SP700钛合金热变形行为及组织演变

采用Gleeble3800热模拟试验机对SP700钛合金进行热压缩试验,研究合金在变形温度为800~880℃、应变速率为1~10 s–1、压缩变形量为30%和50%条件下的流变行为及显微组织演变.结果表明,随着变形温度升高和应变速率降低,SP700钛合金热压缩变形的峰值流变应力降低.合金在800℃压缩变形时,流变应力曲线呈明显的动态软化,其显微组织中α片层逐渐破碎球化,部分α片层发生动态再结晶.随变形温度升高,合金压缩真应力–应变曲线呈稳态流变状态.在相同变形温度下,随应变速率和压缩变形量增加,α片层球化程度增加.热变形过程中,平行于压缩轴的α片层在压应力作用下弯曲扭折,片层内取向差不连续存在,并于不连续处存在新α/α界面.垂直于压缩轴的α片层在压应力作用下界面发生起伏,片层内部存在累积取向差.在界面起伏处β相楔入α片层,最终导致α片层的破碎球化.

SP700钛合金的多重固溶时效处理

采用扫描电镜和金相显微镜观察不同固溶时效热处理SP700合金的显微组织,并研究了其室温力学性能。结果表明,随着循环热处理次数的增多,初生α片层的数量减少,并出现较多的次生α'相,强度和硬度逐渐升高,塑韧性先升高后降低。采用适当的多重固溶时效处理可以有效地调节材料的显微组织参数,形成弥散分布的α+β相和高密度的位错。

SP700钛合金板轧制过程的组织演变和力学性能研究

研究了22mm厚SP700钛合金板轧制过程中的组织演变和力学性能。结果表明:SP700钛合金板的显微组织由不连续的晶界α相和晶内针状组织组成;经过热轧和冷轧后,显微组织不均匀,由等轴组织和变形组织组成,等轴组织由等轴α相和等轴β相组成,变形组织由条状α相和变形β相组成;冷轧并退火后,显微组织十分均匀,由等轴组织组成。室温拉伸试验结果表明:SP700钛合金板冷轧后,抗拉强度达1100MPa以上,纵横向强度差为64MPa,伸长率为5.0%~6.5%,塑性差为0.17%。退火后,强度降低,塑性显著提高;纵横向强度差为69MPa,塑性差为6.84%。

SP700钛合金的热处理/阳极氧化工艺研究

目的采用电化学阳极氧化法,在SP700钛合金的表面制备多孔结构的氧化膜。方法利用Autolab PGSTAT30型电化学工作站,采用三电极体系,辅助阴极为石墨电极,参比电极为饱和甘汞电极,工作电极为试样,测定试样的动态极化曲线和阳极氧化I-t曲线。利用扫描电子显微镜观察阳极氧化表面多孔氧化膜的微观形貌,分析热处理工艺、阳极氧化电压、电解液成分等参数对SP700钛合金阳极氧化行为的影响规律。结果钛合金材料经固溶时效处理后,α相和β相的相对含量发生了变化,从而使氧离子对电化学反应界面的内应力发生变化,使得表层氧化膜更加平整,耐腐蚀性提高。F-是阳极氧化膜上纳米孔形成的必要条件,随着F-浓度的增加,阳极氧化膜表面纳米孔的密集程度增加,孔径减小,氧化膜厚度增加。在一定范围内,随着阳极氧化电压的增大,氧化膜增厚,但电压过高会破坏氧化膜的稳定性。结论用电化学阳极氧化法处理钛合金表面,得到了多孔结构的氧化膜,获得了理想的耐腐蚀性能。固溶时效处理后,钛合金的耐腐蚀性提高。

SP700钛合金表面纳米孔结构制备

采用电化学阳极氧化法在SP700钛合金表面制备了纳米多孔结构膜。电解质为含F-离子和不含F-离子的乙二醇溶液体系。研究了低压条件下纳米多孔结构的形成机制。利用EG&GPARM273恒电位仪测量动态电势极化曲线和阳极极化曲线,利用场发射扫描电子显微镜(JSM-6700FESEM)初步表征了自组装纳米孔的形貌和尺寸。分析表明,纳米孔形成的临界电压为2V,F-离子影响着最终纳米孔的孔深和孔壁厚度,导致孔加深和孔壁的减薄。

SP700钛合金高温流动行为及本构关系

在700~950℃的变形温度、0.001~1 s^(-1)的应变速率条件下,采用Gleeble-3800型热模拟试验机对SP700钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,研究其高温流动行为,并构建了基于应变补偿的Zener-Hollomon参数本构关系模型和多元线性回归本构关系模型。结果表明:SP700钛合金的流动应力曲线会随变形温度的升高和应变速率的降低而下移,且在高温及低应变速率下,流动应力会呈现出明显的稳态流动特征。对两种本构关系模型进行误差计算表明,基于应变补偿的Zener-Hollomon参数本构关系模型在700~950℃预测值相关系数和平均相对误差分别为0.978和14.29%;而另一种多元线性回归本构关系模型在700~800℃和800~950℃预测值相关系数和平均相对误差分别为0.994、5.54%和0.999、2.51%。

基于BP神经网络的SP700钛合金本构关系

采用Gleeble-3800型热模拟试验机对SP700钛合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在变形温度700~950℃、应变速率0.001~1 s^(-1)条件下的高温流动行为,同时根据实验数据构建出BP神经网络本构关系模型。结果表明:高温变形过程中的变形温度和应变速率对SP700钛合金的流动应力影响较为显著,流动应力基本上随变形温度的增加而减小,随应变速率的增加而增大,且在变形温度更高时,稳态流动特征更为明显。基于BP神经网络本构关系模型得到的SP700钛合金的流动应力预测值与实验值较为一致,其相关系数和平均相对误差分别为0.998和5.07%,该本构模型对合金流动应力的预测精度较高。

SP700钛合金激光焊的焊缝成形与性能分析

对δ=1.2 mm的SP700钛合金开展光纤激光焊接试验,探讨SP700钛合金激光焊的焊缝成形与组织性能.结果表明,负离焦量主要影响着焊缝的背面熔宽,而正离焦量则对表面熔宽的影响更大.焊缝熔宽随着热输入的增大而增加,且背面熔宽的增加幅度更快.当热输入一定时,焊缝背面熔宽受激光功率的影响更大.两种状态的接头焊缝区为粗大的β柱状晶,焊缝区的平均显微硬度均高于母材,抗拉强度基本与母材等强,断后伸长率均比母材要低.平行焊缝的抗拉强度低于垂直焊缝,其硬度和断后伸长率则相对较高,两种焊接接头拉伸断裂的位置也有所不同.

SP700/TC4钛合金蜂窝夹层结构钎焊工艺分析

采用非晶态Ti-Zr-Cu-Ni箔带钎料对SP700/TC4钛合金蜂窝结构进行钎焊工艺研究,分析了钎焊温度和保温时间对钎焊接头组织和力学性能的影响.结果表明,当钎焊温度在875~890℃之间变化时,随温度升高,钎焊接头中元素扩散更为充分,接头拉脱强度持续增长;在890℃下保温2~4 h不同时长进行钎焊,接头的拉脱强度先逐渐增加,在保温时间为3.5 h时达到最大值,随后逐渐降低.获得SP700/TC4钛合金蜂窝结构的较优钎焊工艺为890℃/3.5 h,该工艺下钎焊接头的室温拉脱强度、三点弯曲强度、平面压缩强度、L及W方向抗剪强度分别达到14.64,224.05,11.21,4.43及3.76 MPa,破坏部位均为TC4蜂窝芯.

热处理对SP700钛合金板材组织及力学性能的影响

通过调整SP700钛合金板材的热处理制度,获得了不同组织形态的SP700钛合金板材,研究了不同组织形态对SP700钛合金板材的力学性能、断裂韧性等性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,SP700钛合金板材的显微组织依次为等轴组织、双态组织、片层组织;板材的横纵向室温抗拉强度和屈服强度升高,400℃高温抗拉强度升高,断裂韧性升高;当退火温度从770℃升高到870℃,室温伸长率和高温伸长率变化不大,当退火温度从870℃升高到930℃时,伸长率迅速降低;双态组织具有良好的综合力学性能。试样断口的SEM图表明:770℃和870℃退火的试样为延性断裂断口,930℃退火的试样为脆性断裂断口。

SP700钛合金的晶粒细化

比较了采用新热机械处理工艺和传统工艺细化SP700钛合金晶粒的效果.结果表明,与传统工艺相比,新工艺得到的SP700钛合金的组织更为细小均匀和等轴化,初生α相颗粒的尺寸达到约1-2 μm.与其他合金相比,SP700钛合金之所以具有如此细小的组织,除了与合适的热机械处理工艺有关外,还与该合金的合金化特点密切相关.

SP700钛合金低温超塑成形数值模拟与机理研究

针对SP700钛合金低温超塑特性的工程化应用需求,通过数值模拟与超塑成形工艺参数优化保证了成形件的几何精度。首先依据前期高温拉伸试验确定了SP700钛合金合适的超塑成形参数,基于Backofen模型描述了SP700钛合金稳态阶段的流动应力,利用确定的气压加载路径完成了SP700钛合金盒型件超塑气胀成形工艺试验。采用PVX测厚仪测量了盒型件不同区域的厚度分布,与数值仿真结果对比,验证了SP700钛合金超塑成形数值仿真的预测精度。通过室温拉伸分析了SP700钛合金低温超塑成形后的力学性能。结果表明,SP700钛合金具有优异的低温超塑性,可成形质量合格的盒型件,其数值仿真结果与试验结果吻合良好,预测精度可达90%以上。经过超塑成形后,SP700钛合金组织性能并无明显变化,仍具有较优异的力学性能。

轧制工艺对SP700钛合金薄板组织与性能的影响

研究了3种轧制工艺对SP700钛合金薄板组织与力学性能的影响。试验结果表明:淬火后采用冷轧工艺生产的SP700钛合金薄板,各向异性明显,横纵向抗拉强度差值98MPa,横纵向屈服强度差值140MPa,横向平均晶粒尺寸2.8μm,纵向平均晶粒尺寸2.4μm。淬火后采用包覆叠轧换向轧制生产的板材,各向异性小,横纵向抗拉强度、屈服强度的差值都不超过50MPa,横纵向显微组织都为细小均匀的等轴晶,横纵向平均晶粒尺寸不超过3μm。未淬火采用包覆叠轧换向轧制生产的板材,各向异性小,但板材横纵向显微组织均匀性较差,平均晶粒尺寸超过了3μm。采用淬火+包覆叠轧换向轧制可以获得横纵向力学性能均匀,晶粒尺寸细小的SP700钛合金薄板。

SP700钛合金薄板超塑性研究

研究了2种不同工艺对SP700钛合金薄板的超塑拉伸性能的影响,并测试了SP700钛合金薄板可达到的最大超塑性能。结果表明:采用最大m值超塑变形拉伸试验法,在775℃可得到SP700钛合金薄板试样的最佳超塑性能,超塑性可以达到3000%以上。

阳极化对SP700钛合金/2A12铝合金偶对电偶腐蚀影响研究

目的研究阳极化处理对SP700钛合金与2A12铝合金电偶对的腐蚀行为和机理的影响。方法采用电化学极化曲线测试法对阳极氧化处理前后的SP700钛合金的耐蚀性能进行初步研究,并以此作为边界条件,采用有限元数值模拟的方法,对不同状态的SP700钛合金与2A12铝合金组成的偶对电偶腐蚀情况进行模拟计算。同时,开展电偶对的电偶腐蚀试验,对模拟结果进行验证。此外,通过对电偶腐蚀后的试件表面微观形貌进行表征,进一步分析不同电偶对的腐蚀规律差异。结果SP700钛合金阳极氧化前的自腐蚀电位为-283 mV,腐蚀电流密度为6.164×10^(-9)A/cm^(2);氧化后的自腐蚀电位为-270 mV,腐蚀电流密度为8.589×10^(-10)A/cm^(2)。SP700钛合金阳极氧化前与2A12铝合金的试验和仿真平均电偶电流密度分别为6.81、6.76μA/cm^(2);SP700钛合金阳极氧化后与2A12铝合金的试验和仿真平均电偶电流密度分别为2.58、2.54μA/cm^(2)。结论SP700钛合金表面阳极化处理可有效降低与铝合金之间电偶腐蚀的敏感性。

Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金板材超塑成形组织及性能研究

分别采用最大m值法和恒应变速率法对Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金(SP700钛合金)板材进行超塑拉伸,研究了755~785℃、0.1~0.005s-1及不同方向的单向条件下其超塑拉伸变形行为和典型件的超塑成形行为及力学性能。结果表明:SP700钛合金具有优异的低温超塑性,采用最大m值法在45°方向、775℃变形后,获得3110%的最高延伸率,变形诱发晶粒长大使SP700钛合金抵抗颈缩的能力增加。受双向拉应力作用的锥形件,在755℃具有最优的超塑成形工艺性,锥形件高度可达到100mm,并且晶粒尺寸无明显变化。经33%超塑变形量的试样室温力学性能略高于无变形试样,其室温抗拉强度和延伸率平均值分别达到1027MPa和16.8%。

汽车用SP700钛合金电解渗氢研究

为了提高汽车用SP700(Ti-4.5Al-3V-2Mo-2Fe)钛合金的机械性能,利用电解渗氢的方式,在酸性环境下(1N H2SO4),探讨法拉第效应、时间、添加剂及温度对汽车用SP700钛合金的渗氢效果,并对试验现象进行详细研究。研究表明:汽车用SP700钛合金在室温(25℃)下,溶液中添加As2O30.1g/L,在短时间和大电流密度下,电解渗氢12 h渗氢效果最佳。

SP700钛合金热压缩失稳变形数值模拟研究

利用SP700钛合金在Gleeble-3800型热模拟试验机下进行等温恒应变速率压缩得到的实验数据,构建出基于Prasad失稳准则的失稳图,得到在变形温度为700~950℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)时SP700钛合金的热压缩失稳变形的边界条件,并以此为基础结合Deform-3D有限元软件对SP700钛合金在热压缩过程中失稳变形区域的分布及变化情况进行有限元数值模拟研究。结果表明:热压缩实验得到的SP700钛合金微观组织与有限元数值模拟结果的吻合度较高,即通过Deform-3D有限元软件可以有效模拟预测出SP700钛合金热压缩过程的失稳变形区域的分布及变化情况。

摩擦效应和温度效应对SP700钛合金热压缩流动应力的影响

在Gleeble-3800型热模拟试验机上进行SP700钛合金的等温恒应变速率压缩试验,对变形温度为700~950℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)的条件下得到的流动应力曲线进行摩擦修正和温度修正,并分析热压缩试验过程中摩擦效应和温度效应对材料流动应力的影响。结果表明,摩擦修正系数受变形温度及应变速率的影响显著,但其受影响的变化规律不明显。此外,摩擦效应和温度效应对SP700钛合金热压缩流动应力都有显著影响,并有明显的规律,且在该热变形参数条件下摩擦效应的影响比温度效应要大。

变形工艺参数对SP700钛合金微观组织及显微硬度的影响

采用Gleeble-3800型热模拟试验机对SP700钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,对变形温度为700~950℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)及最大应变量为0.9下SP700钛合金的热变形行为进行研究,并分析热变形过程中变形工艺参数对其微观组织演变及显微硬度的影响。结果表明,变形温度和应变速率对合金的峰值流动应力、微观组织演变和显微硬度都有较大的影响。当应变速率不变时,随着变形温度逐渐增大,合金的峰值流动应力降低,其微观组织中α相逐渐球化,最终发生动态再结晶,显微硬度也先增大后减小最后又增大。当变形温度不变时,随着应变速率逐渐增大,峰值流动应力增大,微观组织中α相球化率降低,且最后呈现出局部流动现象,显微硬度先增大然后减小。