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。

β相区冷却方式对TA10钛合金组织与力学性能的影响

本文选取TA10钛合金棒材,将其加热到β相区,采用水冷、空冷及炉冷三种方式进行冷却处理,再使用光学显微镜、维氏硬度、拉伸性能测试研究其组织与力学性能的关系。结果表明,合金经水冷处理后,组织形貌以细小的针状α′相为主,出现α晶界,当合金经空冷处理后,组织形貌以细小的针状α相为主,有明显的三叉晶界和β转变组织,经炉冷处理后,组织中α相粗化明显,形貌以长条状α相为主,同时组织中α晶界粗化长大;经水冷后的硬度值最高,为240 HV;经空冷处理后的硬度值其次,为205 HV;经炉冷处理后的硬度值最小,为192 HV;三种冷却方式下,合金强度从大到小依次为水冷、空冷、炉冷,合金塑形值与强度呈现相反趋势。

TA10钛合金中合金元素偏析行为研究

本文分析了TA10钛合金中的合金元素的宏观及微观偏析行为,并提出了针对TA10钛合金真空自耗熔炼时减小合金元素偏析趋势的控制方法。通过对铸锭取样分析、对该铸锭所制备棒材进行高倍检查及线扫描和面扫描分析,得出以下结论:1)、Ni、Mo元素在钛合金中在微观偏析中表现为自晶内向晶界处富集,且Ni元素在晶界处富集程度更为明显;2)、针对TA10钛合金熔炼,可采用分阶段控制熔速+浅熔池、小稳弧长搅拌的方法,以此来减小铸锭中的元素偏析趋势。

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。

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。

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。

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。

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.

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钛合金熔炼工艺的改进及性能分析

TA10钛合金铸锭传统的制备方法是合金元素镍以纯镍片形式添加,经三次VAR熔炼获得铸锭。再经锻造、轧制制成板材后,发现表面有微裂纹存在。经无损探伤检测和能谱微区成分分析,确定为镍富集的冶金缺陷。为此对熔炼工艺进行了改进,Mo、Ni合金元素以Ti-Mo-Ni中间合金碎屑添加,经二次VAR熔炼制备铸锭。再经锻造、轧制制成板材后,宏观和无损探伤检验未发现有微裂纹;化学成分分析和性能检测表明,铸锭侧面Mo、Ni合金元素波动范围≤0.017%,头、尾横截面波动范围≤0.07%,分布均匀,力学性能满足要求。

固溶温度对TA10钛合金组织与力学性能的影响

选取TA10钛合金棒材,对其不同温度的固溶处理,随后使用光学显微镜、维氏硬度测试、拉伸性能测试研究其组织与力学性能的关系,结果表明,合金经固溶处理后,初生α相含量明显减少,β转变组织含量增加,析出大量次生α’相,随着固溶温度不断升高,初生α相含量逐渐减少,温度到单向区后,初生α相完全消失;随着固溶温度的升高,维氏硬度值不断增加,经单向区热处理后的硬度高于两相区,在固溶温度为920℃时,其硬度值达到最大值240 HV;随着固溶温度的升高,合金抗拉强度和屈服强度皆不断升高,而合金的塑形方面,其断后延伸率随着固溶温度的升高而降低。当固溶温度为920℃时,合金强度达到最大值,其中抗拉强度为548 MPa、屈服强度为420 MPa,当固溶温度为860℃时,合金塑形达到最大值,其中断后延伸率为23%。

TA10钛合金的深孔钻削技术研究

本文通过实验分析了对TA10材料进行深孔加工的难点和解决方法,并进行了加工试验,优化了刀具角度,分析了加工刀具的磨损机理。取得了较好的加工效果,对α型钛合金的深孔钻削有一定的参考意义。

冷却方式对TA10钛合金组织与力学性能的影响

选取TA10钛合金棒材,将其加热到两相区温度820℃并保温2小时,随后采用水冷、空冷以及炉冷三种方式进行冷却处理,再使用光学显微镜、维氏硬度、拉伸性能测试研究其组织与力学性能的关系,结果表明:经水冷处理后,组织中初生α相减少,析出大量六方马氏体α'相,组织由等轴组织转变为双态组织,进行空冷处理后,组织中除有初生α相外,还形成了次生α相,进行炉冷处理后,组织中初生α相体积明显增大增粗,并且形成细小棒材的次生α相;合金经不同冷却方式处理后的硬度由大到小依次为水冷、空冷、炉冷,其中水冷硬度最大,而空冷和炉冷差距较小;合金经不同冷却方式处理后,合金的抗拉强度与屈服强度均是经水冷处理后最大,经炉冷处理后最小,在塑性方面,合金的断后伸长率趋势与强度相反。

TA10钛合金棒材组织与力学性能研究

选取新型锻造工艺制成的TA10钛合金棒材,利用光学显微镜、维氏硬度测试和拉伸性能测试,研究其组织与力学性能的关系。结果表明,经锻造加工后的TA10钛合金棒材组织为等轴组织,主要由等轴状初生α相组成,组织中还包含少β转变组织,棒材T向的初生α相等轴化程度更高;棒材抗拉强度和屈服强度均是T向较高,在塑性方面,其T向与L向塑性性能接近,在硬度方面,T向与L向的硬度值几乎一致,差异较小;棒材T向与L向拉伸断口微观形貌几乎一致,均是以等轴状韧窝为主,在棒材的断口微观形貌中还发现少量的二次裂纹。

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。

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。

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。