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。

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。

不同取向下选区激光熔化TA1-AlSi10Mg合金的动态响应行为

本文在分离式Hopkinson压杆装置上系统地进行了动态压缩实验,研究了成形方向对选区激光熔化(SLM) Ti-Al-Si系合金在不同应变率压缩载荷下的动态力学性能和断裂行为的影响。动态压缩试验在样品上进行,样品的成形方向平行(0˚)、对角(45˚)、垂直(90˚)于压缩方向。讨论了合金的初始组织、动态压缩应力–应变响应、冲击吸收功、应变率硬化效应和断裂行为。结果表明:3种取向的样品均具有明显的应变率敏感性,0˚样品具有较好的屈服强度,90˚样品具有较好的冲击吸收功;0˚样品在低于45˚、90˚样品的应变率下发生断裂,三种取向的样品的断口形貌都具有韧性韧窝和光滑表面,表明样品同时存在韧性断裂和脆性断裂。

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。

微量Cu掺杂对TA10合金组织、力学性能与腐蚀行为的影响

研究了掺杂(0.5%~2.5%) Cu元素对TA10合金的微观组织、力学性能及腐蚀性能的影响,采用扫描电子显微镜(SEM)、金相显微镜(OM)研究合金的微观组织,并用XRD进行物相分析;采用电化学腐蚀、静态浸泡腐蚀试验研究合金的腐蚀性能。选出最佳合金成分,并通过原子力显微镜(AFM)对其做进一步分析。结果表明,随着Cu元素含量的增加,TA10合金基体组织被不断细化,添加2.5%Cu时,该合金的硬度值达到最大。Cu含量在1.0%~2.0%之间,合金的耐腐蚀性能较好。含Cu为0.5%的合金耐腐蚀性能优异。

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。

电子束冷床炉单次熔炼TA10合金热连轧板坯

针对目前VAR法制备TA10合金铸锭后续加工卷板存在的不足,初步分析电子束冷床炉熔炼过程中的组元挥发机理,研究TA10合金在电子束冷床炉上的单次熔炼工艺。结果表明,经电子束冷床炉单次熔炼的TA10合金热连轧板坯化学成分均匀,铸锭宏观组织均匀,满足卷板的后续加工要求。

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。

Ta-10W合金的高温力学性能

测试了退火态Ta-10W合金棒材从1000℃～2000℃的高温力学性能。室温下,Ta-10W合金具有较高的强度和塑性,随着温度的升高,极限抗拉强度以较快的速度下降,而屈服强度和弹性模量下降较慢,延伸率和断面收缩率稍有上升。在1600℃和2000℃时的拉伸断口中均出现了一种较为特殊的新型韧窝,特别是在1600℃同时出现的两种不同的韧窝,使该合金的塑性达到最高值。分析表明,Ta-10W合金屈服强度和弹性模量随温度的升高下降较为缓慢的原因是动态应变时效和动态再结晶综合作用的结果。

TA10钛合金板材的热处理工艺研究

为了使热轧TA10钛合金板材的塑性指标能够满足后续爆炸复合工艺的要求,对3 mm厚热轧TA10钛合金板材进行了不同温度和不同保温时间的退火热处理,研究退火温度和保温时间对其组织和力学性能的影响。结果表明,热轧态TA10钛合金板材经（700~750）℃×（30~60）min/AC热处理后可以得到较为均匀的等轴α相组织和较好的综合力学性能,满足爆炸复合用钛板的使用要求。

轧制TA10钛合金管开裂原因分析

某两批次的TA10钛合金材料在轧制25mm×1.65mm管的过程中,在半成品和成品的内外表面出现了不满足标准要求的裂纹和缺陷。通过对材料进行理化检验及分析得出:镍、钼偏析使材料的物理性能不均匀,是产生该现象的根本原因。在熔炼过程中采用中间合金TiMo和TiNi作为配料溶入铸锭可以得到物理性能均匀、偏析程度低的TA10材料。

TA10钛合金管材合格率低的原因探讨

主要针对某批次TA10钛合金管材生产过程中轧制开裂严重、合格率低、力学性能不稳定等问题进行原因分析.对批次生产的半成品、合格成品、不合格成品、不同裂纹取向的缺陷半成品管材取样,通过宏观化学成分分析,金相、扫描电镜观察组织及拉伸断口、能谱分析微区化学成分、对比室温拉伸性能、显微硬度等方法探究该批合金管材出现上述生产问题的原因.结果发现,所取管材样品宏观化学成分差异较小,但微观化学成分中Mo、Ni元素含量极不均匀;所取样品组织大都有许多腐蚀坑,部分样品局部组织有异常（如颗粒状组织、条状组织）;所取样品显微硬度有较大差异,同比最大相差30％～69％;所取样品拉伸性能差异很大,强韧性匹配差.由此可以推论,微观成分不均匀及局部组织异常是造成该批TA10管材生产时开裂多、合格率低、力学性能不稳定等问题的主要原因.