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。

基于不同Ta10W渗镀层厚度的火炮身管热力耦合数值分析

采用双辉等离子渗金属技术于火炮身管内膛渗镀抗烧蚀涂层,是延长身管武器寿命的重要手段之一。为探究Ta10W渗镀层对火炮发射传热过程以及应力分布的影响规律,该文以某125 mm口径火炮为研究对象,通过热力耦合数值分析法,根据内弹道时期火药高温高压燃气的动态变化过程定义热力载荷以及边界,从而获得在高速热流工况下,Ta10W渗镀层厚度为0.04~0.10 mm时,火炮身管的传热变化过程以及应力分布特点。结果表明:随着渗镀层厚度的增加,弹后炮尾的最高温度呈下降趋势,不同厚度产生的应力差值在身管中段会大于身管尾部,同时在炮尾的涂层与基体结合处产生应力集中,0.04 mm、0.07 mm和0.10 mm厚度Ta10W层的应力最大值分别为891.4 MPa、884.3 MPa和879.1 MPa。

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。

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。

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。

炉冷温度对TA10钛合金微观组织与拉伸性能的影响

对TA10钛合金进行不同温度的随炉冷却处理,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,研究炉冷温度对TA10钛合金微观组织与拉伸性能的影响。结果表明,炉冷温度会影响组织中初生α相与次生α相的含量,随着炉冷温度不断升高,初生α相含量降低,次生α相含量升高,同时合金强度随之升高,但塑性随着炉冷温度的升高而降低。炉冷温度为两相区时,拉伸断口微观形貌由大量的等轴状韧窝组成,炉冷温度为单相区时,断口形貌以岩石状为主,在炉冷温度升高过程中,断口形貌中微裂纹数量增加,且有撕裂棱出现。

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。

TA10钛合金热加工图的建立及分析

采用Gleeble-1500D热/力模拟实验机,在变形温度为800~1050℃,应变速率为0.01~5 s^(-1)的条件下,对TA10钛合金做热压缩实验,并根据动态材料模型(DMM)建立不同应变下TA10钛合金的热加工图,分析应变对耗散效率因子、失稳参数和热加工图的影响。结果表明:随着应变的增加,峰值耗散效率因子和流变失稳区均呈现出规律性的变化,都出现了先减小后增大的现象,流变失稳区由小应变时的一个失稳区逐渐变为大应变时的两个失稳区;适用于TA10钛合金的热加工工艺参数范围是变形温度为950~1050℃、应变速率为0.01~0.8 s^(-1)。

XRD的TA10钛合金热压缩变形后位错演化分析

为了分析TA10钛合金位错演化,对TA10钛合金做了热模拟压缩实验,并对压缩后的试样进行了X射线衍射(XRD)实验。根据不同晶面的衍射峰,结合Dunn公式计算出了各晶面的位错密度。结果表明:TA10钛合金的软化机制在相变点以下以动态再结晶为主,相变点以上以动态回复为主;位错类型主要是柱面(1010),基面(0002)和锥面(1011)型位错; 800℃~900℃时,基面的位错密度变化最为显著,随着变形温度的升高,基面受动态再结晶的影响最大;应变速率增大及变形温度降低时总位错密度变大。随着变形量的增大,相变点以下,总位错密度先增大后减小,1 000℃时,总位错密度波动不大。使用XRD法可方便定量分析TA10钛合金热压缩变形后位错密度的演变规律。

TA10钛合金高温流变行为及拉伸性能

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对TA10钛合金在变形温度为800～1050℃,应变速率为0.01～5 s^-1条件下进行拉伸变形,研究合金的流变应力及显微组织,分析其高温拉伸性能。结果表明：变形温度为800～900℃时,流变曲线有明显的应力峰值,软化机制主要是动态再结晶;而变形温度为1000～1050℃时,流变曲线没有明显的应力峰值,软化机制为动态回复;而当变形温度为800℃时,TA10钛合金的应变速率越高动态再结晶的进行程度越低;以（α＋β/β）相变点为界,在相变点以下的温度区间,随着变形温度的升高,TA10钛合金的强度和塑性下降;在相变点以上的温度区间,TA10钛合金的强度下降,塑性上升;而在相变点的过渡区间,强度上升,塑性下降。当应变速率一定时,TA10钛合金在温度为800℃时能够获得强度和塑性的较好匹配。

固溶时效对TA10钛合金组织与力学性能的影响

研究了固溶时效处理对TA10钛合金棒材组织和性能的影响。结果表明:在890℃相变点以下加热时,随着固溶温度的升高,初生α相含量不断减少,β转变组织逐渐增多,合金强度增加,塑性先升高后降低;当固溶温度超过相变点时,组织形态转变为魏氏组织,合金强度进一步增加,塑性显著降低;本试验得到的较佳固溶时效处理制度为800℃保温30 min,水冷+500℃保温2 h,空冷,可获得良好的组织与性能。

锻造温度对TA10钛合金组织和性能的影响

经过不同始锻温度、终锻温度锻造得到TA10钛合金棒材,然后在进行不同温度的退火处理后,采用标准拉伸试样进行拉伸实验和金相实验,研究其显微组织和力学性能。结果表明:随着始锻温度的提高,TA10钛合金中α相形态从长条状过渡到网篮组织。随着终锻温度的提高,TA10钛合金中α相形态从粗大的α条过渡到片状组织。在始锻温度为950℃时,TA10钛合金的强度和塑性达到较好的匹配,其抗拉强度为638 MPa,断面收缩率为35.1%。在终锻温度为660℃时,TA10钛合金的抗拉强度为663 MPa,断面收缩率为38.8%,强度和塑性匹配较好。

基于Laasraoui-Jonas位错密度理论的TA10钛合金微观组织演变模拟

为模拟TA10钛合金的微观组织演变,采用Gleeble-1500D热/力模拟试验机,在变形温度为800~1050℃,应变速率为0.01~5 s^（-1）的条件下,对TA10钛合金做了热模拟压缩实验。通过处理实验数据,得到不同变形条件下的动态回复软化率系数r,分析了变形温度和应变速率对r值的影响;建立了TA10钛合金的Laasraoui-Jonas（L-J）位错密度模型,结合元胞自动机法（Cellular Automata,CA）对TA10钛合金的微观组织演变进行模拟,并将模拟结果与实验结果进行对比。结果表明：TA10钛合金动态回复软化率系数r的值随应变速率的增加而减小,随温度的升高而增大;模拟结果与实验结果基本吻合,所构建的L-J位错密度模型能够准确预测TA10钛合金在热压缩过程中的微观组织演变。

三效连续蒸发结晶装置中TA10换热器的失效分析

目的针对国内某化工厂氯化铝生产线上三效连续蒸发装置中换热器发生的换热管束泄漏事故,进行相应的失效分析,找出其原因,以避免相似的腐蚀失效事故再次发生。方法采用宏观检测方法确定发生腐蚀的位置及腐蚀的宏观形貌,由全浸试验确定TA10合金在管、壳程工况下的耐蚀性,通过电镜扫描观察表面腐蚀的微观形貌,最后借助能谱分析和X射线衍射的方法确定腐蚀产物的成分。结果换热器中挡流板被腐蚀,其表面金属发生大面积不规则剥落,换热管束外侧发生严重腐蚀,金属大面积剥落,管程出口处只有焊缝处发生明显腐蚀。TA10合金在管程工况下不会发生腐蚀,而在壳程工况下,会发生较为严重的腐蚀,腐蚀表面呈现出多层状结构,且表面形状无规则,生成的腐蚀产物为Ti H2。结论 TA10合金在壳程工况下,并不能达到良好的耐蚀效果,现有工艺条件下,露点的产生使换热管外侧有高浓度盐酸产生,其会和TA10合金发生严重的吸氢反应,从而导致氢致开裂以及吸氢脆化,伴随气体的冲刷,便出现了金属大面积剥落现象,换热管与管板在连接处发生缝隙腐蚀,缝隙内钛作为阳极发生溶解。最后针对性地提出了防腐蚀建议。

加工工艺对TA10大规格棒材力学性能的影响

本文采用不同的锻造工艺分别生产不同氧含量TA10钛合金大规格棒材，对其组织及性能进行了对比研究。发现间隙元素氧含量对大规格棒材室温塑性影响很大，随着氧含量的增加，严重的晶格畸变强烈阻碍位错运动，增加强度的同时严重降低材料塑性。此外，随着锻造温度的降低，两相区变形程度增加，可获得均匀细小的等轴组织，该组织具有良好的综合力学性能。实验结果表明：由于氧含量与锻造工艺的不同，导致同规格棒材组织性能存在较大差异。合理控制氧含量，并采用低温大变形锻造工艺生产的大规格TA10钛合金棒材晶粒尺寸可以控制在35μm以内，且综合力学性能优异。

TA10绘图机AutoCAD驱动程序的开发

通过研究分析 Auto CAD所形成的 PLT文件的格式 ,并与 TA10绘图机的有关技术指标和绘图指令对照 ,建立二者相互转换的数学模型和程序框图 ,利用高级语言完成了程序设计 ,从而达到使 Auto CAD能够驱动 TA10绘图机绘图的目的。

锻造工艺对TA10钛合金组织性能的影响

将TA10钛合金进行不同次数的镦拔,并进行700℃、保温1 h的退火处理,利用光学显微镜与万能拉伸试验机分析镦拔次数对合金组织与性能的影响。试验结果表明:退火处理前,随着镦拔次数的增加,TA10钛合金的强度和塑性先上升后略微下降;合金的断裂方式以准解理断裂为主。退火处理后,一镦一拔得到网篮组织,两镦两拔得到均匀等轴晶组织,三镦三拔得到粗大的组织;TA10钛合金的断裂方式以韧性断裂为主。两镦两拔退火处理后,TA10钛合金显微组织均匀细小,抗拉强度达687 MPa,伸长率达22.5%,是较佳的锻造工艺方案。

TA10钛合金高温应力及组织特征分析

利用Gleeble-2000对TA10钛合金试样进行单道次压缩试验,研究形变温度和应变速度对TA10流变应力的影响规律。研究结果表明:当形变温度为900～850℃时,TA10处于低流变应力区,温度和应变速率对应力的影响都较小,该温度区形变冷却后组织为全层状β转变组织;当温度为850～700℃时,随着形变温度降低和应变速率增加,流变应力显著增加,该温度区形变冷却后组织为β基体上分布针状α相,针状α相随着温度降低而增加;当温度为800℃、10s-1应变速率附近时,引起流变应力跃变增长,与针状α相转变数量有关。

TA10表面纳米管阵列的制备及其光电化学性能

本文采用阳极氧化法,选用TA10(Ti-0.3Mo-0.8Ni)合金为原料,在反应过程中将Mo和Ni金属元素进行原位掺杂。在不同电压和不同时间两种试验因素下,探索了生成纳米管阵列的最佳电压和时间。采用扫描电子显微镜(SEM)观察纳米管阵列的形貌,X射线衍射仪(XRD)分析物相组成,以及电化学工作站测试动电位(I-V),光电流响应(i-t)和光电压响应(U-t)曲线。结果表明,在阳极氧化电压为20V,时间为1h的条件下纳米管阵列表现为最佳形貌,物相组合也为最佳。此时,饱和光电流密度为0.65mA·cm-2,光转换效率为0.37%。

磁场环境对TA10铸锭中镍成分的影响

研究了磁场环境对TA10合金铸锭中镍元素分布的影响。结果表明,TA10铸锭中的镍成分受磁场环境变化的影响较大。真空自耗电弧熔炼在近似直螺线管内部的磁场环境下进行,材料在此环境下主要受到洛仑兹力和磁化力的影响。通过改变生产工艺条件可以得到成分均匀的TA10合金铸锭,加工材性能稳定。