Ti-5553合金车削加工性能研究

Ti-5553(Ti-5Al-5V-5Mo-3Cr-0.5Fe)合金具有优异的综合力学性能,正逐步替代TC4(Ti-6Al-4V)钛合金成为高强度航空用工件的制备材料。然而,由于Ti-5553合金机械加工效率低,一定程度上制约了其在航空领域的大规模应用。为此,对Ti-5553合金与TC4钛合金的车削加工性能参数进行了探索,发现在相同的切削速度下,Ti-5553合金的主切削力和吃刀抗力均高于TC4钛合金,且最高切削速度仅为50 m/min。此外,两种合金在切削过程中均会与车刀发生扩散反应,而Ti-5553合金对刀具的磨损更为严重。相信本研究将为后期优化Ti-5553合金的车削加工参数、提高其加工效率提供有利的实验数据支持。

高应变率加载下新型近βTi-5553合金的组织结构与力学性能

本文针对热处理对新型近βTi-5553合金组织与性能的影响开展研究,通过准静态、分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩测试其静动态力学性能,采用OM、SEM进行微观组织结构观察。研究结果表明:准静态(应变率为10-3s-1)加载下,相比双态组织,等轴组织钛合金的强度较高,塑性变形能力相对较差,断口分析表明,两种组织钛合金均以韧窝为特征的韧性断裂。SHPB动态压缩(应变率为103s-1)加载后,材料表现出与准静态加载相似的规律,微观组织分析表明,高应变率加载下材料以绝热剪切为主要破坏形式。

Ti-5553合金热变形时动态再结晶的临界条件

对Ti-5553合金在变形温度800~860℃、应变速率0.1~10 s^(-1)条件下进行热压缩试验,分析了应力-应变曲线,推导出加工硬化率θ与临界应变ε的关系曲线,应用曲线的拐点判据得到了合金在不同条件下变形发生动态再结晶的临界应变值。应用Sellarsn模型建立了合金发生动态再结晶的临界变形条件。

基于Taylor杆的Ti-5553钛合金动态特性研究

利用Taylor杆冲击实验与数值模拟方法研究了Ti-5553钛合金在高应变率冲击下的动态行为。Ti-5553合金在两种热处理工艺处理后获得了不同准静态力学性能的等轴组织和双态组织。在泰勒杆冲击实验的基础上,应用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件研究了材料参数屈服强度值σs和失效应变值εf的变化对Taylor杆冲击能量、速度、加速度等过程参量和冲击结果的影响,将σs值设定为1 170-1 400 MPa,εf设定为0.1-0.8.研究结果表明：屈服强度值的变化对冲击前后能量、速度、加速度的改变量影响较小。随着屈服强度值的增大,冲击过程中能量、速度、加速度的变化速率有所增加,冲击后试样的应变量减小;失效应变值的变化对冲击过程量有明显影响;对等轴组织钛合金,εf〈0.7时,随着失效应变值的增大,能量、速度、加速度的变化速率逐渐增大,试样冲击后几乎无回弹现象;当εf≥0.7时,过程参量曲线全部重合,试样冲击后有明显回弹现象;当设定εf=0.75和εf=0.35时,等轴组织和双态组织钛合金分别符合真实Taylor杆冲击变形特征。

粉末冶金态与铸态Ti-5553合金高温不连续屈服行为和绝热温升效应对比研究

研究了粉末冶金态与铸态Ti-5553合金在温度为700~1100℃、应变速率为0.001~10 s^-1条件下的高温不连续屈服行为和绝热温升效应,并对这2种同名义成分不同制备工艺的钛合金进行了对比研究。结果表明:2种合金不连续屈服的幅度均与应变速率呈正相关关系,并与温度呈近似负相关关系,2种合金中出现的不连续屈服现象符合动态理论。在相同变形条件下,铸态合金中不连续屈服的幅度更大,其原因是相对于粉末冶金态合金,铸态合金中的起始位错密度低,这更有利于晶界处可动位错的突然增殖与扩展。2种合金在热变形中绝热温升的大小均随应变速率的升高而逐渐增大,并随着变形温度的升高而逐渐降低。在相同变形条件下,粉末冶金态合金的绝热温升效应相比与铸态合金较弱,这是因为粉末冶金态合金具有较低的变形抗力和较高的协调变形能力。

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。

铸态粗晶Ti-5553钛合金的高温变形行为与机理

借助Gleeble-3800热模拟试验机研究了铸态粗晶Ti-5553合金在温度700~1100℃、应变速率0.001~10 s^-1条件下的高温变形行为。结果表明,合金的流变应力对变形温度和应变速率都有强敏感性,流变软化过程也随变形参数的改变呈现出不同的模式。通过经典动力学模型,建立了合金高温变形的本构关系和激活能分布图,基于动态材料模型构建了合金的热加工图并实现了对不同加工区间变形机制的识别。合金在低温区(700℃)和高应变速率区(>1 s^-1)均展现出失稳变形的特征,包括外部开裂、绝热剪切带、局部流变等机制,在实际加工中应对这些加工区域进行规避。合金在800℃及中低应变速率(<0.1 s^-1)变形下的主导机制为α相的动态析出,在中高温(900~1100℃)及中低应变速率变形下的主导机制为动态回复与动态再结晶的结合。此外,合金在高温较低应变速率(1100℃/0.01 s^-1)条件的变形中表现出大范围动态再结晶的行为特点并伴随稳定的流变软化,因此此条件附近的参数区间被认定为该合金的最优加工窗口,应在实际加工中给予优先考虑。

热处理对Ti-5553钛合金棒材组织与性能的影响

研究了Ti-5553合金Ф300mm人规格棒材在典型热处理工艺条件下的微观组织与力学性能。结果表明：Ti-5553合金的力学性能对同溶温度非常敏感；在BASCA热处理条件下Ti-5553合金断裂韧性高达87．3MPa．m^1、2，强度也维持在1100MPa左右；往820℃固溶并在580～620℃时效后，Ti-5553合金弥散分布着大量等轴初生α相颗粒和针状次生β相，其相对体积分数决定了Ti-5553合金的强度和塑性匹配。