TA2钛管挤轧成形金属变形规律及工艺优化

采用挤轧成形工艺制备TA2钛管,建立了TA2钛管挤轧成形有限元仿真模型,研究了管坯在挤轧成形工艺中的变形过程;探究了轧辊送进角、轧辊公转速度和管坯前进速度对挤轧成形后管坯尺寸精度的影响规律;以管坯几何尺寸精度为评价依据,通过正交模拟试验得到钛管挤轧成形的最优工艺参数。结果表明,管坯的径向应变、周向应变以及轴向应变在挤轧变形区内呈明显三角分布;送进角过大和过小均使得管坯的尺寸偏差增大,管坯的尺寸偏差随着轧辊公转速度的增大而增大,管坯前进速度过小会导致管坯成形质量变差;最优的挤轧工艺参数为送进角6°,轧辊公转速度150 r·min^(-1),管坯前进速度5 mm·s^(-1);基于优化的挤轧工艺参数,成功挤轧出质量良好的TA2钛管。

TA2钛板的复合氧化及耐蚀性

研究了TA2钛板复合氧化 (热氧化与阳极氧化的迭加 )获得氧化膜的形貌、成分和耐蚀性。结果表明 ,迭加方式不同 ,氧化膜形状特征不同。经复合氧化处理后 ,氧化膜外层由TiO2 和Ti2 O3 组成 ,内层由Ti2 O3 和TiO组成 ;随深度的增加 ,TiO2 含量逐渐减少 ,TiO含量逐渐增加 ,Ti2 O3 含量先增加后减少。复合处理后 ,TA2耐蚀性显著提高。

TA2钛合金表面激光熔覆Ti_2SC/TiS自润滑耐磨复合涂层组织与性能

采用激光熔覆技术在TA2钛合金表面预置Ti+TiC+WS_2复合粉末制备了自润滑耐磨复合涂层,并对涂层的物相、显微组织、显微硬度和摩擦学性能进行了分析。结果表明:涂层与基体呈冶金结合,无明显气孔和裂纹。涂层主要有α-Ti基体、增强相(Ti,W)C_(1-x)和TiC以及自润滑相Ti_2SC和TiS。涂层的平均显微硬度为1005.4 HV约为基体TA2的5倍。在干摩擦磨损条件下,对比TA2基体,由于涂层中自润滑相Ti_2SC、TiS的存在,涂层摩擦系数波动较平缓,磨损表面呈现轻微的黏着磨损,表现出较优异的耐磨减摩性能。

TA2钛材的激光相变硬化复合低温气体渗氮工艺

为了提高TA2钛合金的耐磨性和耐蚀性,采用激光相变硬化-气体渗氮工艺对TA2钛进行表面改性。利用体视光学显微镜、透射电镜和X射线衍射仪对TA2激光相变硬化-气体渗氮层进行表面形貌、微观组织和相组成分析;利用显微硬度计对两种复合改性层的显微硬度进行测试。结果表明:TA2钛表面经激光相变硬化后,可实现430℃低温渗氮。此条件下晶粒得到细化,亚结构和缺陷密度的增加有利于氮元素和晶内扩散,相变组织与氮势梯度具有良好的对应关系。通过改善渗层的组织结构和化学成分分布状态,获得了性能优良的TA2钛表面硬化层。

TA2钛合金与5083铝合金电偶腐蚀行为和连接工艺的研究

研究了TA2钛合金与5083铝合金及二者之间偶合连接及在3.5%NaCl水溶液中的腐蚀行为,探讨了腐蚀的形式及腐蚀原因;采用电偶实验方法研究了电偶电流大小及电偶电流随时间变化的规律;针对上述合金电偶腐蚀状况,确定了工程上防止TA2钛合金与5083铝合金电偶腐蚀的系统连接工艺方法.

船用TA2钛合金晶粒尺寸的超声声速评定

通过对超声纵波声速的测量来评定船用TA2钛合金的平均晶粒尺寸。采用热处理改变了TA2合金试样的晶粒尺寸。实验结果表明,用5P14Z探头测得的纵波声速与晶粒尺寸之间有很好的线性关系。与奥氏体不锈钢、低碳钢等材料不同,随着TA2合金试样晶粒尺寸的增大,纵波声速增大。利用在超声纵波声速和金相测定的晶粒尺寸之间建立的关系图,能够无损评价TA2合金的晶粒尺寸。

TA2钛合金表面Al_2O_3/石墨自润滑沉积层的制备及其摩擦学性能研究

采用阴极液相等离子体电解沉积技术(PED)在TA2钛合金表面一步制备了含石墨的Al2O3陶瓷沉积层。利用SEM和XRD对沉积层的结构和成分进行了表征,并探讨了沉积层的形成过程和机理。用摩擦试验机评价了沉积层的摩擦磨损性能。结果表明,通过在电解液中添加适量的石墨,利用PED技术可在TA2钛合金表面制备由α-Al2O3、γ-Al2O3和石墨相组成的复合沉积层。与TA2钛合金以及不含石墨的Al2O3沉积层相比,Al2O3/石墨复合沉积层的摩擦系数显著降低,磨损率随之减小,具有良好的减摩抗磨性能。

TA2钛合金管材热态气压胀形性能及力学性能(英文)

通过单向拉伸试验测试TA2钛合金管材在700~850°C和4×104s1~4×101s1应变速率下的力学性能,观察拉伸断口形貌。开发管材热态胀形实验装置,测试管材在770~950°C的热态气压胀形性能,获得胀破压力和极限胀形率随温度的变化规律,并对典型的破裂形式进行分析。结果表明:TA2钛合金管材的抗拉强度随着温度的升高或应变速率的减小而减小;总伸长率显著增大(142%~331%)。热态气压胀形时,随着温度的升高,胀破压力从6.5MPa单调下降至1.2MPa,极限胀形率呈先增加后降低的变化趋势,在890°C时达到最大值,约70%。在不同温度下气胀时,出现环向破裂、轴向破裂及分散破裂3种不同的破裂形式。TA2钛合金管材适合的热态气压成形温度区间为860~920°C。

5083铝合金表面钛铝基耐蚀涂层与TA2钛合金接触腐蚀

针对5083铝合金与TA2钛合金接触腐蚀问题,采用超音速微粒沉积技术在5083铝合金表面制备Ti-45Al-7Nb-4Cr耐蚀涂层,采用扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对涂层截面和与基体界面进行测试,分析涂层孔隙率和与5083铝合金基体的结合机制;采用电化学工作站测试5083铝合金、TA2钛合金、TiAl合金铸锭和涂层的极化曲线,并对比研究5083铝合金、TiAl合金铸锭和涂层与TA2钛合金接触腐蚀敏感性。结果表明:涂层孔隙率为1.4%,涂层与基体结合机制为机械结合,通过在5083铝合金表面制备Ti-45Al-7Nb-4Cr合金防护涂层后,可使材料电极电位由-913.90mV升高到-572.47mV,与TA2钛合金的接触腐蚀电流密度由16.2μA/cm2降为0.21μA/cm2,接触腐蚀敏感性由E级降到A级,解决了铝合金与钛合金的接触腐蚀防护问题。

TA2钛动态压缩绝热剪切破坏及有限元模拟

绝热剪切是金属材料动态破坏的主要机制之一,用试验和有限元模拟对分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩过程TA2钛的绝热剪切带形成、发展过程进行研究。通过对回收试样的显微组织金相分析,得到试样中绝热剪切带特征;利用有限元模拟对压缩试样的变形、绝热剪切带形成、发展开展探讨。结果表明:绝热剪切带在空间呈对立的双锥形,裂纹沿绝热剪切带发展,导致试样破坏;基于Johnson-Cook本构模型拟合得到的材料参数,用剪切损伤软化模型描述绝热剪切带形成及发展过程,有限元模拟结果与试验结果符合;有限元模拟结果显示一旦形成绝热剪切带,试样其它部分的变形不再发展,整体应变主要是剪切带贡献,剪切带内温度可达680℃。

TA2钛合金真空脉冲气体氮化层的性能

为了进一步提高钛合金表面改性层的质量,采用真空脉冲气体氮化法在不同温度下对工业纯钛TA2进行氮化处理。利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、硬度仪、摩擦磨损试验及极化曲线分析了氮化层的组织结构、耐磨性能、耐腐蚀性能和表面硬度梯度等,研究了氮化温度对氮化层性能的影响。结果表明:TA2钛合金经过不同温度氮化处理后,其表面主要形成Ti N_(0.3)相;氮化层厚度和表面硬度都随温度的升高而增加,当温度升高到900℃时,氮化层厚度达60μm,表面硬度达750 HV,耐磨性及耐蚀性较基材大幅提高,磨损速率由基材的0.277 8 mg/(h·cm^2)减小至0.000 4 mg/(h·cm^2),腐蚀速率降低了2个数量级;800~900℃温度范围内,氮化温度对氮化层的耐腐蚀性能影响不大,但是温度的升高使得表面组织变得粗大,同时脆性有所增加。

轧制后退火对TA2钛板成形性能的影响

对TA2纯钛进行了轧制和退火处理,然后进行了杯突试验,获得了不同的杯突值。采用金相显微镜、扫描电镜对组织进行了观察。通过维氏硬度测试仪对硬度进行了测量。结果表明,TA2钛板退火处理后发生了回复再结晶,获得了较为均匀的多边形等轴状α晶粒组织,造成了TA2杯突值增大,维氏硬度降低。经过退火处理后的TA2试样杯突值达9.60 mm的最高值,成形性能显著提高。

TA2钛表面激光合金化制备耐1000℃高温氧化Ti_5Si_3/Ti_3Al复合涂层

为了提高钛和钛合金表面的抗高温氧化能力,使用先预置一层硅粉后预置一层铝粉方式,采用激光合金化技术在TA2钛表面制备出耐1000℃高温的Ti_5Si_3/Ti_3Al复合涂层,并采用XRD、SEM和等温氧化技术对激光合金化后涂层的组织特征和1000℃、50h空气等温氧化性能进行了系统研究。研究结果表明:涂层主要由初生的Ti_5Si_3相和Ti_5Si_3/Ti_3Al共晶组织组成;复合涂层经过1000℃、50h空气等温氧化后的氧化增重速率约为基体的1/12;复合涂层的氧化产物主要是Ti O_2、Al_2O_3和SiO_2;复合涂层中Ti_5Si_3和Ti_3Al两相的存在是其抗高温氧化性能提高的主要原因。

连接温度对TA2钛板瞬时液相扩散连接接头组织和性能的影响

利用铜镍锡磷系非晶合金箔作为中间层,使用氩气保护,在不同的连接温度采用瞬时液相扩散焊对TA2钛板进行了连接,并通过光学显微镜、显微硬度仪和材料试验机研究了连接温度对接头组织、显微硬度和剪切强度的影响。结果表明:连接温度低于840℃时,液态中间层等温凝固没有完成,能观察到残留的中间层;随着连接温度的升高,原子扩散加快,残留中间层逐渐减少;870℃时,连接接头组织全部为固溶体;连接温度为850℃时,连接接头具有最高的剪切强度,约为180 MPa。

TA2钛合金焊接试验研究

通过对TA2钛合金焊接特点的分析,优选合理的焊接工艺、气体保护方式和焊接规范进行试验,试验数据证明采用TIG焊焊接TA2钛合金钢不仅焊缝成型好,微观组织及力学性能也达到了相关标准要求.文章还给出了钛及钛合金的焊接保护焊接区域免受空气侵蚀的相关观点.

电脉冲辅助TA2钛合金管材气胀成形实验研究

目的研究电脉冲周期对管材成形性能的影响。方法对成形温度进行热电耦合数值分析,寻找到合适的电脉冲参数。对TA2钛合金管材进行了电脉冲辅助气胀成形实验,研究电脉冲周期管材胀形率、形状误差系数、微观组织、显微硬度分布的影响,分析电脉冲辅助胀形过程中动态再结晶现象。结果随着电脉冲周期的增大,管材膨胀率增大,形状误差率减小。当电脉冲周期增大到30 s时,膨胀率达到最大值42.7%,形状误差率仅为0.259%;电脉冲作用下,管材温度曲线呈现出明显的锯齿状上升,电能转化的温升与计算结果相近;EBSD观察发现材料在较低的温度(600℃)下发生了动态再结晶现象,组织细化,塑性提高。结论随着电脉冲周期的增大,管材塑性提高,环向变形均匀性得到改善。低频电脉冲的引入使TA2钛合金再结晶温度降低,晶粒发生细化。

TA2钛管电接触式退火工艺研究

采用电接触式快速加热法对TA2纯钛管材大气下退火的可行性及工艺进行了尝试,试验证明,采用该方式在1min～2min内将管坯加热至700℃～800℃,保温1min所获得的再结晶组织与力学性能与常规真空退火的相当,满足纯钛管材国标力学性能要求。其管材表面氧化轻微,对酸洗及刮修难度无影响。管材可进行较大变形量的后续加工,达到了中间及成品退火的目的。

Ti-45Al-7Nb-2V-2Cr涂层与TA2钛合金电偶腐蚀行为

采用超音速微粒沉积技术在5083铝合金表面制备γ-TiAl基Ti-45Al-7Nb-2V-2Cr合金耐蚀防护涂层,实现γ-TiAl基涂层的原态制备,并对涂层微观结构及电化学性能进行研究。结果表明:在涂层中的Al、V元素富集区,喷涂颗粒发生显著的塑性变形,有利于TiAl合金颗粒的沉积成形;通过在5083铝合金表面制备TiAl合金防护涂层可使其与TA2钛合金的接触腐蚀电流由16.2μA降为0.191μA,接触腐蚀敏感性由E级降到A级,喷涂件可与TA2钛合金直接接触使用,解决了铝合金与钛合金的接触腐蚀防护问题。

TA2钛/Q345R钢钎焊用钎料研究

选用Ag50.5Cu35.2Mn8.01Ni4.95Si0.3B0.1、Ag60.5Cu26.2Mn8.01Ni4.95Si0.3B0.1、Ag65.5Cu21.2Mn8.0-Ni5Si0.3B0.1和Ag70.5Cu16.2Mn8.0Ni4.95Si0.3B0.1为钎焊料,对TA2钛与Q345R钢进行TIG-熔焊连接实验,结合光学显微观察、焊缝显微硬度分析及接头拉伸强度测试,研究了4种钎料对TA2钛与Q345R钢的钎焊效果的影响。结果表明,Ag65.5Cu21.2Mn8.0Ni5Si0.3B0.1钎料的焊接质量最好,无论是钢侧还是钛侧都无裂纹产生,也无碳化物以及其他脆性化合物生成,且钎料与母材有明显互扩散现象。

激光冲击成形TA2钛合金板的变形与残余应力

利用脉冲能量为10-50J、脉宽为22ns的高功率Na：Glass激光器，对TA2钛合金板进行单次激光冲击成形实验研究，探讨了工件支撑座内径、90°顶角凸模的顶部圆弧半径等条件对钛合金板成形的影响。研究表明，当板材底部无约束支撑时，板材的最大变形量随支撑座口径的增大而减小，且板材凹凸面的表面残余应力都是压应力；当采用凸模冲击成形时，板材的最大变形量随凸模圆弧半径的增大而减小，但表面残余应力变化趋势不明确，有时为压应力，有时为拉应力。