锻造工艺对TA7ELI钛合金组织和力学性能的影响

研究了不同锻造工艺对TA7ELI钛合金锻件显微组织和力学性能的影响。结果表明,超低温伸长率最高的锻造工艺不是室温塑性最好的工艺,而是室温塑性最差的工艺。不同工艺锻造的TA7ELI钛合金锻件室温力学性能和超低温力学性能各具优缺点,实际生产中可根据产品侧重的性能要求选择相应的锻造工艺。

大规格TA7ELI冷氦气瓶半球等温冲压工艺

对未来运载火箭用大直径TA7ELI钛合金冷氦气瓶半球的等温冲压工艺进行了研究。采用有限元分析软件对半球等温冲压过程进行了数值模拟并开展了成形试验验证,同时结合成形前后材料显微组织、力学性能的变化,进一步分析了工艺过程对材料性能的影响规律。研究结果表明,等温冲压过程中材料的应力应变由芯部逐渐扩展到边缘,成形进程达到中后期时载荷最大,成形后半球壁厚最薄位置在球底中心边缘处。等温冲压后TA7ELI材料的组织形态和尺寸变化较小,且半球各处室温和20 K下的强度与成形前相比基本一致,成形后材料的室温延伸率均有所提高,20 K下球底处材料的延伸率有所降低但仍满足要求。

锻造工艺对TA7ELI钛合金饼材组织和力学性能的影响

研究了不同锻造工艺对TA7ELI钛合金饼材组织和性能的影响。结果表明,使用始锻温度950~980℃的试验工艺可得到等轴组织的饼材,力学性能满足GJB 2058-94标准要求,但饼材不同位置组织存在差异。使用始锻温度1030~1040℃的试验工艺没有能够得到理想的网篮组织的饼材,且伸长率不合格,工艺需要改进,不合格的原因是:饼材成形过程变形不均匀而造成组织不均匀;TA7ELI钛合金的网篮组织不易控制,其与始锻温度、终锻温度、变形量有很大关系。

粉末热等静压成形TA7 ELI高承压泵壳体的性能和尺寸控制

基于粉末热等静压近净成形技术,在930℃/120 MPa/3 h的条件下开展了TA7 ELI(超低间隙)高承压泵壳体的成形研究,通过两批次粒度存在差异的粉末(粉末表面为胞晶形貌,D_(50)为67μm、74μm)分析了制粉时的粒度波动对成形材料力学性能的影响,并结合有限元仿真手段开展了高承压泵壳体的粉末收缩规律研究。此外,根据高承压泵在液体火箭发动机中的实际服役情况,对近净成形的高承压泵毛坯进行解剖,分析了特征截面位置的显微组织及硬度分布情况。结果表明,粉末热等静压近净成形技术制备的TA7 ELI合金力学性能达到锻件水平,粉末粒度波动对合金力学性能无显著影响,高承压泵壳体的显微组织均匀,特征截面的硬度值波动小,壳体内部流道关键尺寸实测结果与模拟预测结果的最大偏差为5.37%。

粉末冶金TA7 ELI合金的制备及其界面反应层

采用Ti-5A1-2.5Sn ELI(TA7 ELI)洁净预合金粉末通过热等静压(HIP)致密化工艺制备TA7 ELI合金。利用粒度仪和扫描电镜等对粉末的粒径分布、形貌和化学成分进行表征。利用金相显微镜分析热等静压后TA7 ELI合金的显微组织,利用电子探针分析包套和粉末反应层的元素分布。结果表明:粉末的平均粒度约为80μm,形貌呈球形;经1000℃、130 MPa、3 h热等静压后,材料的相对密度达到理论密度的99.5%,获得平均晶粒直径约为40μm的细小等轴晶组织;包套与TA7 ELI粉末界面反应层厚度为3～8μm,反应层富集Al和Sn元素,Fe元素沿TA7 ELI晶界快速扩散,在界面附近呈网状分布。

激光选区熔化成形TA7 ELI钛合金显微组织及力学性能研究

针对TA7 ELI钛合金开展激光选区熔化(SLM)成形工艺研究,获得激光功率P、扫描速度V对致密度的影响规律,进一步分析激光能量密度对缺陷的影响,并基于最佳成形工艺参数开展显微组织及力学性能分析。研究表明,SLM成形TA7 ELI致密度随激光功率P的升高先增加后降低,随着激光能量密度增加先增加后降低。当激光功率P为280 W、扫描速度V为1000 mm/s、扫描间距H为120μm、铺粉层厚t为30μm时,成形试样致密度最高为99.89%,此时激光能量密度为78 J/mm^(3)。SLM成形TA7 ELI沿着沉积方向为外延生长柱状晶,垂直沉积方向为等轴晶组织,晶内由平行或交错分布的细小针状α′马氏体组成。TA7 ELI沉积态抗拉强度超过1050 MPa,延伸率达到15%,拉伸断口均匀密集分布等轴韧窝,表现为典型的韧性断裂特征。