TC16合金测量不确定度结果的评定

为评定TC16合金拉伸试验结果的测量不确定度,以TC16棒状拉伸试样为例,建立了不确定度计算的数学模型,确定了影响试验结果的屈服力Fp0.2、最大力Fm、试样尺寸等各项因素,计算出了各种因素的标准不确定度,得出拉伸试验结果(Rp0.2、Rm、A)的扩展不确定度,评定了拉伸试验结果的不确定度.本评定方法具有一定的代表性,对评定其他金属材料拉伸测量结果的不确定度有一定的参考意义.

基于BP神经网络的TC16合金在不同淬火温度下变形行为预测

基于BP神经网络的理论和算法,建立了BP神经网络模型;通过拉伸实验测定了不同淬火温度下TC16合金的力学性能,使用建立的BP神经网络模型,对实验数据进行了训练和仿真,研究了TC16钛合金在不同淬火温度下的变形行为。结果表明,使用该BP神经网络模型可以得到很高的计算精度,预测误差在5%,该方法适用于TC16合金的进一步研究。

钛合金TC16中绝热剪切带的微观结构演化

利用分离式Hopkinson压杆（SHPB）技术对钛合金TC16的帽形试样进行动态加载,采用光学显微镜和透射电镜技术观测TC16中绝热剪切带内的微观结构和相变情况。结果表明,剪切带的边缘由具有高位错密度的沿着剪切方向排列的宽度为0.2-0.5μm的伸长组织构成,其与基体组织的形貌显著不同;剪切带中部由大量低位错密度的直径约为0.2μm的再结晶等轴晶组成。衍射花样的标定表明α-Ti和α″相共存于剪切带中部,剪切带内发生了相变。绝热剪切变形过程中剪切带内的温度约为796℃。讨论了TC16中绝热剪切带内的相变规律和微观结构演化过程。

航空紧固件用钛合金TC16研究与发展

对比了3类航空紧固件用钛合金材料,分析了TC16钛合金的应用概况、材料特征及紧固件加工方法。与俄罗斯产BT16合金进行了比较,对近几年TC16钛合金的发展现状、研究难题及最新研究动态进行了阐述,总结了TC16钛合金材料的自身独特优势,预测了今后TC16钛合金的应用及发展前景。

基于Johnson-Cook模型的TC16钛合金动态本构关系

利用Instron液压实验机和分离式Hopkinson压杆动态加载实验，在温度为298～773K、应变率为0．001～15550／s范围内得到TC16钛合金的准静态拉伸及动态压缩条件下的真应力-真应变曲线，并基于Johnson-Cook模型对其进行拟合分析。提出拟合Johnson-Cook方程的简便方法：即引入材料应力-应变曲线发展趋势项，避免对材料绝热温升的估算。结果表明：真应力随应变速率的增加而增加，随温度的增加而降低；当应变速率为10^5／s及温度高于673K时，材料此时的真应力低于准静态下的真应力；获得TC16动态本构关系，能较好地预测TC16钛合金的流变应力。

冷却速率对TC16钛合金显微组织和力学性能的影响

利用XRD、SEM、TEM和力学试验机等手段分析不同冷却速率的TC16钛合金试样的相组成、显微组织和力学性能,并分析冷却速率对TC16钛合金显微组织和力学性能的影响.结果表明:TC16钛合金经800℃保温处理后,水淬和空冷试样均由α相、α″马氏体、ω相和β相组成,炉冷试样仅由α相和β相组成;水淬和空冷试样中的初生α相体积分数和晶粒尺寸都相近,均比炉冷试样的小.水淬和空冷试样的单向拉伸曲线上,出现双屈服现象;随着冷却速率的降低,TC16钛合金的屈服强度提高;水淬和空冷试样的抗拉强度相近,高于炉冷试样的;3种冷却速度试样的伸长率和断面收缩率相近,都具有优异的室温塑性.

TC16钛合金不同退火制度的显微组织研究

对TC16钛合金棒材各种退火制度下的显微组织进行了X射线及显微组织分析。结果表明:不同温度、保温时间及冷却条件下退火后的合金均由α+β两相组成。α+β两相区退火时,组织为片状α和等轴α分布在β基体上。随退火温度升高,α相等轴化程度提高,α晶粒尺寸明显增大;随退火保温时间延长,等轴α含量增加且晶粒尺寸增大;空冷条件下,组织中片状α和等轴α更细小。β单相区退火时,组织为粗大的β晶粒内分布着不同取向α片域,α片间为β中间层,原始β晶粒的晶界为α。

有限元模拟TC16合金镦制六角螺栓的头部变形行为

为研究TC16钛合金镦制六角头螺栓的变形行为,采用MSC.Marc有限元模拟软件,模拟了不同变形条件下TC16钛合金丝材镦制六角头螺栓时的头部变形行为。研究结果表明,摩擦系数对变形程度分布和变形温度分布的影响较大;变形初始温度对变形程度分布的影响较小,但对因材料变形导致的热温升影响较大。摩擦系数较小,容易充型不满,摩擦系数较大,容易产生飞边。摩擦系数为0.1时,有利于六角头的成型,得到的产品形状较好。将模拟结果与实况条件下镦制的六角头螺栓变形结果进行了对比,发现两者之间可以较好地吻合。

热处理对TC16钛合金棒材显微组织和力学性能的影响

将小规格TC16钛合金轧制棒材在780℃保温2 h,进行了不同炉冷出炉温度、不同第二级退火温度及不同冷却方式的热处理实验,分析了热处理前后棒材的显微组织和力学性能。结果表明:热处理前后棒材显微组织的差异较大;随着出炉温度的降低,强度和塑性均出现先升高后降低的现象,炉冷至530℃后空冷可得到较高的强度及良好塑性;第二级热处理温度越高,强度越低,同时塑性较高;在不同的冷却方式下,炉冷可获得最优的强度塑性匹配。

碳纤维环氧复合材料与不同表面状态TC16钛合金偶对的电偶腐蚀

将碳纤维环氧复合材料(GECM)与三种不同表面状态(脉冲阳极化、镀铝钝化以及不作任何处理)的TC16钛合金进行偶对,研究了GECM的开路电位和电化学极化,及不同偶对的电偶腐蚀行为。结果表明:GECM具有正的开路电位,而且较为稳定,随极化时间的延长,电位呈缓慢降低的趋势;GECM与脉冲阳极化钛合金偶对的平均电偶电流密度最小,为0.003μA.cm-2,其次为GECM与不作任何处理钛合金偶对的,为0.024μA.cm-2,而GECM与钛合金镀铝钝化偶对的最大,为6.270μA.cm-2;钛合金表面经脉冲阳极化处理后,可有效降低甚至消除钛合金与GECM间的电偶腐蚀。

热处理工艺对TC16钛合金棒材性能的影响

TC16钛合金是马氏体型α+β两相高强钛合金,能够通过热处理改善其组织与性能。研究了退火温度与固溶加时效工艺对TC16钛合金棒材性能的影响。结果表明:TC16钛合金采用800～820℃保温2 h,以2～4℃/min冷速随炉冷却至550℃后空冷的退火工艺,能够获得所需的强度和满足冷镦要求的工艺性能;降低固溶温度、延长时效时间与提高时效温度,有利于改善TC16钛合金的塑性,反之,有利于提高TC16钛合金的强度。

热处理工艺对TC16合金棒材组织和性能的影响

TC16钛合金在780、800、850、900℃下固溶热处理30 min,分别以水淬、空冷、炉冷方式进行冷却,再分别在520、560和600℃保温2、4、8、16 h空冷进行时效处理,利用OM和室温拉伸性能测试等方法,研究了不同热处理工艺对TC16钛合金棒材组织和性能的影响。结果表明,固溶温度对TC16钛合金塑性影响不大,相同的固溶时效处理制度下,随时效时间增加和温度的提高,合金强度和塑性都增加。TC16钛合金较合理的固溶时效处理工艺为:(780±20)℃固溶处理,保温2 h,炉冷至550℃以下后空冷,后在560℃下时效8 h,空冷,如此能获得要求的室温拉伸性能及良好的综合性能。

显微组织对TC16钛合金棒丝材冷镦成形性能的影响

TC16钛合金棒材在冷镦成形方面具有较大的加工和应用优势,棒材组织形貌对最终紧固件冷镦成形性有直接影响。采用不同加工方式、不同变形温度和热处理制度获得了不同组织状态的TC16钛合金小规格棒丝材,通过紧固件冷镦成形实验,研究了显微组织对冷镦成形性能的影响。结果表明,TC16钛合金丝棒材冷镦过程中的组织变形主要是纵向金属扁平化和破碎挤压的过程;纵向为等轴组织或者网篮组织的TC16钛合金棒丝材,在冷镦过程中纵向变形均匀,冷镦过程顺利;纵向为拉长组织的TC16钛合金棒丝材在冷镦过程中易产生裂纹。

紧固件用TC16钛合金强化热处理工艺研究

利用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸实验机,研究不同热处理工艺下TC16钛合金的显微组织及力学性能。结果表明：退火后的组织为等轴α＋β,晶粒大小约为1μm;固溶处理的组织为初生α＋α＂＋亚稳β,随着固溶温度的升高,初生α相减少,抗拉强度不随固溶温度的变化而变化,屈服强度较退火态下降较大,屈强比仅为0.4~0.47;时效处理后的组织为初生α＋α＋β,α、β呈片状相间分布于原始β晶粒内,时效处理后的抗拉强度最高可达1226MPa,强塑积最高达21834MPa·%;退火态与固溶态的拉伸断口为韧性断口,而时效处理后的拉伸断口为准解理断口。

冷连轧对TC16钛合金丝材组织性能的影响

冷轧加工不仅可以实现小规格丝材尺寸的高精度控制,也可以满足对组织和性能有特殊要求的丝材加工。通过对比分析冷连轧和热拉拔两种加工方式制备出的TC16钛合金丝材的性能和组织,研究了冷连轧工艺对TC16钛合金丝材退火态和固溶时效态性能的影响。结果表明,冷连轧获得的TC16钛合金丝材经退火后的抗拉强度比热拉拔加工丝材低,但是塑性较高,更有利于后续TC16钛合金紧固件的冷镦制成形;经过热处理强化后,冷连轧获得的TC16钛合金丝材强化效果明显,抗拉强度提高和塑性降低程度更为显著。相比热拉拔加工,冷连轧可有效破碎纵向长条α相并储存更多的加工畸变能,是获得优良退火态塑性和增强热处理强化作用的主要原因。

表面处理对TC16钛合金和18Ni钢电偶对的腐蚀防护

为了有效控制航空工业中TC16钛合金与18Ni钢的电偶腐蚀,分别采用真空电弧离子镀TiN层和微弧氧化技术对TC16钛合金进行表面处理,并对18Ni钢化学氧化,分析了不同表面处理的电偶对的腐蚀等级、阻抗特征及腐蚀形态。结果表明:TC16钛合金与18Ni钢之间存在显著的电偶腐蚀,仅对18Ni钢化学氧化不能解决其与TC16钛合金的电偶腐蚀问题;在TC16钛合金表面镀TiN层,同时对18Ni钢化学氧化,可在一定程度上控制电偶腐蚀;而对TC16钛合金表面微弧氧化,同时对18Ni钢化学氧化,则能完全有效地控制两者间的电偶腐蚀。

TC16钛合金的冷镦组织与性能

对TC16钛合金进行了冷镦试验,采用低倍观察、组织分析和显微硬度测试等技术研究了其冷镦组织与性能.结果表明:TC16钛合金经退火后具有良好的塑性和相对较高的剪切应力,能够满足其冷镦成型性能,而该合金在冷镦过程中产生的冷变形强化行为能够保证其在退火状态下满足使用要求.

TC16钛合金板材冷轧工艺及组织性能研究

进行了TC16钛合金板材多道次冷轧试制,利用光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射等手段研究了变形量对冷轧板材微观组织与力学性能的影响。结果表明:α+β两相TC16钛合金板材冷轧加工是可行的,其极限冷变形量达到79%,冷轧板材表面无裂纹。大幅度冷轧变形后,TC16钛合金组织为分布均匀的纤维状结构,且存在极少量未充分变形的α晶粒,并伴有应变诱导的α″马氏体相产生;抗拉强度和显微硬度均得到较大程度的提高,发生明显的冷形变强化。

TC16钛合金航空紧固件冷镦成形实验研究

通过TC16钛合金紧固件冷镦成形实验,比较分析了不同变形量和不同工位冷镦后紧固件的表面成形质量与内部微观组织分布,并采用显微硬度计测试了紧固件的显微硬度。实验结果表明:紧固件头部压缩变形量为3 mm时,紧固件表面光洁,表面无明显损伤缺陷;紧固件头部压缩变形量为5 mm时,紧固件头部出现褶皱、飞边和裂纹。一次成形的紧固件宏观表面无明显缺陷,但微观上出现微孔洞和微裂纹,硬度显著提高,但分布不均匀,剪切带区微观组织最密且呈纤维状,硬度最大,平均值达到了344.98 HV0.2;然后是变形居中区,平均值是301.14 HV0.2;最小变形区硬度最小,平均值是290.88 HV0.2。2工位成形的紧固件微观组织均匀,硬度提高小于1工位,但是分布较均匀,剪切区硬度为316.66 HV0.2,变形居中区硬度为303.28 HV0.2,最小变形区硬度为289.1 HV0.2。3个区域硬度差值小,力学性能更加稳定。

冷却方式对TC16钛合金丝材组织与力学性能的影响

首先分别对在单相区(880℃)和两相区(840℃)加热保温2 h后的TC16钛合金丝材进行3种不同方式的冷却处理(水冷、空冷、炉冷),随后采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射、拉伸性能测试以及冲击性能测试等研究了该合金经不同方式冷却处理后的组织和力学性能。结果表明:当加热温度位于两相区时(840℃),合金的组织由等轴α相构成,当加热温度位于单相区时(880℃),组织中等轴α相完全消失,并出现β晶粒。3种冷却方式中,经空冷处理后,合金的强度最高,水冷次之,炉冷最低,而冲击性能与强度相反,在塑性方面,经水冷处理后,合金的塑性最佳,炉冷次之,空冷最差。合金在两相区加热保温2 h后以不同方式冷却处理后,拉伸和冲击断口微观形貌均以韧窝和解理面为主,其中炉冷试样的冲击断口形貌中具有较多二次裂纹,经单相区加热后,空冷试样的拉伸和冲击断口形貌产生较大变化,出现结晶状和河流状形貌。