Ti-55高温钛合金纯电塑性效应试验研究

通过电辅助等温拉伸与常规等温拉伸试验研究了脉冲电流对Ti-55高温钛合金拉伸变形行为的影响,并采用扫描电镜观察了Ti-55高温钛合金在不同条件下的微观组织与断口形貌变化。结果表明,Ti-55高温钛合金存在较为明显的纯电塑性效应,电辅助拉伸相较于常规等温拉伸在降低高温钛合金变形抗力与屈强比方面有着更显著的作用;电辅助变形试样的平均晶粒面积及小角度晶界所占比例在600℃时都大于常规热变形,700℃数据结果反转,说明电辅助作用下Ti-55高温钛合金发生动态再结晶所需的温度低于常规热变形;纯电塑性效应的存在增加了Ti-55高温钛合金微孔聚集性断裂的倾向。

置氢对Ti-55高温钛合金超塑变形行为的影响

钛合金的超塑成形技术在工业领域已经得到广泛的应用,但其成形温度高,成形速率低的问题大大限制了该技术的发展。向钛合金中添加适量的氢,可有效改善合金的热加工性能。以Ti-55高温钛合金为对象,通过金相观察、高温拉伸试验等方法,研究了置氢对合金微观组织和超塑变形行为影响,得出了氢含量、变形温度和初始应变速率对其伸长率和峰值应力的影响规律。研究发现,置氢0.1%之后,合金在825℃变形时伸长率提高了95.5%,峰值应力降低了37.8%;置氢0.1%使得Ti-55的最佳超塑成形温度降低了约125℃;置氢后合金对于变形温度和应变速率的变化更加敏感,且最佳超塑性的温度和应变速率范围变窄。

Ti-55511钛合金高温拉伸变形行为及显微组织演变

基于高温拉伸试验,探究Ti-55511钛合金在温度为740~920℃和应变率为0.001~0.1 s^(-1)下的高温拉伸变形行为和显微组织演变规律,用Arrhenius双曲正弦函数模型推导了拉伸变形时的本构方程。结果表明:Ti-55511钛合金在两相区(740~860℃)变形时,流变应力随变形温度的提高和应变率的降低而降低,峰值应力曲线出现由陡到缓的下降,由本构方程计算出两相区变形激活能为559.653 kJ·mol^(-1),显微组织演变规律为在740、770℃变形时,断裂位置中短棒状α相沿合金变形方向被拉长和扭曲,破碎的α相形成等轴晶粒串,变形温度升至800、830℃时,扭曲α相减少,拉长α相变细,等轴晶粒串的数量增多,当温度升至860℃时,等轴α相的含量急剧下降,开始出现β晶界轮廓,破碎的α相细化的同时等轴化程度提高。在单相区(890~920℃)变形时,峰值应力比860℃先增后减,计算单相区的热变形激活能为196.039kJ·mol^(-1),断裂区域等轴β晶粒尺寸随变形温度的升高而增大,晶界呈锯齿状,这与动态回复过程中发生多边化及亚晶长大有关。

高温高应变率加载下Ti-5553钛合金动态力学性能研究

钛合金是遥感类航天器推进系统重要的结构支撑材料,面对空间碎片日益增多的威胁,探究新型钛合金材料的动态力学性能是航天器空间防护的重要技术之一。本文利用高温分离式霍普金森杆(SHPB)对新型Ti-5553钛合金的等轴组织(R1)和双态组织(R2)材料进行动态力学测试,测试温度分别设定为200℃、400℃和600℃,应变率为1200s^(-1)和2500s^(-1)。试验结果表明:在高温高应变率加载条件下,Ti-5553钛合金双态与等轴组织,随着温度的升高,流变应力均下降,而应变变化不明显,即2种组织高温动态压缩力学行为相似;环境温度低于200℃时,双态组织的温度敏感性高于等轴组织,而塑性吸收功小于等轴组织,表现出较高的绝热敏感性;环境温度高于200℃时,等轴组织的温度敏感性高于双态组织,而塑性吸收功小于双态组织,表现出较高的绝热敏感性;Ti-5553钛合金2种组织均在高温高应变率下发生了剪切破坏,靠近剪切带的α相沿着剪切方向被拉长细化。本文获取的新型Ti-5553钛合金动态力学规律可为航天器空间防护结构设计提供基础数据。

置氢Ti-55钛合金变形本构方程及高温增塑机理研究

钛合金的热氢工艺能够有效改善合金的热加工性能,进一步优化钛合金超塑变形条件。以Ti-55钛合金为研究对象,通过高温拉伸、金相观察等方法,建立了原始合金及置氢合金的高温变形本构方程,研究了原始合金和置氢合金的超塑变形行为以及变形后的微观组织,得出了合金氢致高温增塑的微观机理。研究发现,置氢能够降低合金的热变形激活能,置氢0.1 wt%合金相较于原始合金和置氢0.3 wt%合金具有更高的应变速率敏感性指数,达到了0.516;置氢0.1 wt%合金在变形过程中β相含量稳定,且在α相晶界上保持均匀分布,协调变形能力较强,能够抑制颈缩的形成,有利于提高伸长率,改善材料力学性能。

Ti-55钛合金超塑性板材的显微组织与力学性能

将二次真空自耗熔炼的Ti-55钛合金铸锭轧制成1.2mm厚的薄板,研究Ti-55钛合金超塑性板材的显微组织与力学性能。结果表明,显微组织均匀,晶粒极细的Ti-55钛合金超塑性板材,具有良好的室温拉伸性能和超塑性能。超塑性拉伸试验表明,在一定的变形温度范围(880～920℃)与变形速率(1.4×10^(-3)s^(-1))下,Ti-55钛合金板材超塑性伸长率可达到700%以上。

钇对Ti-1100高温钛合金热稳定性和蠕变行为的影响

量了Ｔｉ１１００和Ｔｉ１１００／０１％Ｙ（质量分数）高温钛合金在６００℃／１００ｈ空气中暴露后的拉伸性能及在６００℃／１５０ＭＰａ／１００ｈ条件下的蠕变性能，利用透射电镜观察了合金室温及蠕变后的组织。结果表明，Ｔｉ１１００合金加入０１％的Ｙ后，由于原始β晶粒得到细化，明显改善了其热稳定性；固溶在基体中的硅原子阻碍位错滑移和攀移，使蠕变中的回复过程难于实现；稀土还抑制α２相的长大，所形成的氧化物也阻碍位错的运动。这些均有利于提高Ｔｉ１１００合金的抗蠕变性能。

固溶处理对Ti-600高温钛合金蠕变性能的影响

研究了固溶处理温度和随后的冷却方式对Ti-600高温合金蠕变性能的影响。结果表明,为了获得最佳的抗蠕变性能,宜采用相变点以上的温度进行固溶及随后空冷的处理制度,合金在600℃、150MPa条件下进行蠕变变形,主要受晶界滑动和晶内位错的滑移和攀移所控制。

Ti-18高温高强钛合金研制

介绍了高温高强钛合金Ti 18(Ti 6Al 4Mo 4Zr 2Sn 1W 0 .2Si)的试制过程 ,对该合金的性能与组织关系进行了讨论。结果表明 ,Ti- 18合金在常温和高温下均具有优异力学性能 :Φ35 0mm饼材 4 0 0℃ / 10 0h持久强度在80 0MPa以上 ,4 0 0℃ / 10 0h/ 380MPa下的残余应变为 0 .0 4 8% ,4 5 0℃时的断裂强度大于 10 0 0MPa ,延伸率δ5在12 %左右。同时该合金具有良好的热稳定性。研究显示 ,Ti 18合金组织类型的差异对高温性能影响不大 ,该合金半成品可采用等轴组织的变形工艺。双重退火可充分发挥Ti 18合金的热强性潜力 ,是合理的热处理制度。

碳对高温钛合金Ti-60组织和性能的影响

在Ti-60合金中碳的加入量大于0.17%时,组织中析出TiC结构的碳化物.在α+β相区再结晶,碳偏聚于初生α(α_p)相,导致碳化物主要在β转变组织中析出,其析出的百分数取决于α_p体积分数.在β相区热处理,析出的碳化物钉扎β原始品界,阻碍β晶粒的长大.β晶粒尺寸D、碳化物颗粒直径d和体积分数f三者遵循D/dαf^(-1/3)关系.随着碳含量的增加,β晶粒尺寸减小,α′片层通过界面迁移迅速长大以及形成α片层的合金元素的扩散速度加快,导致α′或α片层的厚度增加.碳的加入量小于0.09%时,碳完全固溶于基体中,产生固溶强化,β晶粒细小,导致合金的强度和蠕变抗力提高.碳含量增加导致粗大碳化物颗粒的析出,变形时产生应力集中使合金的塑性和蠕变性能降低.

Ti-55钛合金连续冷却转变曲线的测绘及显微组织的演变

通过Gleeble热模拟实验,测绘Ti-55钛合金的连续冷却转变曲线(CCT图)。结果表明:当冷速由0.1℃/S加快到150℃/s时,Ti-55钛合金中主要发生β→α与β→α′的相转变过程,其中β→α′转变开始的临界冷速为5℃/s左右,Ti-55钛合金中马氏体转变开始温度为855℃,转变结束温度为818℃。

激光喷丸对Ti-6Al-4V钛合金中高温性能影响研究

为了研究激光喷丸对中高温条件下Ti-6Al-4V钛合金残余应力、微观硬度及金相组织演变的影响,采用高功率、短脉冲Nd∶YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行了激光冲击,并将冲击后的试样分别置于400℃,500℃,550℃和600℃的温度下进行了1h的保温处理。利用X射线衍射仪对强化区域的残余应力进行了检测,通过扫描电镜及透射电镜对微观组织进行表征,探究了强化效果与晶粒尺寸、位错运动间的联系。结果表明,激光喷丸处理在试样表层诱导产生较大幅值残余压应力,显微硬度提高;经550℃热处理1h后,残余应力影响层深约为100μm;经400℃、600℃热处理1h后,试样表层微观硬度分别下降了8.3HV和20.1HV;热处理后,晶粒尺寸总体呈现增大趋势。激光喷丸处理可以有效提高Ti-6Al-4V钛合金中高温力学性能。

Ti-55531钛合金β相区热变形行为及本构方程的研究

为了提高Ti-55531钛合金β相区锻造的损伤容限,通过Gleeble-3800热模拟试验机对Ti-55531合金在β相区进行了应变速率为0.001~1s^-1,温度为860~950℃的等温压缩试验,获得了流动应力曲线。对Ti-55531合金在试验条件下热变形行为及流动应力变化进行了研究。结果表明,Ti-55531合金的流动应力曲线为稳态流动型,在相同的应变速率下,变形温度越低,流动应力越大;在相同的温度下,应变速率越快,流动应力越大。通过对试验数据拟合得到了0~0.7应变量的Ti-55531合金本构方程。方程的准确度高,平均误差为8.99%。在试验条件下,平均热激活能为209.204kJ/mol,最小值为200.389kJ/mol。

Ti-55钛合金三层空心结构件的超塑成形/扩散连接工艺研究

研究了Ti-55钛合金的超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺。采用了先DB后SPF的工艺流程,确定了合理的工艺参数,成形出了Ti-55钛合金三层空心结构件。对三层空心结构件的整体成形质量和壁厚分布进行了分析,整体成形质量较好,厚度分布均匀。研究结果对于使用SPF/DB工艺制造Ti-55钛合金的多层空心结构具有借鉴意义。

置氢Ti-55钛合金在脉冲电流作用下的变形行为

通过热氢处理和电辅助成形工艺相结合来改善钛合金的热加工性能。以Ti-55钛合金为研究对象,通过电塑性拉伸、断口分析、金相观察等方法,研究置氢Ti-55钛合金在脉冲电流作用下的变形行为。研究发现,在施加脉冲电流条件下,随氢含量的增加,置氢合金的伸长率先增加后降低,峰值应力逐渐降低后稍有增加,其中置氢0. 4%合金伸长率最大,为28. 2%,峰值应力最小,为605. 8 MPa,与原始合金相比,其伸长率提高105. 8%,峰值应力降低27. 3%;置氢0. 4%合金中β相体积分数显著增加,有利于变形时晶界和相界的流动,因此表现出较高的伸长率和较低的流动应力。

熔模铸造Ti-1100高温钛合金的界面反应

文章主要阐述了熔模铸造Ti-1100高温钛合金的界面反应,进一步促进相关技术的发展。

高温钛合金的现状与前景

简要回顾国内外固溶强化型高温钛合金材料的发展历史,分析英、美、俄等国的高温钛合金研究与应用情况及发展趋势.介绍国内自主研制、使用温度在550～ 650℃范围内的三种钛合金新材料及其相关技术发展,对国内高温钛合金材料进行初步梳理.参考国外高温钛合金研究、应用经验及发展趋势,结合国内实际情况,对国内高温钛合金材料体系的建立及完善提出具体建议,并展望国内高温钛合金近期研究重点和未来发展方向.

Ti-600合金的高温蠕变行为

研究了Ti-600合金在550～650℃下的高温蠕变行为,实验应力为150～300 MPa。计算了合金在不同应力、不同温度下的稳态蠕变速率、应力指数及蠕变激活能,并在此基础上研究了其蠕变强化机制。蠕变应力为300 MPa时,Ti-600合金的蠕变激活能Q=490.1 kJ/mol;650℃,合金的蠕变应力指数n值在6.5～8.5之间变化,表明在实验温度范围内合金的蠕变变形以位错攀移为主,以位错的滑移为辅。

元素Ta对Ti-60A钛合金抗氧化性能的影响

对不同Ta含量的Ti-60A合金在700、750和800℃时的高温氧化行为进行测试,并运用X射线、扫描电镜等对Ta的作用进行分析和讨论。结果表明:Ta的加入显著改善合金的高温抗氧化性能,主要表现为Ta促使合金表层氧化物更致密细小,减小氧化膜的厚度,增加氧化膜与基体界面的粘附性,提高表面的稳定性;随Ta含量的增加,Ti-60A合金的氧化速率逐渐降低;Ti-60A合金的氧化动力学服从线性规律,在700和750℃氧化时,氧化近似为抛物线型规律;在800℃时,氧化近似服从直线规律。

Ti-45Al-10Nb合金的高温氧化行为

研究了Ti-45Al-10Nb(原子分数,％)合金在800～960℃在氧气和空气中的氧化行为。结果表明,该合金具有较好的高温抗氧化性能,其氧化增重速率与铁基耐热不锈钢相似或略优。与Ti-50Al合金相反,Ti-45Al-10Nb合金在空气中的氧化增重速率明显低于在纯氧中的氧化增重速率。X射线衍射与能谱分析表明,Ti-45Al-10Nb合金在氧气中的氧化产物主要有TiO_2和Al_2O_3,但在空气中的氧化产物中有TiN相。这是降低氧化速率的主要原因,同时,合金元素Nb稳定了氧化层中的TiN相,因而提高了合金在空气中的抗氧化性能。