TC4合金TIG焊接头组织转变与力学性能分析

针对TC4合金TIG焊接头微观组织特征以及焊接过程中的组织转变规律进行了研究,并对接头力学性能进行了分析.经历TIG焊接热循环之后,焊缝及热影响区粗晶区晶粒严重粗化,热影响区晶粒尺寸具有突变特征,过渡区组织呈带状分布,不存在明显的细晶区.升温过程中(α+β)→β转变过程包括两个阶段:原始β→高温β转变和原始α→高温β转变,而且在原始α→高温β转变开始之前,原始β→高温β转变已经完成.冷却过程中在β→α′转变区间冷速较慢时,α′相首先在高温β晶界上形核,并向晶内生长,生成针状α′;在快速冷却时,α′相在晶内大量形核,形成"筐篮"组织.硬度测量结果表明,粗晶区部位存在一个软化区;接头抗拉强度与母材接近,接头性能优异.

TC4钛合金电弧超声TIG焊

进行了TC4电弧超声TIG焊接与传统TIG焊 ,利用X射线探伤检测接头质量 ,金相显微镜和SEM观察接头组织和断口 ,利用万能试验机测试接头拉伸性能。结果表明 ,严格按照航空标准进行TC4常规TIG焊与电弧超声TIG焊 ,所获得的接头均达到航空一级 ;随着加入超声频率的增加 ,激励电压的增大 ,电弧超声TIG焊焊缝组织细化、等轴化 ,枝晶破坏痕迹不明显 ,接头抗拉强度。

Cu＋B复合钎料配比对Al2O3／TC4合金钎焊接头界面组织的影响

分别以不同配比的铜和硼混合粉末作为钎料,在钎焊温度930℃,保温时间10 min条件下钎焊连接Al2O3与TC4合金,并结合SEM与EDS观察对钎焊接头的连接状况及组织结构进行分析.结果表明,Al2O3/TC4合金钎焊接头的界面组织为Al2O3/Ti3(Cu,Al)3O/Ti2Cu+Ti2(Cu,Al)/Ti+Ti2(Cu,Al)+Ti(Cu,Al)+AlCu2Ti+Ti2Cu/Ti2Cu+AlCu2Ti+TiB/Ti+Ti2Cu/TC4合金.钎焊过程中,复合钎料中的铜与TC4合金中的钛发生互扩散,在连接层与TC4合金界面形成不同成分的Cu-Ti化合物.硼与液相中的钛反应,在接头中原位生成TiB晶须,且主要分布在Ti2Cu和AlCu2Ti上.随TiB生成量的增加,Ti2(Cu,Al)生成量增加,并逐渐变得连续,同时向Al2O3侧移动.

钎缝间隙对TC4与Ti_3Al-Nb合金钎焊接头组织的影响

采用50Ti-20Zr-20Ni-10Cu粉末钎料对Ti3Al-Nb(Ti-13Al-24Nb)(质量分数)合金与TC4合金(Ti-6Al-4V)进行真空钎焊,通过SEM、EDS电子探针及拉伸试验,研究不同钎缝间隙的钎焊接头的显微组织及性能特征。结果表明,钎缝间隙对钎焊接头的组织及性能有较大影响,当钎缝间隙增大时,钎焊接头的组织变得复杂,在接头中既形成了共晶组织又形成了化合物带,这种组织特征会显著降低接头的强度。

TC4钛合金锻件锻造过程三维热力耦合有限元模拟

某钛合金零件是应用于航空工业的重要部件,在锻造过程中由于锻件头部变形较大,整体变形不均匀,如果模具尺寸设计不当,很容易引起锻造缺陷的产生。针对以上情况,本文建立了该钛合金锻件锻造过程的三维热力耦合有限元模型,利用刚粘塑性有限元法,对锻件的变形情况进行了数值模拟,得到了变形过程中锻件的充型情况以及温度场和应力场的场量分布,并对锻造缺陷的成因进行了分析。数值模拟与锻造试验吻合较好,为生产工艺的制定提供了有效的参考。

钛合金/纯铝异种金属摩擦焊接工艺

进行了TC4钛合金与L5纯铝异种金属的摩擦焊接工艺及其焊后回火热处理工艺研究,利用光学金相分析、扫描电镜EDX线扫描、拉伸性能及硬度的测试,探讨了TC4钛合金与L5纯铝异种焊接接头焊合区的微观组织及其力学性能。研究表明,TC4钛合金与L5纯铝间具有良好的摩擦焊接性,焊合区无金属间化合物相生成,焊接接头强度等于或高于铝基材。经焊后回火热处理,摩擦焊接头两侧主要合金元素的扩散区宽度增大,焊合区钛合金侧的硬度值因时效作用而有所提高。

TC4钛合金膝关节胫骨平台锻造防护润滑技术研究

介绍了玻璃基锻造用防护润滑剂的技术参数要求、设计原则和FR系列防护润滑剂,研究了适用于TC4钛合金人工膝关节胫骨平台锻造的玻璃基防护润滑剂的组分配比、性能及涂敷厚度,解决了TC4钛合金人工膝关节胫骨平台锻造的防护润滑问题。

导热能力对TC4合金高速干摩擦及其热行为的影响

采用具有较好导热性能的紫铜与TC4合金机械镶嵌,组成的销试样与纯TC4合金销试样的摩擦磨损特性及热行为特性进行对比研究。研究结果表明随着摩擦功的增加,使用紫铜强化导热的TC4-紫铜组合销试样与纯TC4合金销试样的摩擦表面温度整体均为上升趋势,但是TC4-紫铜组合销试样的摩擦表面温度与纯TC4合金销试样相比有大幅度的降低,纯TC4合金销试样的表面温度在升高到一定程度以后由于相变吸收热量,其表面温度出现降低的趋势。使用紫铜强化导热后,摩擦副的摩擦因数有所提高,材料的耐磨性也有一定程度的提高。

基于ANSYS分析的钛合金电解辅助阳极设计

钛合金电解加工时,非加工部位易形成点蚀而影响表面质量。本文采用辅助阳极的方法,利用ANSYS有限元软件,通过电场分析和优化设计分析,对辅助阳极进行了形状和位置的设计。并用优化的辅助阳极对钛合金TC4进行了电化学试验。结果表明:采用白金材料制作的优化辅助阳极能彻底地消除非加工部位的点蚀,改善零件的表面质量,同时也验证了ANSYS优化结果的正确性及可靠性。

钛合金TC4电解加工表面质量的试验研究

钛及其合金在航空和宇航工业中有重要的作用,但在电解加工过程中存在着特殊性。其特殊性体现在:加工表面易形成钝化膜使加工困难以及非加工表面易形成点蚀影响表面质量。对钛合金TC4进行了电解加工试验,对样件进行了分析、比较并研究了影响表面质量的工艺因素。结果表明:采用脉冲电源,选择浓度合适的NaCl电解液和恰当的电参数加工能获得较好的表面质量。

固溶时效对热等静压制备的TC4钛合金性能的影响

采用热等静压工艺对Ti一6A1—4V(简称TC4)雾化预合金粉的粉末冶金技术进行了研究,采用不同的固溶温度、时效温度以及时效时间,研究了热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响。结果表明,采用预合金粉工艺制备的Ti一6A1—4V粉末钛合金材料力学性能良好,于965℃固溶并采用水冷,然后在470℃时效,试样具有优良的力学性能,适宜冷加工生产。

钛合金TC4超声波振动切削有限元仿真

采用Johnson-Cook材料模型,以任意拉格朗日欧拉网格算法(ALE)实现切屑分离,建立了热应力耦合二维正交振动切削模型,并进行了钛合金TC4超声波振动稳态切削的有限元仿真,得到了振动切屑形状和切削力、切削温度的变化曲线,同时将振动切削与普通切削进行了对比分析,分析结果表明,振动切削中切屑变形系数、切削力、切削温度明显降低,剪切角增大。

Ti-43Al-9V-0.3Y/TC4异种材料电子束焊接(EBW)

分析了Ti-43Al-9V-0.3Y/TC4异种材料电子束焊接接头的形貌特征、相组成及工艺参数对接头抗拉强度的影响。焊缝区凝固组织以粗大的柱状晶为主,其相组成包括Ti3Al相、TiAl相、B2相和YAl2相。TC4侧焊缝粗大的柱状晶是以母材中的晶粒为基体连生长大的,热影响区为等轴粗大的α+β组织,晶粒尺寸过渡较大。TiAl侧近缝区为一条浅色的耐腐蚀带,几乎由单一的B2相组成。分析了焊接工艺参数对接头抗拉强度的影响,焊接速度的变化对抗拉强度的影响不大,而随束流的变化抗拉强度存在峰值,在试验范围内得到的最高接头强度为209.8 MPa。

基于多场耦合分析的TC4叶片精锻成形的微观组织模拟

针对TC4钛合金叶片精锻过程,运用三维刚粘塑性有限元模拟方法,采用能反映微观组织演变对材料流动应力影响的本构关系和Yada形式的微观组织预测模型,实现了TC4叶片精锻过程的有限元变形-传热-微观组织演变耦合分析,模拟预测了叶片精锻成形的微观组织,获得了叶片精锻成形的晶粒尺寸和体积分数的分布规律,并分析了变形温度对晶粒尺寸和体积分数的影响,为合理确定叶片精锻工艺和控制叶片质量提供了一定的依据。

控制厚度分布的变摩擦正反向超塑成形

为研究摩擦力在超塑成形中对工件厚度分布的影响规律,以正反向超塑成形侧壁厚度均匀的TC4深筒形件为背景,采用MARC有限元数值模拟分析了预成形模和终成形模的表面摩擦系数在正反向超塑成形时对成形件壁厚分布的影响.结果表明:合理地增大预成形模的表面摩擦力能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高零件最终壁厚分布均匀性有利.同时,终成形模摩擦力的减小,可以使板料趋于整体变形,壁厚分布趋于均匀.根据数值模拟结果进行了变摩擦正反向超塑成形试验,制得了厚度分布在1.50～1.78mm范围内的航天用TC4钛合金深筒形件,比普通正反向超塑成形件厚度分布(1.18～2.24mm)有了很大改善.

TC4钛合金的高温压缩变形行为

在DIL805A/T热模拟机上对TC4进行了等温压缩试验,研究了该合金在变形量为55%温度为870、920、970、1020℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)的条件下的高温变形行为。使用双曲正弦形式修正的Arrhenius关系来描述TC4钛合金高温压缩变形时最大变形抗力的本构方程。绘制出TC4钛合金的加工图,通过使用金相显微镜观察微观组织验证加工图的有效性。结果表明,应力-应变图可以很好地反映TC4钛合金在不同变形条件下的应力状态,且应力值和试验值有较好相关性(R^2=0.9006),通过观察微观组织得出在920℃、0.01 s^(-1)的应变条件下试样组织为典型的(α+β)组织,组织稳定,韧性好,高温强度高,材料加工综合性能最好。结合热加工与组织分析,TC4钛合金的最佳工艺参数是在900~950℃,0.01~0.1 s^(-1)的应变条件下。

TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的微动腐蚀特性

采用SRV微动磨损试验机，对比研究了TC4钛合金在纯水介质中的微动磨损机制和3．5％NaCl（质量分数）溶液中的微动腐蚀特性，分析了钛合金在两种介质中的微动磨损机制。结果表明：振幅越小，TC4钛合金的摩擦系数曲线越稳定，磨损体积越小；钛合金在3．5％NaCI溶液中的磨损量要比纯水介质中高出一个数量级，腐蚀和磨损呈“正相关”关系；经过微动磨损／微动腐蚀的试样耐蚀性基本无差别，较钛合金基体，抗腐蚀性能明显降低一个数量级；钛合金在纯水介质中的微动磨损机制主要为粘着磨损和剥层磨损，而在3．5％NaCI溶液中的微动磨损机制主要为腐蚀磨损和磨粒磨损。

热处理工艺对TC4合金冷轧管材组织及性能的影响

研究了真空退火、普通退火和固溶处理对TCA钛合金冷轧管材组织及性能的影响。结果表明：真空退火和普通退火的显微组织中都存在不同程度的拉长α相、等轴饯相和晶间β相，固溶处理获得组织为等轴α相、马氏体α＇相和亚稳定β相。三种方式的热处理对于轧态管材都有不同程度的软化作用。其中，真空退火在850℃时，塑性最好，断后伸长率达到20．7％；普通退火在800℃时，塑性最好，伸长率达到19．0％；固溶处理虽然有一定的软化作用，但软化效果不明显。综合分析认为，最适宜TCA合金冷轧管材的退火温度为800～850℃。