TA19合金表面TiAlN硬质涂层的耐磨性能研究

为了提高TA19合金的摩擦学性能,采用磁控溅射技术在TA19合金表面制备了TiAlN硬质涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射仪和能谱仪研究了TiAlN涂层的微观形貌、物相组成和成分含量及分布,利用球-盘摩擦磨损试验机研究了不同载荷条件下硬质涂层和基体的摩擦行为及其磨损机理。结果表明:TiAlN涂层厚度约为4μm,表面为细小颗粒状,颗粒间较为紧密,颗粒尺寸大小均匀。涂层表面主要由Ti、Al、N元素组成,其原子比大约为1∶1∶1,涂层和基体间结合力可达到53.3 N。磨损试验结果表明,在TA19合金表面制备TiAlN涂层后,其摩擦系数和磨损率较TA19合金基体的有了明显的降低。在低载荷下,TiAlN涂层的磨损形式主要是磨粒磨损,在高载荷时转化为磨粒磨损和氧化磨损。

热工艺对TA19合金组织和性能的影响

通过慢速拉伸试验和镦粗的模拟试验,掌握了TA19合金在压力机上成形的热加工工艺特性;通过锻造温度、变形量、退火温度、退火时间对TA19合金晶粒度影响的试验研究,找出了热工艺参数对TA19合金晶粒度影响的规律;通过对TA19合金热工艺性能的研究,为该合金锻件成形过程中的锻造工艺、热处理工艺的选择提供了依据。

TA19合金的耐蚀性能

研究了TA19合金在酸溶液中的均匀腐蚀和沸腾高浓度氯化物中的缝隙腐蚀.借助金相显微镜、X射线衍射和扫描电镜等进行试样分析.结果表明,TA19合金在室温、低浓度盐酸和硫酸中耐蚀性能良好,但在高温盐酸和硫酸中发生点蚀;在硝酸中耐蚀性能良好,表面生成锐钛矿TiO2;在沸腾高浓度氯化物中腐蚀速率极低,但发生缝隙腐蚀,腐蚀产物为氧化钛和氢化钛.

TA19钛合金铸锭成分偏析研究

TA19钛合金铸锭采用VAR的方式进行制造。对不同熔速和水冷流量条件下∅700 mm成品铸锭的成分偏析缺陷情况进行了研究。采用实物试验结合有限元模拟的方法,分析了熔炼过程及偏析产生的机理。结果表明熔池形状影响着铸锭的成分分布:熔速越低,熔池深度越浅,偏析深度越浅;水冷流量越大,熔池范围越窄,偏析范围越窄。

响应曲面法优化钛合金TA19铣削参数的研究

通过多因素正交试验研究钛合金TA19最优的铣削参数,以降低加工试样表面粗糙度,提高钛合金加工精度和加工质量。采用响应曲面法,运用Design-Expert 8.0软件建立与钛合金TA19具有映射关系的表面粗糙度数学模型,研究了切削速度、切削深度、切削宽度、每齿进给量4个因素对加工试样表面粗糙度的影响规律。试验结果表明:试样表面粗糙度随着切削速度的增大逐渐减小,随着每齿进给量、切削深度、切削宽度的增大逐渐增大;每齿进给量和切削深度对加工试样表面粗糙度的影响最大,切削深度和切削速度的交互作用对试样表面粗糙度的影响最为显著;最优的铣削参数为每齿进给量0.03 mm/z,切削速度133.39 m/min,切削深度0.37 mm,切削宽度1.88 mm。该研究为钛合金TA19铣削参数的优化选择提供一定的理论指导。

固溶温度对TA19钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了固溶温度对TA19钛合金棒材显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:随着固溶温度的升高,等轴α相含量下降较快,大致呈先快后慢的双线性下降变化趋势,而等轴α相尺寸变化较小,大致呈线性下降;β相在固溶过程中发生再结晶,且再结晶晶粒随固溶温度升高而长大。TA19钛合金棒材的抗拉强度和屈服强度随固溶温度的升高而降低,延伸率和断面收缩率基本保持在同一水平上,其强度的变化主要受滑移长度的影响,合金元素分配作用所引起的基体弱化对强度也有一定的作用。

激光诱导氧化辅助微细铣削TA19钛合金高深宽比微结构的研究

目的提高TA19钛合金的微切削加工性。方法提出一种激光诱导氧化辅助微细铣削的复合加工方法。该方法使用较小功率的纳秒脉冲激光辐照钛合金表面,诱导材料在富氧氛围下产生氧化反应,生成疏松且易于铣削去除的氧化层。随后使用微铣刀快速去除氧化层,可提高加工效率和刀具寿命。通过激光诱导氧化试验和微细铣削试验,选择最优的激光参数和铣削参数。在最优参数下,加工宽度为0.5mm、深宽比为3的微结构。为了验证复合加工方法的高效性,在相同的铣削参数下,与常规微细铣削工艺作对比研究。结果激光平均功率与激光扫描速度均会对氧化效果有影响。激光平均功率为4 W、扫描速度为1 mm/s时,TA19钛合金的氧化效果较好,此时生成的氧化层疏松多孔,氧化层和亚表层的厚度分别为32μm和9μm。随每齿进给量的增加,铣削力逐渐增加,而背吃刀量对铣削力的影响较小,选取铣削参数n=20 000 r/min、f_(z)=1.75μm/z、a_(p)=6μm为较优参数。与常规微细铣削工艺相比,激光诱导氧化辅助微细铣削的切削力降低了38%,且加工的高深宽比微结构的毛刺较小,表面质量较高。结论激光诱导氧化辅助微细铣削的复合加工工艺可以有效改善TA19钛合金的微切削加工性,提高刀具的使用寿命。

TA19钛合金高温变形热加工图构建和微观组织演变

利用Gleeble-3500热模拟压缩试验机,在变形温度820~980℃和应变速率0.01~10 s^(-1)的变形条件下,对TA19钛合金进行热模拟压缩试验,并根据动态材料模型(DMM)建立了其热加工图。同时,结合TA19钛合金微观组织分析,揭示了热变形工艺参数影响热加工图的内在原因。结果表明:变形工艺参数与能量耗散率和非稳态区密切相关。应变速率为0.01~1 s^(-1)时,能量耗散率较大,且随着变形温度的升高,能量耗散率先增大后减小,在940℃附近获得最大值。同时,变形失稳区包括2个典型区域,其中I区为(820~900)℃/(0.01~1) s^(-1),II区为(960~980)℃/(1~10) s^(-1)。变形温度为940℃时,较多的等轴α相和较高的再结晶驱动温度使得再结晶程度加强,因此能量耗散率获得最大值。绝热剪切带、片层α相与等轴α相之间的变形不协调以及β晶粒的剧烈长大是TA19钛合金高温变形失稳的主要原因。

TA19双态组织钛合金线性摩擦焊接头的组织结构及演化行为

本实验研究了具有双态组织结构特征的TA19钛合金线性摩擦焊接头的组织结构,分析了等轴初生α相和片层结构β转变组织的变形行为及接头焊缝的形成机制。结果表明:线性摩擦焊接时剧烈的连续热塑性变形使得焊缝中心的TA19双态组织钛合金经历了组织粗化、变形、破碎以及完全碎化的过程,最终转变为超细晶等轴组织。从焊接接头的热影响区到焊缝中心,等轴初生α相经历了不连续的塑性变形和破碎最终完全相变为β相。片层结构β转变组织则先后经历了变形、解体并完全碎化的过程。

TA19钛合金端面车削表面完整性的低周疲劳演化

以TA19钛合金为研究对象,对端面车削加工所获得的疲劳试样进行20℃室温及400℃高温低周疲劳实验。通过在总疲劳循环次数区间内设置检测节点的方法,分析整个加载过程中表面完整性参数的演变规律。实验结果显示:在室温低周疲劳作用下呈近似脆性断裂,高温低周疲劳作用下呈明显的韧性断裂;室温及高温下,随着疲劳加载周次的增加,表面波纹度振幅与频率均急剧升高;在室温下,表面粗糙度不随疲劳加载周次的增加发生显著变化,而在高温下,表面粗糙度随疲劳加载周次的增加而降低;室温下表面残余压应力几乎不随疲劳加载周次变化,而在高温疲劳的作用下则呈指数形式下降,符合Zener-Wert-Avrami模型。在材料制备和机械加工中,应提高毛坯内部的均匀性,降低加工表面波纹度,增大加工表面残余压应力,以延长在高温疲劳作用下的疲劳寿命。

TA19钛合金氧化行为研究

将TA19钛合金分别在550℃、650℃和750℃氧化100 h。采用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪研究了氧化后合金的微观形貌、成分和物相组成。结果表明,随着氧化温度的升高,合金的氧化增重明显增加。在550℃和650℃氧化100 h后,合金的氧化增重分别为1.212 mg/cm^2和2.624 mg/cm^2,氧化动力学曲线为直线-抛物线形;而在750℃氧化的合金增重为7.478 mg/cm^2,氧化动力学曲线为双直线形。氧化温度从550℃升高到750℃时,氧化物由颗粒状生长为短棒状,氧化层疏松多孔;高温氧化后,合金的氧化产物主要由Al_2O_3和TiO_2相组成。750℃氧化100 h后,合金的氧化物层厚度达14.5μm,分别是550℃和650℃氧化相同时间的合金氧化物层厚度的9.7倍和4.1倍,且存在Ti_3Al脆性相,会导致氧化膜剥落。

TA19钛合金TiAlN薄膜的摩擦磨损特性研究

为了提高钬合金的耐磨性能,采用磁控溅射技术在TA19钛合金表面制备了TiAIN硬质薄膜。采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射分析了薄膜的表面和截面形貌,成分分布以及相结构。分别以5 m/min、10 m/min及20 m/min的滑动速度对未制备和制备了TiAlN薄膜的TA19合金进行了球-盘磨损试验,以揭示其摩擦磨损特性。结果表明:TiAlN薄膜表面均匀、无孔洞,厚度约3.6μm;平均显微硬度达1 208.2 HV0.1,比TA19合金提高了近3倍;滑动速度不同,TiAlN薄膜的摩擦因数、磨损速度和比磨损率均小于TA19合金;随着滑动速度的提高,TiAlN薄膜的磨损机制由轻微的磨粒磨损转化为磨损量较大的磨粒磨损和氧化磨损。

固溶时效工艺参数对TA19钛合金显微组织与拉伸性能的影响

对TA19钛合金进行不同温度(930,960,990℃)固溶2h+不同温度(550,590,630℃)时效8,16h热处理,研究了工艺参数对显微组织与拉伸性能的影响。结果表明:不同温度固溶+590℃时效8h处理后,随着固溶温度的升高,试验合金中的等轴α相含量降低,抗拉强度增大。经960℃固溶2h处理后,试验合金的组织由等轴α相和α′马氏体组成,在后续550℃时效8h过程中,α′马氏体分解不充分,颗粒状α相含量较少,合金抗拉强度增加有限;当时效温度升高到590℃,时效时间分别为8,16h时,组织中析出细小弥散的颗粒状α相,抗拉强度提高;继续升高时效温度至630℃时,α相粗化,抗拉强度又有所下降。

TA19钛合金线性摩擦焊接试验研究

为了探索TA19钛合金线性摩擦焊合适的工艺规范,在不同摩擦压力下进行了TA19钛合金线性摩擦焊接试验,并对焊接接头的组织特征和力学性能进行了分析。组织分析结果显示,焊缝区为再结晶组织,晶粒有所细化;热力影响区晶粒发生不同程度的变形,晶粒沿摩擦方向伸长;热影响区β相含量增加,推测发生了β相转变,β相层片状组织变厚,使等轴初生的α相晶粒有所减小。力学性能试验结果显示,焊接接头各区显微硬度均高于母材;拉伸试样断在母材区,接头强度不低于母材;接头平均冲击韧性均大于母材,冲击性能良好。研究结果表明,TA19钛合金线性摩擦焊焊接工艺窗口宽,在差异较大的摩擦压力下均能获得高质量接头。

热暴露对TA19钛合金锻件拉伸性能的影响

分别测试了固溶时效处理TA19钛合金锻件经400℃和500℃热暴露100h后的室温和高温拉伸性能,研究了热暴露对其拉伸性能的影响。结果表明:TA19钛合金锻件经400℃和500℃热暴露100h后,其表面形成的脆化层对合金强度影响不大,合金没有产生热暴露效应,表明TA19钛合金的热暴露效应起始温度大于500℃。

TA19钛合金惯性摩擦焊接工艺

采用惯性摩擦焊接工艺对TA19钛合金进行了焊接试验研究,针对不同工艺参数下的焊接接头力学性能进行了室温拉伸、高温拉伸及显微硬度等测试,并对优选工艺后焊接接头显微组织进行了分析.结果表明,TA19钛合金具有良好的惯性摩擦焊接性,在合理焊接工艺条件下能得到高强度焊接接头;焊接接头各区域中焊缝区显微硬度最高,随着向母材区过渡,显微硬度逐渐降低;焊缝区为典型的动态再结晶组织,主要由少量沿β相晶界分布的沿晶α相+α′马氏体组成,热力影响区由变形初生α相+α′马氏体组成,热影响区微观组织与母材相近,仅有部分板条状β相及板条状次生α相发生交叉分布.

退火制度对TA19钛合金大规格棒材组织和性能的影响

研究了不同退火制度对TA19钛合金大规格棒材组织和性能的影响。结果表明:TA19钛合金棒材组织随退火温度的升高逐渐由等轴组织转变为双态组织,经(915～940)℃×1 h/AC+550℃×8 h/AC双重退火处理后获得等轴组织,经(965～990)℃×1 h/AC+550℃×8 h/AC双重退火后获得双态组织。TA19钛合金棒材的较佳热处理温度为(965～990)℃×1 h/AC+550℃×8 h/AC,经该制度热处理后棒材的室温拉伸性能优良。

ICP-OES法测定TA19钛合金中锡含量四条分析谱线的比较探究

针对ICP-OES法测定TA19钛合金中锡含量时的4条分析谱线Sn 242.950nm、Sn 242.170nm、Sn 235.485nm、Sn 189.925nm的灵敏度、受干扰状况、校准曲线线性、检出限、精密度和准确度进行了比较探究。结果表明,4条谱线的灵敏度均能满足测定要求,所受基体和合金成分的干扰均可消除,校准曲线线性相关系数均为0.9999,检出限均小于0.05%,测定结果的相对标准偏差在0.44%~0.81%之间,加标回收率在98.0%~98.7%之间。相比较Sn 189.925nm谱线的检出限和测定下限最优,精密度和准确度最好。

TA19钛合金车削表面非均匀残余应力场的构建方法

为了表征车削加工表面残余应力的非均匀状态,提出一种残余应力场的非参数构建方法。采用X射线残余应力分析仪对断续车削表面的残余应力进行测量,利用局部线性地理加权回归方法建立表面应力分布的空间变系数模型,并通过残差分析方法将空间变系数模型与多项式模型和高斯模型的应力拟合结果进行比较。结果表明:局部线性地理加权回归方法建立的空间变系数模型拟合精度较高,适用于加工表面非均匀残余应力场的构建。