TA1箔力学性能和断裂行为的尺寸效应

对不同晶粒尺寸的100μm厚TA1箔进行单轴拉伸试验,研究其力学性能和断裂行为的尺寸效应,并构建基于尺寸效应的微尺度本构方程。结果表明,随着晶粒尺寸增大,钛箔的拉伸应力及强度呈现增大的趋势,伸长率先缓慢下降至25%,随后快速降低。拉伸过程中颈缩阶段和平缓阶段不断缩短,除晶粒尺寸为56.88μm的试样外,其余试样断口夹角处于50°~60°,为典型的剪切型断裂。晶粒尺寸超过21.08μm后,断口表面的撕裂棱和韧窝数量不断减少,断裂模式由塑性断裂转变为准解理断裂,晶粒尺寸大于36.14μm后,钛箔基体从HCP-Ti结构转变为FCC-Ti结构,位错密度降低,断口表面出现明显的解理断裂特征,断裂模式完全转变为解理断裂。基于表面层模型构建考虑尺寸效应的本构模型,可精确预测微尺度钛箔拉伸过程中的力学特性。

TA1钛合金药型罩剪切旋压成形塑性变形规律的数值模拟研究

目的TA1钛合金作为药型罩材料,具有提高穿深和侵彻孔径的优异表现,但其剪切旋压成形过程中塑性变形规律复杂且难于控制,以期通过有限元数值计算解析多工艺参数的协同作用。方法建立了TA1薄壁锥形件结构旋压加工过程的三维非线性热-力耦合有限元模型,研究了TA1从圆形板坯到锥形件旋压全过程的金属塑性变形行为、应力及应变的变化。采用正交实验分析了旋轮进给速率、芯轴转速与板坯厚度对成形过程的旋压力以及成形样件的内径偏差和壁厚偏差的影响规律。结果结果表明,锥形件侧壁的塑性应变沿母线方向逐渐减小,最大应变值出现在靠近锥形件顶部的小端面位置。旋压载荷随旋轮进给速率与板坯厚度增加而增加,随芯轴转速增加而减小。内径偏差随进给速率与板坯厚度的增加而减小,与芯轴转速的相关性较小。壁厚偏差随进给速率的增加先减小后增大,随芯轴转速与板坯厚度的增加而减小。结论基于数值模拟结果,获得TA1薄壁锥形件的优化工艺参数为:旋轮进给速率300mm/min,芯轴转速260r/min,板坯初始厚度4mm。开展了TA1钛合金剪切旋压成形实验,所得锥形件尺寸与模型计算结果一致,验证了模型的准确性。

热处理对薄壁TA1焊管高频感应焊接接头显微组织和力学性能的影响

首先对壁厚0.4 mm的薄壁TA1焊管进行高频感应焊接,随后,在不同温度下对焊接接头进行5 min的热处理。利用光学显微镜和扫描电镜分析了热处理前后焊接接头的显微组织,并对焊接接头的力学性能进行了测试。结果表明:热处理使TA1焊管焊接接头的显微组织和力学性能发生显著变化,当热处理温度为600℃时,焊接接头发生了完全再结晶,晶粒细小,抗拉强度略有下降,塑性增强,拉伸断口呈典型的韧性断裂特征,这主要是针状马氏体消失和细晶强化所致。

黏结剂喷射3D打印工业纯钛TA1的组织与性能研究

目的探究不同类型黏结剂对黏结剂喷射3D打印(BJ3DP)制备TA1的C和O杂质含量、组织、性能的影响,并基于优选的黏结剂通过BJ3DP成形TA1,厘清烧结温度对微观组织、力学性能和电化学腐蚀性能的影响,为BJ3DP制备高性能TA1零件提供参考。方法基于BJ3DP打印技术,使用商用酚醛和2种自研黏结剂打印出纯钛TA1生坯,并将其固化、脱脂,随后分别在1320、1380、1440℃下烧结,对烧结后的样品进行C和O含量检测、扫描电镜测试、单向拉伸测试、电化学腐蚀试验测试。结果采用商用酚醛和SCUT-1黏结剂BJ3DP打印的TA1样品经1320℃烧结后,C和O含量较高且形成了TiC第二相,导致室温脆性较大。采用SCUT-2黏结剂BJ3DP制备TA1烧结态样品的C和O含量较低,质量分数分别为0.038%和0.100%,无第二相形成,并表现出良好的强度-塑性匹配。同时,随烧结温度的提高,基于SCUT-2黏结剂BJ3DP制备的TA1样品的相对密度从91.9%提高至95.4%,促使力学和电化学腐蚀性能同步提升。经1440℃烧结后,BJ3DP制备的纯钛TA1屈服强度为412 MPa、抗拉强度为502 MPa、断后伸长率为19.6%,在3.5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀电流密度低至309 nA/cm^(2)。结论SCUT-2黏结剂适用于BJ3DP成形钛及其合金,能够获得杂质含量低且无第二相的组织,提高烧结温度可有效降低孔隙等缺陷,进而获得综合性能优异的BJ3DP零件,且其性能优于粉末注射成形(MIM)制备的TA1的性能。

TA1高频感应焊接头和基体在NaCl溶液中的电化学腐蚀行为

高频感应焊TA1薄壁管的焊接接头和基体在微观结构方面存在差异,电化学腐蚀行为往往是不同的。采用动电位极化技术和电化学阻抗谱(EIS),分析了TA1基体和焊接接头在不同浓度NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。实验结果表明,随着氯离子浓度的增加,TA1基体和焊接接头的腐蚀电位呈负偏移,极化电阻逐渐减小,腐蚀速率增大。相比基体,焊接接头的腐蚀电位更高、极化电阻更大、腐蚀速率更低,表明耐腐蚀性能更好。实验可为高频感应焊TA1薄壁管在海水环境中的实际应用提供一定的理论依据。

不同取向下选区激光熔化TA1-AlSi10Mg合金的动态响应行为

本文在分离式Hopkinson压杆装置上系统地进行了动态压缩实验,研究了成形方向对选区激光熔化(SLM) Ti-Al-Si系合金在不同应变率压缩载荷下的动态力学性能和断裂行为的影响。动态压缩试验在样品上进行,样品的成形方向平行(0˚)、对角(45˚)、垂直(90˚)于压缩方向。讨论了合金的初始组织、动态压缩应力–应变响应、冲击吸收功、应变率硬化效应和断裂行为。结果表明:3种取向的样品均具有明显的应变率敏感性,0˚样品具有较好的屈服强度,90˚样品具有较好的冲击吸收功;0˚样品在低于45˚、90˚样品的应变率下发生断裂,三种取向的样品的断口形貌都具有韧性韧窝和光滑表面,表明样品同时存在韧性断裂和脆性断裂。

不同电压对TA1板材氧化膜的厚度及着色的影响

钛作为一种独特的金属元素,凭借其出色的物理和化学性质,已经在我们的生活中占据了不可或缺的地位。在日用五金领域,钛锅、钛水杯、钛质餐具等钛制品也逐渐走向成熟。而作为钛制品其表面氧化膜不仅具备独特的物理特性,其绚丽多彩的颜色也被作为相关产品的一大特点。本文采用阳极氧化法在磷酸中通过对不同电压下TA1钛板表面TiO2氧化膜厚度与其色彩关系进行分析。发现在电解液为稀磷酸时,表面生成的TiO2厚度与电压呈现比较严格的线性关系,颜色变化与白光干涉颜色图谱一致,5V与100V较为接近,符合干涉色特点。在特定电压下时间对氧化膜的厚度影响不大。

二次退火对TA1冷轧板织构及各向异性的影响

研究了二次退火TA1冷轧板的织构以及力学性能各向异性。采用电子背散射衍射对晶粒织构和取向进行了表征,通过对轧制面进行不同加载方向的单向拉伸试验检测了力学性能。结果表明,经过一次退火后,织构的取向强度降低,<0001>//ND织构消失,<0110>//RD向<1210>//RD偏离60°附近产生较强的棱锥型织构,板面各向异性显著增强。二次退火后,晶粒进一步趋向于等轴化,织构类型和一次退火相比没有变化,增强了由再结晶产生的<1210>//RD织构的强度,但进一步减小了整体织构强度,板面各向异性明显降低。一次退火后,由于对称性<0001>//ND基面织构的消失以及非对称棱锥型织构的产生,导致板面的力学性能各向异性较强。经过二次退火处理后,在织构类型不变的情况下织构强度减弱,各向异性有所改善,提高了板材的成形性能。

TA1/6061铝合金双金属热变形行为及热加工图

以TA1/6061铝合金双金属为研究对象,采用Gleebe-3800热模拟试验机,在变形温度为350~500℃、应变速率为0.01~1 s^(-1)、变形量为40%的条件下进行了单向热压缩复合试验,研究了TA1/6061铝合金双金属的热变形行为,建立了TA1/6061铝合金双金属本构方程及热加工图。结果表明,TA1/6061铝合金双金属热变形过程中的流变应力随着温度的上升和应变速率的降低而减小;基于试验数据建立的Arrhenius本构方程可以有效预测特定真应变下的真应力,其相关性系数为0.99642,热变形激活能为231434 J·mol-1;基于热加工图、SEM图像和EDS线扫描图像,确定最优热加工工艺窗口为:变形温度为482~500℃,应变速率为0.011~0.192 s^(-1)。

旋压工业纯钛TA1的形变及退火行为

对旋压成形阴极辊工业纯钛TA1进行不同温度(480~540℃)退火不同时间(15~120 min)的热处理,研究了退火过程中其外表面微观组织演变及再结晶行为。结果表明:旋压变形工业纯钛TA1的晶粒变形严重,应变形式主要表现为轴向和切向拉伸、径向压缩。旋压钛材外表面在480℃退火120 min未完成充分再结晶,在500、520和540℃退火60 min以内可充分再结晶,对应的完成再结晶所需的较短时间分别为60、30和30 min。随着退火温度的升高和退火时间的延长,钛材晶粒尺寸增大,显微硬度下降。电子背散射衍射(EBSD)分析发现,旋压变形工业纯钛TA1在较低温度(480和500℃)退火时的再结晶形核过程主要由亚晶形核机制主导。根据试验数据,计算得到旋压变形工业纯钛TA1的再结晶激活能为88.328 kJ/mol,晶粒长大激活能为62.214 kJ/mol。经退火工艺参数优化,500℃退火60 min时旋压变形工业纯钛外表面的晶粒最为细小均匀,平均尺寸为5.8μm。

TA1钛合金的表面复合强化与磨损行为研究

目的 针对钛合金硬度低、耐磨性差的问题,利用机械球磨技术在TA1钛合金表面获得复合强化层,研究强化层的组织结构对合金磨损行为的影响。方法 采用行星式机械球磨装置,以WC粉末为增强介质,在0.05 MPa氮气气氛、转速为350 r/min、时间为8 h的条件下,对TA1钛合金进行表面机械变形+固相涂层复合强化处理,利用光学3D轮廓仪、XRD、SEM-EDS、往复式磨损机等对复合强化层的组织结构和耐磨性能进行测试。结果 当表层机械复合强化后,TA1钛合金表面的复合强化层由WC涂层+形变细晶区组成,硬化区厚度为20~40μm,形变细晶区厚度约为30μm。涂层区硬度达到1 100HV0.25,为基材硬度的5倍。在5 N载荷下,摩擦因数为0.2~0.3,并可保持近4 000 s,在10 N载荷下,摩擦因数接近0.2并可保持1 200 s。可将磨损过程分为低摩擦因数区、过渡区和高摩擦因数区3个阶段,且每阶段的磨痕深度、磨损量与摩擦因数具有正相关性。结论 表层机械复合强化可大幅提升TA1钛合金表层的硬度和耐磨性,WC颗粒增强涂层具有较强的减摩效果,其磨损机制主要是磨粒磨损与氧化磨损。这种一步法表面强化技术具有工艺简单、能耗少、涂层选材灵活的优势。

利用Ta_1不育基因进行抗小麦赤霉病的轮回选择育种

选用浙麦1号等5个带有Ta_1不育基因的农艺亲本和苏麦3号等15个赤霉病抗源,组建成抗小麦赤霉病轮回选择的基础群体。在对其进行二次表型轮回选择后,通过抗扩展性的改进,群体病穗的感病小穗率降低了9.55％,R和MR抗性级个体的频率分别提高了15.3％和12.8％,同时原群体的株高水平逐步降低,并在一定程度上削弱了株高与抗性间的不良连锁关系。从群体中选择的优良单株育成了120个纯系,经抗性鉴定,获得了23份抗赤霉病品系,其中2个品系的抗性超过了苏麦3号。本文还提出了利用Ta_1不育基因进行抗小麦赤霉病轮回选择育种的程序和方法。

知母皂苷AⅢ通过JAK-2/STAT3/PD-L1信号通路增加A549/DDP对顺铂的敏感性

目的 探索知母皂苷AⅢ(timosaponin AⅢ,TA3)增加非小细胞肺癌顺铂耐药株A549/DDP细胞顺铂敏感性的作用机制。方法 选取A549/DDP细胞作为主要研究对象,利用CCK-8法检测TA3、顺铂以及两药联用对A549/DDP细胞增殖的影响;组别分为空白组、TA3组、顺铂组、TA3+顺铂组;应用细胞克隆形成检测联合用药对细胞增殖的影响;利用流式细胞检测术检测细胞凋亡率和周期分布;qRT-PCR和Western blot检测C-myc, cleaved-caspase-3,caspase-3基因mRNA和蛋白的相对表达量。Western blot检测用药后对细胞中JAK-2/STAT3通路蛋白表达的影响。流式细胞术检测细胞PD-L1的表达。结果 CCK8、克隆形成结果表明TA3组明显增加顺铂对A549/DDP细胞的敏感性;与顺铂组单独使用组相比,TA3和顺铂联用明显增加A549/DDP细胞凋亡率(P <0.05),诱导细胞周期阻滞在G0/G1期,同时抑制抗凋亡蛋白C-myc的mRNA和蛋白表达水平,促进凋亡蛋白caspase-3的mRNA和蛋白表达水平(P <0.05)。Western blot实验结果表明两药联用可以明显下调p-JAK2和pSTAT3蛋白表达水平(P <0.05)。流式细胞术结果显示TA3与顺铂联用能够抑制顺铂诱导的PD-L1的表达。结论TA3能增加A549/DDP对顺铂的敏感性,其机制可能与抑制JAK-2/STAT3信号通路和下调PD-L1的表达相关。

钎焊温度对TA1/Ti-Zr-Cu-Ni-Ag/TA1接头界面组织性能的影响

采用Ti-Zr-Cu-Ni-Ag钎料进行TA1钛合金的连接,并使用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)等分析测试手段对不同钎焊温度下获得的接头界面组织和断口形貌进行了分析。研究表明,TA1/Ti-Zr-Cu-Ni-Ag/TA1接头典型界面微观组织为α-Ti/α-Ti+β-Ti+(α-Ti+γ)/α-Ti。随着钎焊温度的升高,钎缝宽度呈先增加后减小的趋势,共析组织更加分散,α-Ti组织逐渐增多,α-Ti和(α-Ti+γ)的片层状结构也逐渐明显;剪切试验表明当钎焊温度为900℃,保温时间为20 min时,钎焊接头的抗剪强度达到172.04 MPa的峰值,接头的断裂模式为韧脆混合断裂;接头平均抗拉强度为260.04 MPa,达到了母材的65%。

TiZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程

试验采用Ti51ZrNiCu钎料,研究其在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程,使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)及润湿角测量仪等分析方法研究了不同表面的润湿界面组织结构,并总结了试验参数对组织结构和润湿能力的影响规律.而后进行了填缝试验,用于衡量Ti51ZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的润湿铺展能力,总结了钎料填充经验公式.结果表明,在试验参数为935℃/3 min的条件下,TiZrNiCu钎料对TA1和TC4母材填充能力可简化为经验公式:h=4000/α,其中钎缝间隙α的单位为μm,爬升高度h单位为mm.

Zr基非晶夹层对Al/TA1异种金属电子束焊接头组织和性能的影响

影响钛/铝异种金属电子束焊(Electron beam welding, EBW)接头强度的主要因素是界面处连续分布的脆性Ti-Al金属间化合物(Intermetallic compounds, IMCs)的种类、分布和厚度。本工作针对TA1钛合金和工业高纯Al的EBW,采用厚度为40~45μm的Zr_(52)Cu_(32)Ni_(6)Al_(10)非晶条带作为预置夹层,分析夹层材料的添加对接头组织和性能的影响。结果表明:异种金属直接焊接时,焊缝组织全部由Ti-Al IMCs组成,厚度为1~1.5 mm,焊接接头的抗拉强度仅为40.5 MPa,呈脆性断裂特征。添加非晶夹层后,在靠近TA1一侧形成一层厚度为3~5μm的连续IMCs层,而靠近Al侧未产生连续反应层,只在熔化区内存在弥散分布的细小IMCs,焊接接头抗拉强度为90.9 MPa,达到Al母材强度的94%左右,拉伸断裂位置位于焊缝附近近Al侧,断口处有明显颈缩现象,呈韧性断裂特征。

4115TA_1型发动机节能改造试验分析

对4115TA1型发动机的部分节能改造措施进行了正交试验,应用综合平衡法确定了对节能效果影响因素的主次顺序是喷油器的型式(B)、活塞环位置(D)、涡流室型式(C)及发动机转速(A)。

基于超声辅助对TA1板材渐进成形性能的研究

钛及其合金因具有小密度、高比强度、且具有较好的生物相容性等优点,被广泛应用各个领域。将超声辅助渐进成形工艺应用到TA1钛合金板材的渐进成形过程当中,利用Abaqus有限元软件模拟超声辅助渐进成形的过程,并分析了在成形过程中成形力减少的原因,研究了不同的振动参数和工艺参数对TA1钛合金板材成形力影响的规律。结果表明,超声振动可显著降低成形过程中的成形力,为超声振动应用于TA1钛合金板材的渐进成形提供了相关依据。对拓展钛合金板材渐进成形工艺应用具有重要意义。

不同焊接参数和热处理温度对TA1钛板搅拌摩擦焊接头显微组织与力学性能的影响分析

采用3组不同工艺参数对厚度为6mm的TA1钛板进行搅拌摩擦焊试验,并对转速150r/mi n和焊接速度50mm/min的试件进行了不同温度的焊后热处理。结果表明:当使用转速150r/min和焊接速度50mm/min时,焊缝完好,且在该焊接工艺下,搅拌摩擦焊焊缝宽度为15mm,焊缝中心硬度最高为145HV,母材和试件的抗拉强度分别为302MPa和429MPa、屈服强度分别为268MPa和284MPa、伸长率分别为59%和18.5%;对试件实施了600℃、650℃、700℃保温3h后炉冷的3种焊后热处理,发现随着温度升高,试件的抗拉强度和屈服强度逐渐降低,伸长率先升高后降低。

TiZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程

试验采用Ti51ZrNiCu钎料,研究其在TA1/TC4异质界面的反应润湿过程,使用扫描电子显微镜(SEM)、能谱分析仪(EDS)及润湿角测量仪等分析方法研究了不同表面的润湿界面组织结构,并总结了试验参数对组织结构和润湿能力的影响规律。而后进行了填缝试验,用于衡量Ti51ZrNiCu钎料在TA1/TC4异质界面的润湿铺展能力,总结了钎料填充经验公式。结果表明,在试验参数为935℃/3 min的条件下,TiZrNiCu钎料对TA1和TC4母材填充能力可简化为经验公式:h=4000/a,其中钎缝间隙a的单位为μm,爬升高度h单位为mm。