和强度明显高于基体。700℃/2 h AC退火处理后,焊缝区的α′马氏体转变为细小弥散的α相,焊缝区的硬度和强度高于基体,室温拉伸断裂发生在基体,焊接样品具有较差的高温持久性能。940℃/2 h AC+600℃/8 h AC的固溶+时效处理,焊缝熔合区的α′马氏体转变为尺寸较大的片层α相,并且沿原始凝固β晶界存在尺寸较大的连续或断续棒状α析出带,该析出带使得焊接样品在室温拉伸时沿焊缝发生脆性沿晶断裂,该热处理后合金具有较好的高温持久性能。