添加铜填充层的Ti-15-3钛合金与304不锈钢电子束焊接过程中的温度与应力场(英文)

采用铜填充金属对Ti-15-3钛合金与304不锈钢进行电子束焊接,对Ti/Fe和Ti/Cu/Fe接头在焊接过程中的温度场和应力场进行数值模拟和试验测量。结果表明,高斯旋转体热源适用于电子束焊接过程的模拟。温度场对于焊缝中心呈非对称分布,钛侧的温度高于不锈钢侧的。热应力同样呈非对称分布,残余拉应力主要存在于不锈钢侧。铜填充金属的加入,降低了焊接过程中的峰值温度、温度梯度以及残余应力,纵向和横向残余拉应力分别降低了66MPa和31MPa。从温度场和应力场的角度可以看出,铜合金是一种较好的Ti-15-3钛合金与304不锈钢电子束焊接的填充金属材料。

Ti-15-3合金热反挤成形微观组织的模拟

通过等温压缩试验和金相分析研究了热变形参数对Ti-15-3合金固溶处理后微观组织的影响,并采用人工神经网络的方法建立了其等效晶粒尺寸及再结晶晶粒体积百分数与变形程度、变形速率和变形温度之间的数学模型。将此模型与热力耦合刚粘塑性有限元法相结合,对Ti-15-3合金热反挤成形固溶处理后的组织场进行数值模拟,并相应地进行了试验研究,模拟值与实测值吻合较好。这些研究成果对确定Ti-15-3合金工艺参数有重要意义。

热变形Ti-15-3合金再结晶晶粒的分形分析

根据分形几何学理论,分析热变形Ti-15-3合金固溶处理后的再结晶组织。分别采用小岛法和盒维数法计算出晶粒的分形维数,并探讨分形维数、晶粒尺寸与变形条件之间的关系。结果表明:再结晶晶粒形态具有自相似性,表现出典型的分形特征;且随着变形程度、变形速率的增加和变形温度的降低,再结晶晶粒尺寸减小,分维增大。分形理论的应用为非规则热变形组织的定量研究提供了一种新的方法。

Ti-15-3钛合金超塑行为研究

为系统了解Ti-15-3合金的超塑性,研究了固溶态和两种不同变形量冷轧态的Ti-15-3合金板材在700～800℃和1×10^-4～3×10^-3s-1应变速率范围内的超塑性行为.结果表明：Ti-15-3合金具有较好的超塑性能,冷轧态合金的延伸率均优于固溶态,且随着板材冷轧变形量的增大而增大;各应变速率下,该合金都在780℃时获得最大延伸率和应变速率敏感性指数.在780℃和1×10^-4s^-1条件下拉伸时,冷轧变形量为52%的Ti-15-3合金板材获得了370%的延伸率,m值为0.56;变形温度和速率对合金的超塑性能影响很大,合金的延伸率在730～780℃范围内随温度的升高和应变速率的降低而升高,合金的流变应力则随之下降.

Ti-15-3合金热变形过程晶粒轴比的预测

研究了变形参数对Ti 15 3合金热变形后晶粒轴比的影响 ,并采用人工神经网络方法建立了其晶粒轴比与变形程度、变形速率和变形温度之间的数学模型。将此模型与热力耦合刚粘塑性有限元方法相结合 ,对Ti 15 3合金热反挤成型过程的晶粒轴比场进行数值模拟和相应实验研究 ,结果表明 ,预测值与实测值吻合较好。

Ti-15-3钛合金的超塑性

Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)合金是一种在航空航天工业领域具有广泛应用前景的亚稳定β型钛合金。本文介绍了Ti-15-3合金的性能特点和应用,总结和评价了固溶态、热轧态和冷轧态Ti-15-3合金超塑性研究的进展情况。针对已取得的成果和研究中存在的问题,对Ti-15-3合金超塑性的进一步研究提出了一些看法并作了展望。

Ti-15-3合金高温变形的微观组织

Ti- 15 - 3合金的组织和性能对工艺参数十分敏感 ,生产中不易获得组织和性能稳定一致的产品 .通过在Gleeble - 15 0 0型热加工模拟试验机上进行的等温恒应变速率压缩试验和金相及透射分析 ,研究了变形温度、变形程度和变形速率对Ti- 15 - 3合金热变形后的显微组织的影响 .分析表明 ,Ti- 15 - 3合金高温变形时很容易发生动态回复 ,高温大变形量下低速变形时可发生少量的再结晶 .这些研究对于制定该合金合理的热变形工艺 。

Ti-15-3合金高温变形机制分析

对Ti-15-3合金进行了等温压缩物理模拟试验,计算不同变形条件下的激活能数值,探讨此合金高温变形的主要机制。结果表明,在实验范围内,变形是一个热激活过程,其中变形速率对激活能的影响不大,而随温度和变形量的升高,激活能呈下降趋势。变形合金的透射电镜照片表明位错的攀移和交滑移为合金变形的主要机制。

Ti-15-3合金热变形实验研究

在Gleeble - 15 0 0热模拟机上对Ti- 15 - 3合金试样进行了热压缩试验 ,根据应力应变曲线研究了该合金在高温时的流动特性 ,由金相观察分析了热变形参数对该合金组织的影响 .此研究结果对确定Ti- 15 -

Ti-15-3合金再结晶组织的预测

通过热模拟压缩试验和定量金相法研究了热变形参数对Ti-15-3合金固溶处理过程中再结晶组织的影响规律。随着变形温度的降低、变形程度和变形速率的增大,再结晶晶粒尺寸减小,再结晶体积分数增大。采用人工神经网络的方法建立了再结晶晶粒尺寸和再结晶体积分数的预测模型。预测结果与实测结果吻合较好,表明该方法对Ti-15-3合金热变形固溶处理后的再结晶组织具有良好的预测能力。这对于制定其合理的热加工工艺、保证产品质量具有重要意义。

热处理工艺对Ti-15-3合金热轧棒材显微组织与力学性能的影响

通过金相显微镜、透射电镜观察及拉伸试验,研究了不同固溶及时效处理工艺对Ti-15-3合金热轧棒材微观组织和力学性能的影响。结果表明:Ti-15-3合金的晶粒尺寸随固溶温度的升高而长大迅速,合金的强度随固溶时间的延长而降低,且以2#工艺合金的综合性能较好;合金时效后的强度主要取决于α相的尺寸及其体积分数的综合效应,且以10#工艺合金的组织和力学性能较为理想。

Ti-15-3钛合金应变速率循环超塑性研究

应变速率循环法是一种新式的超塑性实验方法,即试样在拉伸变形过程中,应变速率的大小按预定规律连续循环变化,直至试样拉断,从而获得材料超塑性力学性能参数。采用这种方法研究Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(简称Ti-15-3)合金的超塑性。实验用原材料选自β区轧制的板材,未经细化处理,晶粒平均尺寸为100μm。结果表明,该合金具有良好的超塑性,在应变速率范围3.2×10-4～3.2×10-5/s内,最佳变形温度为900℃,伸长率为621%。超塑性变形的机制是晶界滑动为主,晶内变形和位错蠕变起协调作用。

Ti-15-3合金的拉伸变形及冷压成形

为鉴定Ti-15-3亚稳β钛合金的冷成形性,利用合金薄板的真实应力—应变曲线确定了相应的应变刚指数,厚向异性指数γ等力学参量,同时也进行了弯曲、回弹、杯突、拉深等冷成形性模拟试验,并测定了最小拉深系数和极限拉深比。试验结果证明该合金具有优良的冷成形性,适合制作各种薄壁构件。

Ti-15-3合金冷轧变形过程中的组织演变及力学性能

采用金相显微镜、透射电镜和X射线衍射仪等研究Ti-15-3合金板材在交叉换向轧制过程中的组织演变规律和力学性能变化。结果表明:经过5道次换向冷轧、厚度方向总变形量为80%的Ti-15-3合金板中,形成了间隔的纤维带状组织,其内部形成了200 nm左右的亚微米级晶粒。纤维组织的形成过程分为3个阶段,第一阶段,在个别晶粒内部形成局部剪切带;第二阶段,拉长带状组织内部平行排列的剪切带相互交叉并逐渐碎化;第三阶段,形成间隔的纤维组织,其内部晶粒为亚微米级。在轧制变形中,经1道次变形后,抗拉强度迅速升高到949 MPa,随后抗拉强度最终缓慢增加至1 021 MPa。固溶态合金以每道次30%的压下量经过5道次换向冷轧并于450℃时效4 h后,抗拉强度为1 646 MPa。

Ti-15-3合金中短裂纹萌生与扩展的微观机理

利用扫描电镜(SEM)和背散射电子衍射(EBSD)技术研究了Ti-15-3合金中晶粒取向差对短裂纹萌生与扩展的影响.结果表明:在Ti-15-3合金中,98%相邻晶粒之间的取向差大于10°;相邻晶粒中,大的晶粒取向差有利于短裂纹的萌生,小的晶粒取向差有利于短裂纹的扩展;短裂纹的尖端方向与下一个晶粒的滑移带方向夹角大于35°时,裂纹穿过此晶粒时容易发生曲折,走"Z"字形路线;小于35°,裂纹沿着滑移带方向扩展;短裂纹尖端扩展到晶界时,如果裂纹尖端方向与晶界的方向之间的夹角小于35°,裂纹沿晶扩展;大于35°,裂纹穿晶扩展.

Ti-15-3合金经冷轧和时效后的显微组织及力学性能

利用光学显微镜、透射电镜和X射线衍射仪等研究了Ti-15-3合金在五种不同工艺轧制过程中组织的演变规律以及轧制和时效处理后的显微组织和力学性能。结果表明:采用三种单向冷轧工艺均可以将2.9 mm厚的合金板很好地轧制成厚度约为0.6 mm的板材,并且轧后其晶粒逐步细化到纳米尺度,最小尺寸达到19.1 nm;固溶态合金经过40%/道次-3道次的冷轧并于450℃时效4 h后,由于出现了双相纳米组织,使合金的抗拉强度达到1 562 MPa,比冷轧态的提高了45%。

Ti-15-3合金的工艺、性能与晶粒度间关系的研究

一、前言 钛合金具有高的比强度,在航空工业上得到广泛应用,被誉为“空中金属”。美国著名的SR-71“黑鸟”侦察机被称为“全钛飞机”,其机体就应用了大量的β型钛合金,但限于当时β钛合金的技术水平,没有得到更广泛的应用。近来随着几种新型β钛合金的问世,为航空工业应用β钛合金开辟了广阔前景。尤其是Ti-15-3合金被认为是β钛合金发展的一个顶峰,它是70年代美国空军材料试验室研制的,优点是强度高、冷成形性好,有良好的可焊性,已被制成燃料舱、壳体、紧固件等航空构件,成功地用于美国A-10攻击机、B-1战略轰炸机等。 Ti-15-3合金的一个重要应用方面是采用冷成形的方法加工成板金结构件。板材的成形与其强度、形变强化指数、塑性应变比、弯曲角等性能参数有着者密切的关系。本文着重研究了该合金的工艺及热处理制度对上述性能参数的影响。这对于产品工艺的制定、热处理制度的选择都具有实际意义。

热变形参数对Ti-15-3合金流动应力的影响

在Gleeble-1 50 0热模拟机上对Ti-1 5-3合金试样进行了热压缩试验 ,以获得不同应变、应变速率和温度下材料的流动应力 .根据相应的应力曲线研究了该合金在高温时的流动特性 ,并采用神经网络的方法建立了该合金高温变形抗力与应变、应变速率和温度对应关系的预测模型 .结果表明 ,神经网络能够较精确地预测材料的流动应力 .

Ti-15-3合金热变形固溶显微组织的多重分形研究

以Ti-15-3(Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al)合金热变形固溶再结晶显微组织的金相照片作为研究对象,基于Matlab软件平台,自行开发了图像处理及多重分形分析程序,实现了从材料组织结构形貌图像上提取其相应的概率测度和标度指数的功能,并计算了多重分形谱。结果表明,在当前的观测尺度范围内,Ti-15-3合金热变形固溶再结晶显微组织具有多重分形特征。且随着再结晶晶粒尺寸的增大和形变晶粒尺寸的减小,多重分形谱宽Δα减小,表明显微组织分布越均匀。另外,在再结晶晶粒尺寸相差不大时,随着再结晶百分数的增大,最大最小概率子集维数的差值Δf增加,再结晶晶粒为主导分布,显微组织更为细化均匀。这些研究为材料组织结构的定量表征提供了新的思路。

开坯轧制和热处理制度对Ti-15-3合金板材性能的影响

研究了Ti 15 3合金板材的加工工艺和热处理工艺及其对板材组织性能的影响。结果表明 :Ti 15 3板坯开坯轧制采用 90 0℃～ 10 0 0℃换向轧制可使热变形在较好条件下完成 ,提高一次加工率 ,并获得良好的轧制表面 ;经 80 0℃ ,( 5～ 10 )min ,AC固溶处理和 5 5 0℃ ,( 5～ 10 )h ,AC时效处理的板材可获得较高强度及良好的塑性。