GO掺杂对TA1钛合金等离子体电解氧化涂层硬度和耐磨性能的影响

本研究在掺杂氧化石墨烯(简称“CO”)的硅酸盐电解液中对TA1钛合金进行等离子体电解氧化处理,旨在获得较高硬度的等离子体电解氧化陶瓷涂层(PEO)。通过表征涂层的物相组成、表面与截面形貌、粗糙度、显微硬度、摩擦因数以及结合力等参数,分析了CO浓度对涂层性能的影响。研究结果表明,CO参与涂层的形成过程,能够有效地减小微孔和裂纹尺寸,表面粗糙度降低。涂层厚度虽然略有降低,但致密性显著增加。与未掺杂GO的PEO涂层相比,当GO掺杂量为0.6g·L^(-1)时掺杂GO的PEO涂层显微硬度提升18.54%,摩擦系数降低84%,临界载荷强度提高32.59%。

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。

激光选区熔化成形工艺对TA15钛合金内部缺陷与力学性能的影响

利用激光选区熔化(Selective laser melting,SLM)成形技术制备TA15钛合金,通过光学显微镜(Optical microscope,OM)、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)和室温拉伸等研究了激光功率和扫描速度对SLM成形TA15钛合金内部缺陷与力学性能的影响规律。结果表明:在低激光功率(100~125 W)、高扫描速率(1200~1600 mm/s)区域,激光能量密度较低,合金内部缺陷主要为不规则形状的缺陷;在高激光功率(150~200 W)、低扫描速度(800~1000 mm/s)区域,激光能量密度过高,合金内部缺陷主要为规则球形缺陷。规则球形缺陷的存在会导致合金塑性显著降低、对强度影响较弱;而不规则未熔合缺陷的存在会显著降低合金强度和伸长率。TA15钛合金的最佳工艺参数:激光功率为200 W、激光扫描速度为1600 mm/s时,成形合金拉伸强度为(1291±4.2)MPa,断裂伸长率为(8.5±0.5)%。

EB态TA10钛合金高温变形行为及热加工图

以电子束冷床(EB)炉单次熔铸的TA10钛合金扁锭为研究对象,利用Gleeble−3800热模拟试验机开展高且宽应变速率范围(0.01~30 s^(−1))下的等温压缩试验,研究该合金在800~1000℃下变形60%时的高温力学行为及铸态组织演变特征,建立基于峰值应力的高温塑性本构方程,绘制考虑应变的热加工图,深入讨论能量耗散效率因子与宏观、微观组织、力学响应间的关联关系。结果表明:随着变形温度升高或应变速率降低,TA10钛合金流变应力减小;变形温度高于或低于相变点时,峰值应力与变形温度均呈线性相关。Arrhenius方程能较好地预测该合金变形抗力与工艺参数间的变化规律。该合金不适合单道次大变形,较为适合变形量中等且较慢应变速率下的成形方式,可尝试开展高速率多次小变形的方式成形。该合金在两相区慢应变速率下热变形时的流变软化机制为动态球化或塑性流动局部化,而高应变速率下应力塌陷现象的主要原因为宏观失稳,且其在单相区的软化机制以动态回复为主。

不同道次应变分配下TA15钛合金双道次热压缩静态软化行为

在变形温度为910~970℃、应变速率为0.01 s^(-1)、道次保温时间为1000 s、总应变为0.9条件下,对TA15钛合金进行了双道次热压缩实验,研究了第一道次应变为0.25、0.45、0.65时对合金热变形过程中静态软化行为的影响。结果表明:在不同第一道次应变分配下,除变形温度为910℃且应变为0.25时,合金在道次保温间隔后均出现了静态软化现象,即第二道次流动应力峰值均低于第一道次卸载应力;第一道次应变分配较高时,由于累积畸变能较多,软化程度更为明显;变形温度越接近相变点,第一道次应变对静态软化影响程度越大;微观组织分析表明,道次保温间隔后比保温前的初生α相体积分数明显减少,减小程度与静态软化程度呈正相关性。

钛合金TA7铣削加工特性研究

TA7钛合金高强度和低热导率的特点使其成为典型的难加工材料。为了研究钛合金TA7的铣削加工特性,开展了钛合金TA7铣削实验,研究切削参数对TA7切削特性的影响规律。基于MINITAB分别建立了切削力、表面粗糙度与切削参数的回归模型,并分析了切削力、表面粗糙度、残余应力与切削参数的响应关系,揭示了切削参数对切削力时域和频域信号、已加工表面形貌与残余应力影响规律。

热处理温度对TA15钛合金板材组织及性能的影响

本研究对冷加工态TA15钛合金板材进行了750℃、800℃、850℃和900℃四种温度的热处理,并深入探讨了处理后的显微组织、室温拉伸性能、弯曲性能、洛氏硬度和高温性能。结果显示,在750℃时,板材的横向为等轴组织,纵向含有少量拉长组织;而在800℃至900℃范围内,板材的横向和纵向均形成了均匀细小的等轴组织。随着热处理温度从750℃升至850℃,板材的拉伸强度逐渐降低,而伸长率、弯曲角度则有所增加,洛氏硬度逐渐下降。值得注意的是,800℃至850℃热处理的板材显示出优异的综合性能,特别是850℃热处理的板材已完全再结晶。因此,建议TA15钛合金冷轧板材在这个温度范围内进行热处理,以获得最佳的显微结构和力学性能。

抗氧化涂层对TA32钛合金连接件疲劳性能的影响

对涂覆抗氧化涂层的TA32钛合金连接件进行550℃×100 h热处理,研究抗氧化涂层对TA32钛合金连接件疲劳性能、疲劳寿命、显微组织和断口形貌的影响。结果表明:室温下抗氧化涂层能减轻对TA32钛合金连接件疲劳性能的不利影响;在600℃下抗氧化涂层能提升TA32钛合金连接件的疲劳性能。这是因为室温下抗氧化涂层引入的残余应力抑制了位错反向滑移形成的疲劳裂纹,延长了疲劳寿命;在600℃下起到了抗高温氧化的作用,抑制了疲劳裂纹萌生,提高了疲劳寿命。

TA15钛合金铣削加工表面完整性对疲劳寿命的影响

为优化TA15钛合金硬质合金立铣刀铣削参数,控制铣削加工表面完整性,提高构件疲劳寿命,通过铣削试验、表面完整性测试和疲劳试验,研究了TA15钛合金铣削加工表面完整性对疲劳寿命的影响。结果表明,铣削加工后TA15钛合金表面粗糙度Ra为0.148~0.245μm,最大残余压应力位于表面,残余压应力影响层深度约为30μm,硬化层深度约为70μm;疲劳寿命随着表面粗糙度的减小和表面残余压应力的增大而增大;最优的铣削工艺参数组合为:铣削速度40 m/min、每齿进给量0.03 mm/z,疲劳寿命最高为4.044×10^(5)次;拉伸断口为韧性断口,断口韧窝较深。

不同固溶时效工艺对TA10钛合金微观组织与拉伸性能的影响

通过实施不同固溶时效工艺对TA10钛合金进行实验研究,借助光学显微镜、扫描电子显微镜以及室温拉伸测试等多种分析手段,深入探究不同固溶时效工艺条件下TA10钛合金的微观组织变化及其拉伸性能。研究发现:固溶温度为两相区时,合金组织以初生α相及细小α'相为主,此时合金强度较低,塑性较高。时效处理后的组织中α'相消失,并析出次生α相,合金强度有所增加,塑性略有降低,且拉伸断口表面呈现等轴状韧窝特征。固溶温度为单相区时,组织中初生α相消失,且出现明显的晶界α相,此时组织主要由粗大β晶粒构成。发现无论是否进行时效处理,合金经单相区温度固溶处理后的塑性均较差,合金的拉伸断口微观结构为岩石状形态,且撕裂棱特征明显。

双重退火对TA10钛合金组织与拉伸性能的影响

对TA10钛合金进行了双重退火,即分别在840℃、860℃、880℃和900℃保温1h空冷,随后在560℃保温4 h空冷。退火后采用光学显微镜、扫描电子显微镜及拉伸试验机检测了合金的显微组织、拉伸性能和拉伸断口形貌。结果表明:当首次退火温度在两相区时,合金的微观组织由初生α相和β转变组织构成,且随着首次退火温度的升高,初生α相数量减少,β转变组织增多,次生α相体积明显增大;当首次退火温度在单相区时,合金中初生α相完全消失,组织以粗大β晶粒为主,晶界有明显的α相;随着首次退火温度的升高,合金的强度升高,塑性降低;当首次退火温度在两相区时,拉伸断口有大量等轴状韧窝,首次退火温度升高至单相区后,拉伸断口呈岩石状,并有明显的撕裂棱。

退火温度对TA15钛合金显微组织和力学性能的影响

TA15钛合金产品通常都要进行退火处理。为揭示退火温度对其显微组织和力学性能的影响,对ϕ350 mm的TA15钛合金试棒分别进行了在760℃、800℃和840℃保温2 h空冷至室温的退火。随后采用扫描电镜和电子万能拉伸试验机检测了试棒的显微组织、室温和高温拉伸性能以及拉伸断口的形貌。结果表明:随着退火温度的升高,β相转变的组织增多,细小的α相充分球化且杂乱分布;随着退火温度的升高,合金的室温抗拉强度升高,室温屈服强度先升高后略微降低,断后伸长率降低,而高温抗拉强度和屈服强度均升高,塑性变化不大,拉伸断口的韧窝变大变浅,以韧性断裂为主。

退火温度对TA10钛合金组织与力学性能的影响

选取TA10钛合金作为研究材料,设置不同退火温度对TA10钛合金进行退火处理,随后使用光学显微镜、扫描电子显微镜、室温拉伸性能测试等手段,研究退火温度对TA10钛合金组织与力学性能的影响。结果表明:当退火温度为两相区时,组织由初生α相以及β转变组织构成,β转变组织中包含次生α相与残余β相。退火温度达到单相区后,组织以粗大β晶粒为主,并出现三叉状晶界。随着退火温度的升高,合金强度随之升高,而塑性性能随之降低,发现等轴组织塑性性能最佳,细片层β转变组织强度最大,双态组织具有优异的综合力学性能。当退火温度位于两相区时,拉伸断口微观主要由大量等轴状韧窝组成,同时包含二次裂纹与撕裂棱,当退火温度达到单相区后,断口形貌以结晶状岩石形貌为主。

TA15钛合金相变温度与锻造温度符合性确认

针对TA15钛合金相变温度与两相区(α+β)锻造加热温度符合性问题,对TA15钛合金棒料及锻件进行了多批次对比性的工艺验证,结果表明:TA15棒料相变点测定有效区间在992~996℃,根据相变点选取原则,将两相区(α+β)锻造加热温度(955±5)℃进行固化并进行试验,锻件形状、尺寸、力学性能、高低倍组织、超声检测等全部达到了规定的技术要求。

TA15钛合金薄板组织与拉伸性能

使用2450 mm轧机对TA15钛合金进行薄复叠轧轧制加工,使用光学显微镜、扫描电子显微镜以及拉伸性能试验,对薄板进行微观组织和拉伸性能研究。结果表明:薄板的组织主要由α晶粒组成,在各α晶粒之间存在黑色的残余β相,α晶粒的形貌以等轴状与细长条状为主,存在一定的轧制加工形貌。薄板的轧制方向(TD)与薄板的横向(RD)方向的拉伸性能十分接近,断口微观形貌均由大量等轴状韧窝构成,具有明显的韧性断裂特征,除包含大量韧窝外,还包含少量的小平面,小平面十分光滑且圆润,同时发现一定数量的二次裂纹。

时效温度对TA10钛合金微观组织以及冲击韧性的影响

对TA10钛合金进行固溶时效处理,研究TA10钛合金在不同时效温度条件下微观组织形貌与冲击韧性二者之间的关系。研究发现:在固溶条件下,合金组织结构主要由α′相和初生α相组成,再经时效处理后,组织中初生α相的形貌以及体积分数均未出现明显变化,且有大量次生α相析出,并有明显的β转变组织形成。合金经固溶时效处理后的冲击韧性,较固溶处理后的数值更低,而在固溶时效条件下,随着时效温度的逐步提高,合金的冲击韧性整体呈现出降低的趋势,但整体降低趋势并不十分明显。发现无论是固溶还是固溶时效条件下,其冲击断口形貌均是由大量韧窝形貌构成,且固溶条件下,冲击断口中的韧窝数量更多,其断口整体较为平稳,同时发现断口中空洞的数量和尺寸在时效温度升高的过程中也不断增加。

浅析航空用高强TA18钛合金管材组织和性能影响因素

TA18钛合金凭借优异的综合性能成为航空航天管路系统的首选材料,虽然中强级别的TA18钛合金管材已实现批量化生产及产业化应用,但随着我国航空工业的快速发展,对液压管路系统在更高工作压力下服役的安全性和可靠性提出了迫切需求。介绍了TA18钛合金的特点以及研发、推广情况,阐述了材料成分、管坯制备、轧制工艺、热处理对TA18钛合金管材质量、组织和性能的影响,指出了我国在批量化制备高强TA18钛合金管材过程中所存在的诸多问题,并给出了今后的发展方向。

激光冲击强化对TA15钛合金小孔结构残余应力和疲劳性能的影响

采用激光能量30 J、圆形光斑φ4 mm,冲击2次工艺对TA15钛合金小孔结构进行激光冲击强化,研究激光冲击强化对小孔结构残余应力和疲劳性能的影响。结果表明:激光冲击强化后TA15钛合金表面显微硬度最高达402 HV,相对于母材提高了约9%且冲击硬化层深度为0.8 mm;激光冲击强化后在材料表面引入高达-908 MPa的残余压应力,相比于喷丸强化提高了54%;激光冲击强化残余压应力层深度可达1 mm,明显大于喷丸强化残余压应力层深度0.28 mm,较高的残余压应力可以抑制疲劳裂纹的萌生和扩展,而较深的残余压应力层有利于降低裂纹扩展速率,延长裂纹扩展寿命。激光冲击强化可有效提高TA15钛合金小孔结构在385 MPa应力水平下的疲劳寿命,相比于未强化试样的疲劳寿命增益在86%~337%,明显优于喷丸强化后疲劳寿命增益。这是由于残余压应力可降低裂纹扩展的门槛值和裂纹尖端的有效应力强度因子,使疲劳裂纹源从孔内壁转移至试样的上/下表面,同时减小疲劳条带间距。

内壁强化对TA16钛合金传热管断裂韧度的影响

采用TA16传热管制备的直流蒸汽发生器是新一代核动力装置的核心部件。为提高管材的内壁质量,目前采用内绞、喷砂等数道表面加工程序,生产成本大幅升高。为简化工艺流程,降低生产成本,开展针对TA16管材的内壁强化技术研究。同时为了确定内壁强化对管材断裂韧性的影响,提出一种含双边轴向裂纹管(DEAT)试样,通过弹塑性有限元分析建立DEAT试样的应力强度因子K和J积分的计算表达式,通过建立的试验方法完成内壁强化前后TA16传热管的J-R曲线测试,获得内壁强化前后TA16传热管的断裂韧性参数。试验后采用SEM、EBSD、TEM及纳米压痕分析内壁强化对管材微观组织和性能的影响。研究结果表明:强化后TA16管内壁从表面沿径向形成100~200μm的纳米超细晶区和孪晶变形区,显著提高了管材的内壁质量,但由于表层的硬度升高,导致传热管的断裂韧度整体水平有所下降。研究结果可为TA16管材的质量提升、安全性评价及性能退化评估奠定技术基础。

航空航天用TA18钛合金管材研究进展

本文简要分析了TA18(Ti-3Al-2.5V)在国内外航空航天领域的研究进展及存在的部分加工技术难题。随着我国航空航天等高科技领域的快速发展,对于高性能、高精度、高成形性的TA18钛合金管材的需求正逐步增加,目前国内中高强的TA18管材已经开始应用,但其织构控制、显微组织控制、轧制工艺、薄壁管弯曲成形等加工技术尚需要进一步突破,并对其发展提出了展望。