TC6钛合金微观组织演变规律及热处理工艺优化研究

通过金相显微镜观察和分析不同变形温度下TC6合金的微观组织变化,并采用反向传播(Back Propagation,BP)算法进行热处理工艺优化。实验结果显示:高温和较大的应变速率会促使TC6合金中α相的尺寸增大和含量减少,并逐渐转变为β相。热处理工艺优化后的预测值与实际值的变化趋势相同,表明优化后的热处理工艺参数符合工艺需求。此次研究为钛合金TC6的制备和应用提供了理论依据和实际指导,有助于提高钛合金TC6的性能并优化加工工艺。

热处理对TC6钛合金力学性能的影响

为深入探究热处理对TC6钛合金力学性能的影响,采用多种热处理工艺对该合金试样进行处理。利用先进的WDW3100型电子万能试验机,对经过不同热处理的TC6钛合金试样进行全面的力学性能测试,包括抗塑性变形能力、抗压强度以及硬度等方面的评估。采用热处理工艺,观察和分析材料微观结构的变化,评价其力学性能的优劣,期望通过文章的研究,为其在实际工程中的应用奠定基础。研究项目的实施,将有力地促进设计、能源、材料、工艺与控制等领域的快速发展,为研究人员提供科学可靠的数据支持。

TC6钛合金作动筒等温锻造成形的模拟与实验研究

采用模拟和实验相结合的方法对TC6钛合金作动筒锻件进行了成形特征分析。首先,借助于Deform-3D模拟软件建立了TC6作动筒等温锻造成形的有限元模型。其次,模拟结果揭示了等温成形过程中材料流动、型腔填充的顺序及成形载荷变化规律。最后,采用实验验证了模拟过程的可靠性和有效性。结果表明,成形过程分为4个阶段,前面3个阶段均出现了正挤和反挤两种挤压模式,在第4个阶段因实心柱体区域已充填完成,所以成形过程是反挤压。随后,根据应力应变场特点,分析了锻件不同区域的受力及变形量。

Φ820mm规格TC6钛合金铸锭的试制

在小规格TC6、TC17、TB6等牌号铸锭生产经验的基础上,采用专用的中间合金Al-Mo-Cr-Fe-Si,通过单节混料工艺和控制合理的熔炼参数,成功制备了第一支直径为Φ820mm的TC6钛合金铸锭,利用化学分析方法对铸锭三个部位的切片的横向和纵向所取的数十个试样进行了成分分析。结果表明,合金的化学成分满足相关标准要求,主元素Al、Mo、Cr、Fe、Si的成分均匀性控制良好,合金元素波动幅度与Φ710mm的TC6合金铸锭相当。

航空用TC6钛合金真空气体渗氮处理

为了提高其表面耐磨性,对航空用TC6钛合金进行了真空气体渗氮处理。采用X射线衍射仪、金相显微镜、显微硬度计和磨损试验机对真空渗氮层的组织、硬度和耐磨性能进行了研究。结果表明,航空TC6钛合金经800℃真空气体渗氮8 h后,表面获得了50~70μm的渗氮层,渗氮层物相主要有TiN及Ti2N组成,表面硬度为800~830HV,与未渗氮的TC6钛合金相比,硬度提高了2倍以上,在相同的条件下进行磨损试验,渗氮试样的磨损损失质量为未渗氮试样的1/12,表面未出现明显的犁沟,渗氮层基本保持完整,耐磨性得到了极大地改善。

TC6钛合金叶片裂纹的产生原因

TC6钛合金叶片在榫头加工后发现叶背侧存在沿叶身横向分布的裂纹。采用宏观观察、断口分析、金相检验、硬度测试等方法,对叶片裂纹产生的原因进行分析。结果表明:裂纹起源于叶背侧表面,并向叶盆侧扩展;高温锻造过程中,叶片近表面发生吸氧反应,形成了富氧α层;榫头加工过程中,叶片承受一定的弯曲载荷,叶背侧厚度较大区域表面承受的应力较大。榫头加工时的弯曲载荷作用和热成型时产生的富氧α层均会促进裂纹萌生和扩展。

大角度盆状TC6钛合金锻造成形研究

介绍了通过饼坯+胎模成形大角度盆形锻件的近净成形锻造方案,并对方案进行了模拟验证、生产试制。试验结果表明:对于大角度盆形锻件采用饼坯+胎模成形的近净成形方案,可获得流线及组织性能良好的锻件。检测结果表明:锻件内部未见缺陷及清晰晶,流线沿锻件外形分布,无穿流和涡流,高倍组织为典型的等轴组织,β相基体均匀分布初生α相,初生α相含量约为40%,晶粒细小且均匀,各项性能检测结果均满足要求且有一定富余量。该方案的生产验证了TC6大角度盆形锻件的生产新模式,既能保证产品质量又能节约生产成本,还能充分挖掘设备生产能力,创造更好的经济效益,对类似产品成形有一定的指导作用。

TC6钛合金板激光焊接残余应力分布规律研究

激光焊接是TC6钛合金板常用连接方式,其具有焊接能量密度集中及瞬时温度高等特点,致使其在焊后引入了数值较大的焊接残余应力。为了探究TC6钛合金板激光焊后残余应力的分布规律,文章制作了20mm厚TC6钛合金板对接焊试板,并采用钻孔法测试了其残余应力分布,同时基于ABAQUS有限元软件,分别采用瞬时热源和锥形高斯热源对其整个焊接过程进行了模拟。对比表明模拟结果与实测结果吻合较好,验证了有限元模拟的合理性。纵向残余应力在近焊缝区应力梯度较大,峰值应力出现在焊缝附近,且随着距焊缝距离的增加,残余应力的大小逐渐降低;横向残余应力分布趋势与纵向残余应力比较类似,但在焊缝区会出现高值压应力;Mises应力在焊缝两侧呈对称分布。

TC6钛合金的高温变形行为及组织演变

在Thermecmaster-Z型热加工模拟试验机上对TC6钛合金在温度800℃～1040℃,应变速率10s～50s、最大变形程度50%条件下的高温流动应力变化规律进行了研究,进而分析了变形参数对微观组织的影响。结果表明合适的工艺参数是变形温度为920℃～950℃,应变速率为1.0s-1～1×10-3s-1。在变形过程中,变形温度对α相体积分数有着显著影响,应变速率对α相体积分数影响不大,但对α相晶粒的形态有一定的影响。最后在分析变形温度、变形程度和应变速率对流动应力影响规律的基础上提出了1种本构关系模型,其拟合精度较高,为进行钛合金高温变形过程的数值模拟打下了较好的基础。

激光喷丸改善TC6钛合金组织和力学性能

为了使激光冲击强化技术能较好地应用于TC6钛合金的发动机叶片,对TC6钛合金进行试验研究。通过X射线衍射仪、透射电子显微镜等测试技术分析了不同参数下TC6钛合金的微观组织变化,用显微硬度计和残余应力测试仪分别表征表层硬度和残余应力变化,并测试材料冲击后的振动高周疲劳性能。试验结果表明:激光冲击材料后表面组织得到明显细化,随着冲击次数的增加,先后出现了高密度位错、位错胞、亚晶和纳米晶。性能方面,表面硬度在冲击一次即可提高19%,硬度影响深度达到700μm;与此同时表面残余应力最高达到-608.5MPa,在500μm深度上仍具有-100 MPa左右的应力存在。经三次冲击后,标准疲劳试片的疲劳极限提高近20%。

TC6钛合金棒材热处理工艺研究

对TC6钛合金φ20mm～φ120mm不同规格棒材进行了普通退火、双重退火、等温退火、固溶时效等热处理方法和热处理制度研究,并对比分析了热处理制度和组织、性能之间的影响关系,结果表明,TC6钛合金的组织和性能对热处理工艺敏感,应根据半成品规格、类型、截面形状、使用温度、受力情况以及设备条件等诸多因素选择合适的热处理方法和制度,才能达到强度、塑性和韧性的最佳匹配。研究结果证实普通退火是一种简单易行的退火制度,适用于飞机结构用中等规格棒材等半成品的退火,进一步提出了TC6钛合金棒材的热处理工艺选择原则。

TC6钛合金绝热剪切带不同发展阶段的精细结构

采用分离式Hopkinson Bar技术对TC6钛合金进行动态剪切试验,通过光学显微镜、扫描电镜及透射电镜研究TC6钛合金绝热剪切带不同发展阶段的精细结构及其形成机制。结果表明:在高应变率下,材料绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程,TC6钛合金绝热剪切带在不同发展阶段的精细结构有很大的不同,从萌生到完全发展,塑性变形剧烈程度逐渐增大,位错在TC6钛合金绝热剪切带的形成中起到非常重要的作用。

高速铣削TC6钛合金的刀具磨损机理

通过物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)涂层硬质合金刀具对α+β相钛合金TC6进行高速铣削加工,研究了PVD与CVD刀具在铣削TC6钛合金过程中的刀具磨损形态和磨损机理.结果表明:在相同的切削条件下,PVD涂层刀具后刀面磨损量更小,刀具寿命更长,更适合TC6钛合金的加工.其前刀面主要发生黏结磨损和氧化磨损,后刀面则为边界磨损,由于前刀面黏结磨损和后刀面边界磨损对切削刃的弱化作用,使得主切削刃发生了微崩刃.CVD涂层刀具寿命较短,其前刀面主要发生初期微崩刃和随之而来的月牙洼磨损以及黏结磨损;后刀面则为磨粒磨损,失效形式为涂层剥落.

TC6钛合金变形及热处理组织性能研究

研究TC6合金在960℃变形时不同变形程度、不同热处理制度,并对室温拉伸性能进行了测试。结果表明,经过不同变形程度后组织发生了变化,变形量越大晶粒组织越细小。等温退火后塑性较高,强度较低;固溶时效处理后强度明显提高,而塑性低于等温退火状态。

高温变形参数对TC6钛合金微观组织的影响研究

在热模拟实验和金相实验的基础上,研究了变形参数(变形温度、应变速率、变形程度)对TC6钛合金微观组织的影响。研究结果表明:变形温度对TC6钛合金的变形组织有着显著影响。在两相区,随着变形温度的升高,组织中初生相的含量在减少,而相晶粒的尺寸有先增大后减小的趋势。应变速率对TC6钛合金变形组织中初生相的形态和尺寸有较大影响。较大的应变速率能促进变形时的动态再结晶,有利于晶粒的细化。变形程度存在着一临界值,当超过这一临界值后,变形程度的增加有利于晶粒的细化。

线性摩擦焊TC6钛合金接头组织演变分析

利用自制XMH-160型线性摩擦焊机进行TC6钛合金线性摩擦焊接实验。观察并分析接头焊缝区、热力影响区、飞边的组织特征及其形成过程;对焊后接头进行了拉伸性能和显微硬度测试。结果表明:TC6钛合金线性摩擦焊接头的拉伸强度不低于母材,显微硬度与接头不同区域组织特征相对应;焊缝区回复与再结晶过程进行比较充分,主要由快速热循环和大变形过程中形成亚稳态β相及钛马氏体、二次α相组成,且保留了少量变形原始α组织;热力影响区仅在靠近焊缝区发生了部分再结晶,α,β两相在变形过程中相互交替呈带状分布,形成典型的流线组织。

TC6钛合金激光喷丸纳米组织特性及热稳定性研究(英文)

应用Nd:YAG高功率激光器对TC6钛合金试样进行了激光喷丸,对部分强化试样623K真空保温10h。应用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、电子背散射电镜(EBSD)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)等设备对试样强化层形貌和纳米组织进行检测,采用显微硬度计进行显微硬度测量。测试结果表明:TC6钛合金激光喷丸表面完整性好,未在表面引入微裂纹,表面粗糙度较传统表面强化低;激光喷丸后距离表面200μm范围内α相在冲击波作用下压缩伸长,α相和β相细化,保温后SEM测试显示强化层组织和强化层深度未发现明显变化;强化后衍射峰变宽,说明强化层发生剧烈塑性变形导致晶粒细化,并留有残余应变,未发现新的衍射峰说明强化过程中没有发生相变;强化后TC6钛合金表层产生纳米晶,保温后强化层位错密度降低,纳米晶晶界更加清晰,未发现纳米晶长大;激光喷丸硬度影响层达500μm,表面硬度提高12.2%,保温后表面显微硬度降低10HV0.5,硬化深度未发现变化。以上研究表明,TC6激光喷丸纳米组织和显微硬度在623K温度下具有较好的热稳定性,有利于提高钛合金的抗疲劳、抗磨损和抗应力腐蚀的性能,从而突破了美国规范AMS2546中关于钛合金只能在589K温度下应用的限制。

TC6钛合金环形锻件组织与性能的研究

为确定变形参数对TC6钛合金组织、性能的影响,分别用稍高于和低于β相变点的温度对TC6合金进行了环形件的成形,对这两种制度成形锻件的组织、性能的研究表明:TC6合金在稍高于β相变点的单相区变形,显微组织为网篮状组织;而在α+β两相区成形,得到的组织为等轴组织。TC6合金近β锻造和α+β两相区锻造的常规室温、高温力学性能没有明显差异。采用近β锻造可在不影响力学性能的情况下提高TC6合金的可锻性。

TC6钛合金高温变形力学行为研究

在Thermecmaster-Z型热加工模拟试验机上对TC6钛合金在温度 80 0～ 10 4 0℃、应变速率 10 - 3～ 5 0s- 1、最大变形程度 5 0 %条件下的高温变形行为进行了研究。研究结果表明合适的工艺参数范围为变形温度 92 0～ 95 0℃、应变速率 1 0～ 1× 10 - 3s- 1。在分析其变形温度。

等温锻造温度对TC6钛合金组织和性能的影响

研究了TC6钛合金在1×10-2 s-1恒应变速率、60%大变形、不同温度等温变形时,温度变化对合金组织、室温拉伸和450℃时拉伸性能的影响。结果表明,随等温变形温度的升高,初生α相含量减少,但直径增大,等轴程度增加;925、940℃等温变形热处理后形成等轴组织,955℃等温变形热处理后形成双态组织,985℃等温变形热处理后形成魏氏组织;940℃变形试样的室温拉伸强度最好,而955℃变形试样的室温拉伸塑性最好。综合分析可知,TC6合金在940～955℃能获得较好的强度、塑性匹配。