TC4-DT钛合金切削加工参数研究

针对YG8和TiAlN涂层硬质合金两种刀具,通过单因素车削、低速铣削及正交高速铣削加工试验,探究刀具切削工艺参数对TC4-DT钛合金加工件表面粗糙度、表层硬度的影响规律。实验结果表明:钛合金的表面粗糙度随着切削三要素发生变化,切削速度越高,粗糙度越低;进给量越大,粗糙度越大;但随切削深度波动变化。使用TiAlN涂层硬质合金立铣刀进行加工得到的平均表面粗糙度小于YG8硬质合金立铣刀,且加工表面硬度变化更小,更适合用于TC4-DT的铣削加工。

激光增材连接TC4-DT钛合金的组织及力学性能

采用激光增材连接技术对“X”型坡口TC4-DT钛合金锻件进行连接,利用OM和SEM对连接后TC4-DT钛合金基材、热影响区和连接区三个区域的宏微观组织形貌进行表征分析;采用维氏硬度计测量三个区域的显微硬度;采用万能试验机和摆锤冲击仪对不同取样类型的试样进行室温拉伸和冲击实验。结果表明:激光增材连接区与基体形成致密的冶金结合;显微硬度分布从基材到连接区呈递增趋势;随着拉伸试样中连接区占比的降低,TC4-DT钛合金的强度表现为先升高后降低,而塑性却呈现降低的趋势;冲击韧性a kU均在55 J/cm^(2)以上,U型缺口开口方向对连接区冲击韧性影响较大,对结合区冲击韧性无明显影响。

TC4-DT钛合金铣削表面粗糙度试验研究

针对实际生产中TC4-DT钛合金铣削加工表面质量差问题,以钛合金铣削加工表面粗糙度Ra为研究对象,基于低速干切、高速湿切等条件,设计铣削用量影响表面粗糙度试验方案,分析试验结果,探索工艺参数对钛合金加工表面质量的影响规律,提出了改善TC4-DT钛合金铣削加工表面质量的建议,为进一步研究钛合金加工性能提供了参考和借鉴。

损伤容限型TC4-DT合金疲劳裂纹扩展行为研究

利用OM(光学金相)、SEM对损伤容限TC4-DT合金双态组织中的疲劳裂纹扩展行为进行研究。结果表明:裂纹扩展遇到初生α相时,既能以绕过初生α相的方式扩展,又能直接切过初生α相向前扩展;预裂区和快速扩展区主要是以微区解理断裂为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制。

高应变率下TC4-DT钛合金的动态力学性能及塑性本构关系

为研究TC4-DT钛合金的动态力学性能及其本构关系，在1000～8000s^-1应变率范围内，利用分离式Hopkinson压杆试验装置对该材料进行动态压缩试验，得到高应变率下的真实应力一应变曲线。结果表明：高应变率时TC4-DT钛合金材料存在应变率增强、增塑以及应变强化效应，其流变应力表现出较强的应变率敏感性。通过微观组织观察，发现高应变率变形时出现绝热剪切带是材料流变应力急剧减小的主要原因。改进Johnson-Cook本构模型中的温度项，利用试验数据对TC4-DT钛合金在高应变率下的动态塑性本构关系进行拟合，得到室温下该材料的动态塑性本构方程，模型计算结果和试验结果证明该模型可以更好地预测TC4-DT钛合金高应变率下的塑性流变应力。

热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了热处理对TC4-DT合金准300mm棒材显微组织、拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明:经800℃×2hAC简单退火、α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后的TC4-DT的显微组织分别为等轴组织、双态组织和片状组织。等轴组织具有较好的拉伸性能、低的断裂韧性和高的疲劳裂纹扩展速率;双态组织与等轴组织相比较,具有较好的拉伸性能,较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率;片状组织的拉伸强度低于双态组织和等轴组织,塑性最低,断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率与双态组织的基本相同。总体来说,TC4-DT合金经α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后可获得Rm≥825MPa,RP0.2≥750MPa,A5≥8%,KIC≥90MPa姨m,疲劳裂纹扩展速率小于8×10-6～9×10-6mm/cycle的综合性能。

不同温度对TC4-DT钛合金摩擦磨损性能的影响

以TC4-DT钛合金为研究对象,研究不同温度(20,300,500℃)对TC4-DT的摩擦磨损性能的影响。采用HT-500型摩擦磨损试验机对TC4-DT合金进行摩擦磨损实验,分析温度对摩擦因数及磨损率的影响;通过扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)和能谱(Energy dispersive spectrometer,EDS)等方法探究磨痕的形貌和成分变化及磨损机理。结果表明,随着温度的升高,磨损过程中TC4-DT合金表面不断生成氧化膜,摩擦因数从0.493下降到0.298,磨痕不断变窄变浅,磨损率大大降低;磨损机理在20℃时以粘着磨损、磨粒磨损为主,伴随着疲劳磨损;在300,500℃时以剥层磨损和氧化磨损为主,伴随少量的粘着磨损和磨粒磨损。

不同热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了不同热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明:TC4-DT合金在两相区经过普通退火和再结晶退火后组织发生再结晶,α相尺寸有所增大,具有较好的塑性。经过两相区固溶+时效处理得到双态组织,通过控制固溶时冷却速度及时效温度来调整次生α片层厚度,使得合金强度和断裂韧性得到改善。经单相区固溶水冷得到马氏体组织,随时效温度提高,α片层厚度增加,但析出的次生α相含量减少,导致合金的强度和断裂韧性有所下降。而在单相区固溶空冷+高温时效处理,获得的α片层厚度进一步增大,有助于提高塑性和断裂韧性。采用950℃/1h/WQ+550℃/6h/AC两相区固溶+时效的热处理工艺,可实现合金强度、塑性、韧性的较好匹配,获得优良的综合性能。

TC4-DT钛合金高温热变形行为研究

利用Gleeble-3500型热模拟实验机,研究了TC4-DT损伤容限型钛合金在温度850℃～1000℃、应变速率0.01～10s-1、变形程度为40%～70%条件下的热变形行为,分析了该合金的流变应力行为及微观组织演变规律,并建立了本构关系模型。研究结果表明,TC4-DT合金在950℃以下的较低温度变形时应力软化现象非常明显,变形机制和热变形激活能不同于950℃以上的较高温度变形机制;在950℃以上高温度变形时,低应变速率(如ε=0.01s-1)促进了动态再结晶行为的发生,而在较高的应变速率(如ε=10s-1)时,一般只发生动态回复现象,动态再结晶行为受抑制。

TC4-DT钛合金热机械处理后的组织特征和力学性能（英文）

研究热机械处理(两相区变形加普通退火、双重退火、固溶时效以及三重退火)对TC4-DT钛合金组织和力学性能的影响。结果表明,热机械处理对显微组织参数影响显著,随着退火和时效温度的升高及冷却速度的降低,初生α相的体积分数和原始β晶粒的尺寸降低,而晶界α和次生α相的宽度却升高。由于固溶时效处理获得了大量的β转变组织和细小的晶界α相和次生α相,合金强度最高,但伸长率不及其它条件的,其断裂强度、屈服强度、伸长率和断面收缩率分别为1100 MPa、1030 MPa、13%和53%,双重退火获得了良好的强度和塑性匹配,合金力学性能分别为940 MPa、887.5 MPa、15%和51%。组织参数和性能的关系表明,随着β转变组织的增多和原始β晶粒尺寸的增大,材料的强度和断面收缩率升高,而晶界α相和二次α相的宽度对力学性能的影响却呈相反趋势。此外,晶界α相含量的减少和原始β晶粒尺寸的降低有助于塑性的提高。

TC4-DT钛合金自由锻件组织与性能的影响因素

研究不同尺寸规格和质量的TC4-DT钛合金自由锻件的组织与性能的影响因素。结果表明:为获得具有均匀组织和性能的TC4-DT钛合金自由锻件,应尽量避免采用单火次、大变形量的锻造方式。在制定合适的锻后热处理制度时,应综合考虑锻件的最大截面和尺寸因素。

锻造工艺对TC4-DT和TC21损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了不同锻造工艺(近β锻造、准β锻造、两相区锻造)对TC4-DT和TC21损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,对比分析了不同锻造工艺的微观组织和疲劳裂纹扩展路径的关系。研究结果表明,与两相区锻造和近β锻造相比,TC4-DT和TC21钛合金经准β锻造后的疲劳裂纹扩展速率最低。准β锻造的锻件疲劳裂纹扩展路径曲折程度大,断口表面粗糙度大,有效地降低了疲劳裂纹扩展速率。

TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展的微观机制

通过断口分析讨论了TC4-DT钛合金裂纹扩展的微观机制。从微裂纹的形成,疲劳裂纹初期、近门槛区以及稳态区的扩展,分析了不同组织形态的TC4-DT钛合金对应的裂纹扩展微观机制。分析结果表明,对于片层组织,循环载荷的作用导致断裂表面粗糙及塑性变形过程中相界面产生位错塞积而诱使裂纹萌生。等轴组织变形过程中晶粒产生的断裂表面成为裂纹的萌生源。在近门槛区,等轴组织变形过程中位错累积将导致沿晶界的开裂,从而加速裂纹扩展;双片层组织由于次生α相的尺寸效应会加速裂纹扩展。在稳态扩展区,断口表面由第Ⅰ阶段的锯齿状断裂模式过渡到辉纹断裂模式,表现为塑性条带断裂机制。

TC4-DT钛合金热变形本构方程

利用Gleeble-3800热模拟试验机进行热压缩实验,研究了TC4-DT钛合金在温度1163K^1293K、应变速率为0.005s^(-1)~0.5s^(-1)、变形量为60%条件下的热变形行为。根据应力-应变曲线分析该合金的流变应力变化特点,建立该合金的Arrhenius双曲正弦型本构方程。结果表明,所建立的本构方程与实验值吻合程度较高,为制定TC4-DT钛合金热加工工艺规范提供理论依据。

TC4-DT钛合金与异种材料接触腐蚀与防护研究

通过测定TC4-DT钛合金与铝合金、钢及其阳极氧化或电镀后组成的电偶对的电偶电流的方法,研究了TC4-DT钛合金与上述异种材料之间发生电偶腐蚀的敏感性。结果表明:TC4-DT钛合金与铝合金、钢接触时极易发生电偶腐蚀,不能直接接触使用,必须采取有效的防护措施。对钛合金和铝合金进行阳极氧化处理,可降低电偶腐蚀敏感性;对钛合金进行阳极氧化处理,同时对钢进行电镀镉-钛处理可以在一定程度上降低电偶腐蚀敏感性。

TC4-DT合金改锻工艺及超塑性变形行为

为研究TC4-DT钛合金的细化机理与超塑性变形行为，采用三维镦拔形变热处理改锻工艺对供货态的TC4-DT合金进行细晶化处理，并在电子拉伸实验机上采用最大m值法对细晶化和供应态的TC4DT进行拉伸实验。结果表明，采用三维镦拔工艺可简单有效的细化TC4-DT合金的原始组织，平均晶粒尺寸由原始组织的70μm细化至15μm；在变形温度850℃-900℃、最大m值法的试验条件下，处理后的TC4DT合金均表现出比供货态超塑性能好，最佳变形温度为870℃，最大延伸率可达到1233％。

近等温变形量对TC4-DT钛合金组织参数和拉伸性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、金相图像分析软件等研究近等温变形量对TC4-DT钛合金显微组织和拉伸性能的影响规律。研究发现:随热变形程度的增大,晶界α相逐渐被破碎,晶内粗大的片状α相宽度逐渐增大,但是细片状的α相宽度变化不大。粗片状α相是由元素扩散引起的成分偏析形成,60%的变形程度下元素扩散充分,不同形态α相之间合金元素成分差别降低,使得最终组织较为均匀。晶内粗片状α相含量和位向随变形程度升高而变化,低变形程度下(20%)α/β相界不会成为位错滑移的障碍,位错主要集聚于晶界导致沿晶断裂。高变形程度(60%)使原来的两相位向关系被打破,相界成为位错滑移的障碍,强度和塑性都得到提高,室温拉伸断口呈现穿晶断裂。实验结果表明在本实验条件下60%的变形量可以获得较好的强度和塑性匹配。

TC4-DT钛合金的热变形行为研究

利用Gleeble-1500型热模拟压缩试验机,研究了TC4-DT合金在750～950℃、应变速率为0.001～10s-1、变形量为50%条件下的热变形行为,分析了该合金的流变应力变化特点及显微组织演变规律,建立了该合金的Arrhenius型本构方程。结果表明:流变应力随变形温度降低及应变速率增大而升高;变形温度与应变速率对TC4-DT合金显微组织影响显著,随着变形温度的升高及应变速率的降低,片层组织球化现象越明显;应变速率敏感指数随变形温度的升高而增大;在本实验条件下,TC4-DT合金的热变形激活能为603.51kJ/mol,表明该合金的热变形主要是由高温扩散以外的过程控制,认为有动态再结晶发生。

热处理对TC4-DT钛合金拉伸变形后组织的影响

研究了双重退火热处理对经不同的拉伸条件变形后的TC4-DT钛合金组织的影响。结果表明:双重退火后得到的组织与拉伸变形条件和第一重退火温度有关。当经最佳的应变速率5.6×10-4s-1和变形温度920~980℃变形后,随第一次退火温度升高,显微组织中次生α相析出量增加;在980℃变形后,经过双重退火后的合金组织可以得到编织紧密的网篮组织,且第一重退火温度在β单相区时得到的网篮组织的针状α相更加细长。当经最佳的变形温度940℃和不同的应变速率5.6×10-2~5.6×10-4s-1变形后,经过930℃/1 h AC+540℃/4 h AC双重退火的组织可以得到双态组织,而经过980℃/1 h AC+540℃/4 h AC双重退火的组织为魏氏组织。

等温压缩对钛合金TC4-DT组织及断裂韧性的影响

研究了不同温度等温压缩变形及热处理后对损伤容限型钛合金TC4-DT断裂韧性的影响,对比分析了各个温度下的显微组织与断裂韧性的关系,用扫描电镜对断口进行了观察。研究结果表明,两相区较低温度等温压缩变形得到等轴组织,较高温度得到双态组织;相变点以上得到片层组织,片状组织的断裂韧性高于等轴组织。4种温度的断口均为等轴韧窝型延性断裂,随着温度的升高,断面粗糙度增加,韧窝直径和深度逐渐下降,在片层组织中发现了二次裂纹。