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。

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。

TA18钛合金管材研究现状及发展趋势

文章综述了几年来国内外TA18钛合金轧制工艺现状及主要存在的问题,简述了TA18钛合金的优缺点,介绍了轧制变形率、轧制Q值的选择、热处理工艺以及轧制过程中氧化和酸洗工艺等对TA18钛合金管材的影响,并展望了其研究发展方向。

TA18钛合金板材焊接工艺对比研究

研究了直流钨极氩弧焊(直流TIG)、脉冲钨极氩弧焊(脉冲TIG)和激光焊接3种不同焊接工艺对TA18钛合金焊接接头宏观形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明,与直流TIG焊接工艺相比,脉冲TIG焊接工艺的高频脉冲促使电弧能量集中,整体的焊接热输入减小,焊缝宽度降低;激光焊接工艺可显著降低焊接接头宽度,与直流TIG焊接工艺相比,焊接接头宽度减少约69.5%。TA18钛合金激光焊接接头显微组织主要为网篮状排列的针状马氏体α′相及少量块状相变α相,且针状马氏体α′相更加细小。此外,激光焊接接头具有更高的显微硬度,但弯曲性能相对较低。

热氧化对TA18钛合金耐腐蚀磨损性能的影响

选用TA18钛合金为材料,在箱式电阻炉中对其进行不同温度热氧化处理。利用光学显微镜(OM)、XRD、维氏硬度计、36%~38%(质量分数)HCl溶液浸泡、摩擦磨损试验机等试验手段考察试样组织形貌、物相、显微硬度、耐蚀耐磨损性。研究结果表明,TA18钛合金热氧化后试样表面形成了氧化层,表层物相主要为金红石型TiO_(2),随着热氧化温度升高,氧化层逐渐出现少量Al_(2)O_(3)。同时,500~850℃热氧化,随着热氧化温度升高,试样表面硬度逐渐提高,但超过800℃后随温度升高表面硬度反而降低。热氧化可提高TA18钛合金耐腐蚀性和磨损,其中800℃是提高TA18钛合金在36%~38%HCl中耐腐蚀的最佳热氧化温度;700℃是改善TA18钛合金摩擦磨损性能的最佳热氧化温度。

不同Q值冷轧对TA18钛合金管材织构及力学性能的影响

研究不同Q值冷轧工艺对高强TA18钛合金管材织构及力学性能的影响。测试比较了两种工艺获得的管材的拉伸性能、CSR值和(0002)面极图、ODF截图。结果表明,冷轧加工TA18钛合金管材的Q>1时,管材径向压力占优势,会形成晶向[0002]与管材径向平行的织构,以径向织构为主的管材综合性能较好,可满足AMS标准要求;当冷轧加工TA18钛合金管材的Q<1时,切向压力占优势,会形成晶向[0002]与管材切向平行的织构,以切向织构为主的管材塑性较差,无法满足AMS标准要求。

冷轧工艺参数对TA18钛合金管材金属流动及成形载荷的影响规律

管材周期式冷轧成形过程是一个复杂的减径、减壁过程,由于轧辊孔型复杂,轧制过程中管坯的塑性变形也较复杂,各种成形工艺参数的选择往往都是经长期实践经验积累得到的,对轧制过程缺乏规律性的认识及定量的分析。本研究则借助三维有限元软件DEFORM-3D再现了冷轧成形过程,对成形过程中金属的流动情况、管材的应力应变分布以及成形载荷进行了深入分析。结果表明:轧制速度和摩擦系数增大会引起径向拉应变和环向压应变减小,送进量增加则使得两者均增大。此外,送进量和摩擦系数增大会显著增加成形载荷。

电解-磁力复合研磨TA18钛合金管内表面研究

为了改善TA18合金制造零部件的表面质量,降低其表面粗糙度,提出了一种高效率的电解-磁力复合研磨加工方法,采用电解的钝化作用辅助磁力研磨,对比了复合加工与单纯磁力研磨加工前后表面粗糙度与表面形貌的变化,通过单因素试验分析磁极转速、电解电压对表面质量的影响。结果表明:电解-磁力复合加工实现了对TA18管内表面的精密研磨,与单纯磁力研磨相比,经过50min加工,表面粗糙度由原始的0.9μm下降到0.08μm,残余应力有效降低,表面微观形貌得到明显改善,有效提高了工件疲劳强度。

几何参数对高强TA18钛合金管数控弯曲成形质量的影响（英文）

采用有限元模拟方法研究弯曲角度β、相对弯曲半径R/D和管材尺寸(直径D和壁厚t)的变化对高强TA18钛合金管数控弯曲成形质量的影响。结果表明:不同β下壁厚变化率Δt和截面畸变率ΔD的分布非常相似;Δt和ΔD随着R/D的增加而减小,且为了获得合格的弯管件,R/D必须大于2.0;壁厚减薄率Δt_o随着D或t的增加而略有增大,而壁厚增厚率Δt_i和ΔD随着D的增加或t的减小而增大;在相同的D/t下,即D和t按比例增加时,Δt_o和ΔD先减小后增加,而Δt_i增加。

退火制度对TA18钛合金管材力学性能的影响

通过对TA18钛合金管材在不同工艺制度下的退火实验，得出去应力退火温度、保温时间等工艺参数对成品管材退火后力学性能的影响，并从理论上分析讨论了产生这种影响的原因，从而得到TA18钛合金管材的最佳退火制度。

TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构钎焊工艺研究

针对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构,采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni非晶箔带钎料,研究钎焊温度和保温时间对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构接头微观组织及力学性能的影响,优化出TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构较优的钎焊工艺为920℃/保温90min和钎料添加量80μm,该工艺参数下钎焊接头的室温拉脱强度平均值最高,可达19.82MPa,破坏部位为TA18钛合金蜂窝芯。

飞机液压系统用TA18钛合金管材性能特殊性研究

给出了收缩应变比(CSR)的测试原理及方法,研究了CSR与TA18钛合金管材织构、拉伸性能之间的关系。结果表明,TA18钛合金管材的织构越强,管材的CSR值也会越高。通过研究TA18钛合金管材在不同温度下的拉伸性能,发现随着温度的降低,TA18钛合金管材的强度、塑性均升高,这主要与其在不同温度下的塑性变形机制有关。TA18钛合金管材的CSR值与屈强比、伸长率成正比关系,提高管材的屈强比、伸长率可提高CSR值。通过对TA18钛合金管材的CSR值进行测定,可以反映管材径向和周向的变形性能,解决了管材径向和周向性能评价难题。

浅析航空用高强TA18钛合金管材的轧制工艺

高强TA18钛合金管材性能优势明显,被广泛的应用在航空航天领域,但是目前我国的高强TA18钛合金管材轧制工艺还不够成熟,因此这种类型的管材主要是依靠进口,这不仅限制了我国航空航天事业的发展,同时也阻碍了高强TA18钛合金的进一步利用,由此可见对该种管材的轧制工艺进行研究已十分必要。本文首先对高强TA18钛合金进行了简单介绍;其次,通过实验以及讨论最终得出了相应的结论,从而研究高强TA18钛合金管材的轧制工艺特点,仅供参考。

TA18钛合金管冷轧开裂原因分析

通过宏观检查、化学成分分析、金相检验、断口扫描和硬度测试对某批TA18钛合金管材在冷轧时发生开裂的原因进行了分析。结果表明:该TA18钛合金管材冷轧开裂主要是因为熔炼中添加了铁钉,造成局部Fe元素含量偏高,导致材料局部硬度偏大、性能不均。

航空航天用TA18钛合金管材的研发及应用

简要介绍了TA18管材在国内外的研究发展和应用现状,分析了我国与国外在该管材研制技术、标准制定及应用方面的差距。美国在航空用TA18钛合金管材方面已有一系列标准,并不断加以修订、完善,且有成熟的生产技术,在航空航天领域广泛应用。我国中强级TA18钛合金管材已有应用,而高强级TA18钛合金管材的应用尚属空白。通过近几年的研究,国内高强级TA18管材的研制已经取得重大突破,有望在2～3年内实现国产化。

冷轧生产TA18钛合金小规格厚壁管材加工工艺研究

针对小规格厚壁TA18钛合金无缝管试生产中遇到的内表面易产生裂纹、成品率低的问题,研究了冷轧工艺参数对管材表面质量和拉伸性能的影响,探索提高管材成品率的方法。结果表明:两辊开坯轧制变形量选择39%,管材内外表面质量较好;用三辊轧机进行中间道次轧制时,Q值小于0.87,管材内表面质量较好;成品管材轧制变形量选择30%,能够得到较好的力学性能和显微组织。为了提高TA18钛合金管材的成品率,在轧制过程中每轧制1～2个道次,就进行除油、酸洗、退火、矫直处理,再用喷砂+酸洗方法去除内表面裂纹。采取该措施后,成品管材探伤合格率提高到35%～40%。

TA18钛合金斜轧管坯组织与性能研究

采用斜轧穿孔法制备TA18钛合金管坯,分析了管坯表面质量、氧化层厚度、组织和性能特点,并研究了开坯轧制加工率对管材组织的影响,以及热处理制度对成品管组织与性能的影响.结果表明：斜轧穿孔法制备的管坯表面光滑,其组织为变形的魏氏组织和少量的块状α组织.该管坯在进行两辊开坯轧制时,变形量应控制在55％以内.采用斜轧穿孔管坯生产的φ48 mm ×5 mm成品管材,经过650- 670℃×lh真空退火处理后,其力学性能完全满足国军标GJB 3423－98和美标ASTM B 338－2010的要求.

TA18钛合金管收缩应变比的测量不确定度评定

对TA18钛合金管的收缩应变比CSR进行了测量,同时建立了周向塑性真应变E_(c)、轴向塑性真应变E_(a)和收缩应变比CSR的数学模型,分析研究了E_(c)和E_(a)的不确定来源,合成了E_(c)和E_(a)的标准不确定度,并对CSR的标准不确定度进行了合成和扩展。结果表明,E;的不确定度主要来源于千分尺示值误差和尺寸测量位置的不一致;E_(a)的不确定度主要来源于放大后的激光刻线边缘阴影部分造成的测量误差;CSR测试结果为:CSR=1.77±0.25,k=2,换算成相对扩展不确定度即U_(rel)=14%,k=2。这表明CSR的相对扩展不确定度较大,当管材CSR测试值达到标准规定极限值的86%时,需充分考虑不确定度。

冷轧道次变形率对TA18钛合金管材组织与拉伸性能的影响

改变冷轧道次变形率研究其对TA18钛合金管材组织和拉伸性能的影响。用金相显微镜观察了其微观组织形貌,用Instron 1185拉伸试验机测试了拉伸性能。结果表明:冷轧态TA18钛合金管材显微组织为纤维状;冷轧第三、四道次管材的晶粒取向程度弱于第一、二道次,抗拉强度和屈服强度较低,但延伸率大幅提高;经过750℃/90 min再结晶退火后所有TA18管材晶粒为等轴状晶粒,组织取向消失,同时由于细晶强化作用,使第一、二道次退火后的TA18钛合金管材保持了相对较高的强度和延伸率。由于第三、四道次冷加工态性拉伸能指标与第一、二道次退火态较为接近,因此存在通过连轧的方式来简化工艺流程的可能。

TA18钛合金不同时间热氧化组织性能研究

本文选用TA18钛合金作为实验材料,在箱式电阻炉中加热到750℃进行不同保温时间热氧化处理。利用光学显微镜(OM)、XRD、维氏硬度计、36%~38% HCl溶液浸泡、球盘摩擦磨损等试验手段考察样品组织形貌、物相、显微硬度和耐蚀性。研究结果表明,热氧化后TA18钛合金基体显微组织不变,样品表面形成了氧化层,主要为金红石型的TiO2及少量Al2O3组成。随着热氧化时间延长,金红石型TiO2含量逐渐增多;表面硬度逐渐提高。同时,热氧化可显著改善耐蚀性,210 min是提高TA18钛合金耐蚀性的最佳热氧化时间。