TC32钛合金TIG焊接接头显微组织及力学性能研究

利用不同成分的填充材料对TC32进行TIG焊接试验,分析接头不同区域的显微组织和力学性能。结果表明,采用TC4实心焊丝、TC32药芯焊丝和Ti-Al-V-Zr系药芯焊丝所获的焊接接头组织均不同,焊缝区宏观形貌均由上中部柱状晶区和下部等轴晶区组成,热影响区均出现三个不同的亚区;三种焊接接头的热影响区硬度显著高于母材,且每组接头的显微硬度在上、中、下区域有相同变化趋势;在焊态条件下,接头的抗拉强度与母材相当,但塑性较差。研究表明,药芯焊丝与实心焊丝相比较,药芯焊丝更容易产生气孔缺陷,导致接头的强度和韧性降低。

基于深度学习的TC32钛合金BTA深孔钻削容屑系数和切屑形态研究

在钛合金深孔钻削过程中,由于其难加工性经常会存在刀具磨损严重、排屑困难和内孔表面质量差等问题。为了获得具有良好内孔表面质量和切屑形态的钛合金深孔类零件,以新型钛合金TC32为研究对象,在不同工艺参数下基于深度学习和BP神经网络进行了TC32钛合金的容屑系数预测和加工试验验证。研究结果表明:预测模型的决定系数R 2为0.921,拟合程度和精度较高,预测性能良好;当进给量为0.08 mm/r、主轴转速为435 r/min时容屑系数为5.6,切屑形态以C形屑和短带状屑为主,排屑顺畅且加工过程稳定。

显微组织对TC32钛合金高周疲劳性能的影响

研究双态组织和网篮组织对TC32钛合金高周疲劳(HCF)性能的影响,并与TC4钛合金等轴组织和TC21钛合金网篮组织的高周疲劳性能进行对比分析。结果表明:TC32钛合金双态组织与网篮组织的高周疲劳强度分别为535.7MPa与537.5MPa,明显高于TC4钛合金等轴组织的,也高于TC21钛合金网篮组织的。TC32钛合金双态组织因原始β晶粒细小,且初生α相与β转变基体强度匹配性良好,不存在异常的平均应力敏感性;TC32钛合金网篮组织因存在较多的二次裂纹,且主裂纹扩展路径曲折,疲劳裂纹扩展速率较双态组织更缓慢。

双态组织TC32钛合金的抗弹性能及损伤机制

实验采用底推式105 mm穿甲模拟弹,测试双态组织TC32钛合金靶板的抗弹性能,并采用光学显微镜和扫描电镜研究靶板的损伤机制。结果表明:双态组织TC32钛合金靶板的防护系数达1.91以上;在开坑阶段,TC32钛合金靶板主要是以崩落和发生绝热剪切的损伤机制产生破坏;在稳定侵彻阶段和侵彻后期,TC32钛合金靶板主要是以发生绝热剪切、裂纹、塑性变形的损伤机制产生破坏。双态组织类型的TC32钛合金具有优良的强韧性匹配,抗弹性能优异。

β热处理冷却方式对TC32钛合金组织和冲击韧性的影响

研究了β热处理时炉冷(FC)、空冷(AC)、强风冷(FAC)和水冷(WQ)4种冷却方式对新型低成本高性能TC32钛合金显微组织和室温冲击韧性的影响。结果表明:从炉冷到水冷,随着冷却速率增加,α集束尺寸、集束中的片层α相、晶界α相和残余β相尺寸均呈大幅减小趋势;室温冲击韧性也随着冷却速率的增加而大幅度降低。进一步从冷却方式-显微组织-断裂机制-冲击韧性之间的相互影响关系角度进行了探讨,揭示了冷却方式对显微组织和冲击韧性的影响变化规律。

合金元素对新型TC32钛合金组织和性能的影响

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子万能试验机和疲劳试验机研究了Mo、Cr、Zr、Si元素对新型TC32钛合金相变点、组织和性能的影响。结果表明:Cr元素比Mo元素具有更明显稳定β相的作用,显著提高相变点。对于铸态组织,5种钛合金均为片层组织,0.1wt%Si元素的添加有利于细化晶粒,缩短柱状晶区;分别添加3wt%Cr元素和3wt%Mo元素有利于细化片层组织。对于退火态组织,分别添加3wt%Cr、1wt%Zr、0.1wt%Si、3wt%Mo元素有利于细小的条状α相析出。在Mo、Cr、Zr、Si元素的强化作用下,使得新型TC32钛合金具有良好的强度-塑性-疲劳性能匹配。

基于响应曲面法的TC32钛合金高速铣削加工表面粗糙度研究及参数优化

TC32是近年来出现的一种新型低成本中高强度高韧性钛合金。为了获取TC32钛合金表面加工质量与切削参数之间函数关系,选择表面粗糙度作为目标响应,以线速度v、每齿进给量fz、切削深度ap以及切削宽度ae为因素,设计了基于响应曲面法的试验方案,建立了TC32钛合金高速铣削加工表面粗糙度的二阶响应方程,并进行了方差分析和显著性检验。试验结果表明,以最小表面粗糙度为响应目标,铣刀底齿加工的最优参数组合为:线速度v=85m/min,每齿进给量f_(z)=0.07mm/z,切削深度a_(p)=0.80mm,切削宽度a_(e)=7.00mm;侧齿加工的最优参数组合为:线速度v=85m/min,每齿进给量f_(z)=0.07mm/z,切削深度a_(p)=22.38mm,切削宽度a_(e)=1.08mm。

TC32钛合金超高周疲劳性能研究

应用20kHz超声疲劳试验系统和高频疲劳试验系统,对TC32钛合金材料室温对称载荷作用下的超高周疲劳进行了研究。结果表明:疲劳循环在10~7周次后仍会发生断裂,不存在明显的疲劳极限,S-N曲线呈现双线性特征;从疲劳断口特征来看,较高应力下为表面萌生机制,而在低应力超高周疲劳范围内,裂纹则主要于亚表面萌生;加载频率对TC32钛合金疲劳行为无明显影响。

TC32钛合金不同热处理工艺下的组织性能及断裂机制

以新型高性能低成本TC32钛合金为研究对象,通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验机等,研究了普通退火(700℃×2 h,AC)和双重退火(880℃×2 h,AC+550℃×6 h,AC)两种热处理工艺对该合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:普通退火后,TC32合金组织中初生α相含量约为37.2%,并产生轻微球化现象,β转变基体由较粗片层状的次生α相和残余β相组成,合金的抗拉强度均值为939 MPa,伸长率均值达17.4%;双重退火后,TC32合金组织中初生α相含量约为11.8%,并产生明显的球化现象,β转变基体由网篮状结构的细片层次生α相组成,合金的抗拉强度均值达1258 MPa,伸长率均值为9.4%;两种工艺下合金的室温拉伸断口均表现为韧性断裂,普通退火的断口中纤维区面积和剪切唇面积大,无明显放射区,韧窝数量多、尺寸大、深度深,双重退火的断口中有一定面积的放射区,除了等轴韧窝外,还有一定数量的撕裂棱。

TC32钛合金中高速弹丸冲击诱发绝热剪切带的组织演化行为

采用光学显微镜(OM),扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了Ti-5Al-3Mo-3Cr-1Zr钛合金在高速弹丸冲击后的组织特征和演变行为。在弹坑周围,绝热剪切带(ASB)和剪切应力一直呈半圆状分布。观察到绝热剪切带中尺寸较大等轴晶粒和细长板条亚晶粒的旋转细化过程。采用聚焦离子束(FIB)技术准确地从ASB中的裂纹尖端取样制备TEM样品,在裂纹尖端区域周围发现非晶区、非晶-纳米晶过渡区、细小纳米晶区共存。计算结果表明,绝热剪切带内温度升高可导致微观组织熔化,快速淬火后形成非晶区和细小的纳米晶。由于绝热剪切带中的显微组织是细小的等轴晶和非晶,具有较高的强度,使形变带与基体之间成为相对较弱的区域,绝热剪切带中的裂纹也主要在该区域萌生,裂纹通过微孔洞旋转联结的方式扩展。