ICP-OES测定TA31钛合金中化学成分的4种不同酸体系样品制备方法比较分析

对ICP-OES测定TA31钛合金中铝、铌、锆、钼、铁、硅6种元素含量的硫酸-硝酸、氢氟酸-硝酸、氢氟酸-硫酸-硝酸和盐酸-氢氟酸-硝酸4种不同酸体系样品制备方法的试剂用量、处理温度和制备时间进行了比较,并对4种样品制备方法对应的检测方法的灵敏度、检出限、精密度、准确度等性能指标进行了比较分析。结果表明,氢氟酸-硝酸体系下的试剂用量最小,盐酸-氢氟酸-硝酸体系下的试剂用量最大,此两种样品制备方法均在常温下进行,无需加热,溶解时间较短;4种样品制备方法对应检测方法的灵敏度按照硫酸-硝酸、氢氟酸-硫酸-硝酸、盐酸-氢氟酸-硝酸、氢氟酸-硝酸的顺序依次升高;检出限和定量限基本一致;铝、铌、锆、钼、铁5种元素在4种制备方法下均可得到一致的检测结果,准确度和精密度整体上良好,氢氟酸-硫酸-硝酸制备方法下精密度略差;硫酸-硝酸和氢氟酸-硫酸-硝酸制备方法下,硅测定结果的精密度和准确度较差,不适合硅含量的测定。

应力三轴度对TA31钛合金失效行为的影响研究

TA31钛合金由于其塑韧性高、可焊性好等优点,已成为深海装备的优先选用材料之一。本文以TA31钛合金为研究对象,首先开展典型钛合金试件的断裂性能试验,分析应力三轴度等参量对TA31钛合金断裂性能的影响规律,借助扫描电镜对试件的断后形态进行断口分析,阐明TA31钛合金在复杂应力状态下的断裂失效机理。然后,在Johnson-Cook模型中引入平均应力三轴度参数的影响,形成计及应力状态参量影响的本构关系模型,通过试件试验数据进行模型参数校准,建立适用于复杂应力状态下的TA31钛合金塑性硬化模型,并将该模型扩展应用于深潜器耐压球壳结构极限承载能力的评估中。本研究可为深海装备钛合金结构设计与评估提供研究基础。

轧制温度对TA31钛合金热轧板材组织与性能的影响

利用真空自耗电弧炉和电子束冷床炉熔铸了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(TA31)合金扁锭,通过铸锭免锻造直接轧制工艺制备了热轧板材,研究了不同轧制温度(900、950和1000℃)对板材组织演变和力学性能的影响及机理。结果表明,TA31合金扁锭为魏氏组织,主要由片层状α集束和少量β晶界组成。在900℃轧制后板材主要由条带状α相和少量β转变组织组成。当轧制温度升高至950℃时,条带状α相转变为等轴α相,少量β相分布在晶间。当轧制温度进一步升高至1000℃时,部分等轴α相转变为β相,轧后冷却,组织由等轴α相、片层状和针状α相及少量β转变组织组成。随轧制温度的升高,板材抗拉强度和屈服强度下降,而断后伸长率和冲击吸收能量逐渐增大,断口形貌由韧性断裂逐渐变为微孔聚集型断裂。综合分析表明,短流程直接轧制工艺制备TA31合金板材的适宜热轧温度为950℃左右,此时抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和冲击吸收能量平均值分别为978 MPa、831 MPa、13%和53 J。

铸坯斜轧穿孔制备大口径TA31钛合金无缝管材

用真空自耗电弧炉+电子束冷床炉熔铸TA31钛合金(Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo)圆锭,通过铸坯直接斜轧穿孔制备出?538 mm×30 mm大口径无缝管,研究不同退火温度(850、900、950℃)对无缝管组织演变、织构和力学性能的影响。结果表明:铸坯直穿无缝管材表面质量良好,外径尺寸精度高但壁厚偏厚;轧制态无缝管为变形的魏氏组织,主要由片层状α相集束和晶界α相组成,退火处理后片层状初生α相减少,原始β相晶界部分溶断,组织逐渐均匀化并转变为网篮组织和魏氏组织的结合体;宏观织构以基面(0001)织构为主,随退火温度升高,织构锐利程度先增后减,而管材抗拉强度与屈服强度小幅增加,但塑性不变,适宜退火温度约为900℃,此时抗拉强度、屈服强度和伸长率平均值分别为892、825 MPa和11%。

TA31钛合金焊接接头疲劳性能评估

钛合金是深海大型载人运载平台的常用材料,其焊接部位的疲劳性能不容忽视。本研究针对国产TA31钛合金对接接头和承载十字接头开展疲劳试验,用热点应力法对其疲劳强度进行评定。采用国际焊接协会推荐的方法进行数据处理,分别做出名义应力和热点应力的S-N曲线并进行对比。在此基础上引入缺口应力法,考虑板厚对焊接接头疲劳性能的影响,并提出板厚修正的公式,可为钛合金结构的疲劳评估和抗疲劳设计提供参考。

电子束冷床炉熔炼TA31钛合金过程中元素的挥发损失

采用电子束冷床炉熔炼TA31合金圆锭,对其化学成分和熔炼工艺进行对比分析。发现熔炼速度显著影响铸锭轴向成分的稳定性,铸锭轴向Al含量随熔炼速度的增加而升高,反之亦然;减小熔炼速度波动可提高铸锭中Al含量的稳定性;Nb、Zr、Mo元素在轴向和径向分布均匀。试验检测结果和动力学分析均表明,Nb、Zr、Mo元素挥发量可忽略,由于Ti和Al元素的挥发,导致其含量略有升高。

退火温度对TA31钛合金大口径无缝管组织与性能的影响

利用真空自耗电弧炉+电子束冷床炉熔铸了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(TA31)钛合金圆锭,通过铸坯直接斜轧穿孔制备出Ф178 mm×12 mm大口径无缝管,研究了不同退火温度(800、850、900、950℃)对TA31钛合金组织演变和力学性能的影响。结果表明:轧制态无缝管为变形的魏氏组织,主要由片层状α相集束和原始β相晶界组成;退火处理后,片层状初生α相减少,原始β相晶界消失,组织逐渐均匀化,但当退火温度超过900℃后,α相集束粗化并转变为网篮组织;随退火温度的升高,抗拉强度与屈服强度先略微降低后缓慢增大,而伸长率呈先增大后减小趋势,断口形貌由韧性+准解理混合型断裂逐渐变为韧性断裂再转变为韧性+准解理混合型断裂。综合分析认为,短流程制备的TA31钛合金大口径无缝管适宜退火温度为900℃左右,此时抗拉强度、屈服强度和伸长率平均值分别为873 MPa、785 MPa和12.8%。

不同热处理制度对TA31合金组织和力学性能的影响

研究了不同热处理制度(固溶时效,退火)对TA31合金微观组织和力学性能的影响。采用OM、TEM、SEM研究了其微观组织形貌,采用拉伸试验机测试了拉伸性能。结果表明:在相变点之下依次选取不同固溶温度(920、940、960、980℃)对TA31合金试样进行固溶+时效工艺处理,当固溶温度低于960℃时,时效后的强度随固溶温度升高而增大;当固溶温度大于960℃后,强度降低;αkv值随固溶温度升高而增大。试样固溶时效态的拉伸强度高于试样退火态的强度。TA31合金随着固溶温度的升高,初生α相含量减少,且组织中存在等轴初生α相+β转内细小的针状次生α相。