热加工对TB3合金显微组织与性能的影响

航天航空用紧固件材料TB3合金是一种亚稳定 β钛合金。本文对比了两种热加工工艺对该合金的显微组织与性能的影响。采用锻造加后续热轧工艺改进了TB3合金的塑性 ,使伸长率提高到 2 2 % ,断面收缩率提高了 1 0 %。同时 ,该工艺还细化了晶粒。

轧制变形量及固溶热处理对TB3钛合金棒材粗大晶组织的影响

对原始锻造组织为粗大晶组织的TB3钛合金棒材进行了热处理实验,研究了经不同变形量轧制及固溶热处理后该钛合金棒材的组织演变规律,并提出了有效改善钛合金棒材组织均匀性的方法。结果表明,TB3钛合金棒材在轧制过程中,纵向粗大晶组织呈条带状分布;变形量越大,粗大晶组织在纵向上更加细长。锻造后,当产生的粗大晶晶粒尺寸小于200μm且轧制变形量达到95%时,固溶热处理后可以消除粗大晶现象。

TB3钛合金丝材的热处理工艺

研究了固溶时间及固溶时效温度对TB3钛合金丝材组织和室温力学性能的影响。研究发现,随固溶保温时间的延长,茁晶粒尺寸略有长大,丝材的强度和塑性略有降低;在相变点以上40～70℃固溶可以得到良好的强度与塑性相匹配的性能,且随固溶温度的升高,合金强度明显降低,而塑性稳定升高;双重时效后,随着二次时效温度的升高,丝材的强度显著降低而塑性增加,析出的琢相也随二次时效温度的升高而粗化且不均匀。

热加工工艺对TB3合金组织和固溶态性能的影响

研究了热加工温度和变形量对TB3钛合金显微组织和固溶态力学性能的影响。试验结果表明,当热加工温度为750℃时,提高热加工变形量不利于固溶态TB3钛合金的力学性能;当热加工温度为800℃时,提高热加工变形量可以使固溶态TB3钛合金获得更好的力学性能。

β晶粒尺寸及双时效炉冷速率对TB3钛合金组织与性能的影响

研究了晶粒尺寸以及双时效过程中预时效炉冷速率对TB3钛合金组织与力学性能的影响。结果表明,在固溶处理TB3钛合金时,随着保温时间的延长β晶粒尺寸逐渐长大,抗拉强度逐渐降低,而延伸率和断面收缩率变化不大。β晶粒尺寸对单时效后合金的抗拉强度影响不大,而延伸率与断面收缩率随晶粒尺寸的增大而降低。双时效过程中预时效炉冷速率越慢,合金的抗拉强度越低,延伸率与断面收缩率越好。

热处理制度对TB3钛合金组织及性能的影响

研究了热处理制度对TB3钛合金组织及力学性能的影响。结果发现,TB3钛合金经800～820℃固溶后,室温拉伸时合金具有较高的强度和优异的塑性,且随固溶温度的升高,强度降低,塑性增加;固溶并时效后合金具有很高的强度及较好的塑性,且随时效温度的升高,合金强度显著降低、塑性增加。

时效工艺对TB3钛合金丝材组织及力学性能的影响

研究了双重时效、单重时效工艺对?3.9 mmTB3钛合金丝材组织及力学性能的影响。结果表明:TB3钛合金丝材在(α+β)/β转变温度以上固溶处理并经双重时效处理时,随二次时效温度升高,合金强度降低而塑性提高,时效析出的α相变得粗化且分布不均匀;经520~550℃单重时效处理16 h时,随时效温度升高,合金强度降低而塑性升高;与双重时效处理相比,单重时效的合金强度高而塑性略有降低,α相数量增加且分布更为均匀。

固溶处理对TB3小规格棒材晶粒尺寸和力学性能的影响

研究不同固溶热处理参数对TB3钛合金小规格棒材晶粒尺寸和力学性能的影响。结果表明,不同温度区间内固溶热处理晶粒尺寸的增速不同,当固溶温度大于820℃时,随温度升高晶粒尺寸显著增大。晶粒迅速长大后,继续延长固溶保温时间及改变固溶热处理的冷却方式对晶粒尺寸的影响不大,重复固溶热处理显著增大晶粒尺寸。固溶态室温强度与晶粒尺寸密切相关,晶粒尺寸越小,室温强度越高。

一种空间用β钛合金低成本制备工艺的研究

采用一种新的合金化元素添加工艺,经过3次真空电弧炉熔炼制备了TB3钛合金铸锭。经X光探伤、纵剖面不同位置取样化学元素分析,布氏硬度测试,能谱分析及对合金棒材显微组织、拉伸断口、机械性能的观测表明,采用本研究的工艺制备TB3合金,不仅可以得到无钼元素偏析、夹杂的匀质铸锭,而且通过批量生产,证实了本制备工艺切实可行,并节约了生产成本。

Tb_(3)NiSi_(2)合金磁相变与磁热性能研究

依据X射线衍射(XRD)与等温磁化曲线和等磁场变温磁化曲线,主要研究了Tb_(3)NiSi_(2)合金相结构与磁性相变和磁热性能。XRD表明,采用800℃保温14天,然后炉冷至室温的热处理方法制备的R3NiSi2(R=Tb,Dy,Ho,Er)合金中,主相均为Gd3NiSi2型正交结构(空间群:Pnma,No.62)相,但杂相R5Si3含量存在差异,其规律是从Er到Tb,含量依次减少,Tb_(3)NiSi_(2)合金样品基本为一个单相,其相应晶格常数分别为a=1.1240(8)nm,b=0.41009(8)nm,c=1.12058(1)nm。等温磁化曲线显示在50~300 K温度范围内,Tb_(3)NiSi_(2)合金仅展现出铁磁-顺磁相变,并没有在130,82,66,53 K等观察到相关文献报道的多重的反常反铁磁态-铁磁态(AFM-FM)相变。0.01 T磁场下的磁化强度对温度求导曲线(d M/d T)和0~2 T磁场下的Arrott图结果证实合金铁磁-顺磁二级磁相变居里温度(Tc)=88 K。居里外斯定理拟合表明合金中Tb^(3+)粒子的有效磁矩为9.90μB(μB为玻尔磁子),同期望值μeff/Tb^(3+)=g(J(J+1))1/2=9.72μB基本一致。在磁热性方面,Tb_(3)NiSi_(2)合金在0~2 T磁场范围内,低场响应性较差,铁磁态分子的有效磁矩远低于顺磁分子有效磁矩,最大磁熵变(-ΔSM_(max))为3.2 J·kg^(-1)·K^(-1);在对应的半高宽温跨(δTFWHM)=35.5K范围内,相对制冷量为113 J·kg^(-1)。

固溶时效对TB3钛合金冷镦紧固件组织与性能的影响

研究了TB3钛合金紧固件冷镦成形前固溶处理、冷镦后时效处理过程中的组织与性能变化。结果表明,TB3钛合金紧固件的合理工艺为820℃保温30 min空冷(固溶)+冷镦成形+650℃保温300 min空冷(时效)。采用合理的固溶时效处理工艺试制了TB3钛合金M5×15内六角螺钉,并对其进行了性能测试,抗拉强度达到1238.2 MPa,断后伸长率达到6%,满足钛合金紧固件技术要求。