变型量和热处理对BTi-6554钛合金冷轧板材组织和性能的影响

研究了冷轧变形量和热处理对BTi-6554钛合金冷轧板材的显微组织和室温力学性能的影响．结果表明：冷轧变形量从60％提高至75％时，晶粒有所细化，并且固溶后强度提高约60MPa，延伸率有所降低，但仍在19％以上．固溶温度在760～800℃的范围内随温度升高，晶粒尺寸略有长大，强度降低约50MPa，延伸率提高约5％．经固溶时效处理后，板材强度可达1200MPa以上，并且具有良好的塑性．

超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的强化行为及模型

基于XRD、OM、SEM和TEM分析,研究超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的组织演变及强化行为。结果表明,位错强化和析出强化效应对该合金的屈服强度影响较大。冷轧+再结晶+冷轧+双时效组合工艺可获得1518 MPa的最高屈服强度,这主要归因于显微组织中的高密度残存位错及密集而细小的次生α相。建立复合强化模型,其预测误差在16.6%以内。此外,研究发现次生α相体积分数的增加可以不断强化晶内区域,这使得沿晶断裂开始出现并逐渐占据整个断裂面。

Ti-6321钛合金钨极惰性气体保护焊接头的微观组织与力学性能

采用钨极惰性气体保护(tungsten inert gas,TIG)焊获得了质量良好的大厚度Ti-6321钛合金焊接接头,对比热处理前后焊接接头熔融区、热影响区和母材区的微观组织变化,测试焊接接头的冲击性能、断裂韧度及拉伸性能,并与母材进行对比。结果表明:焊接接头熔融区退火前的组织由粗大β柱状晶组成,晶内为充分生长的针状马氏体α′相,热影响区为β基体和初生α相组成的等轴组织,β基体中析出针状马氏体α΄相;退火后,熔融区和热影响区β晶粒内部的马氏体α΄相完全转变为次生α相。Ti-6321钛合金焊接接头的冲击韧性,断裂韧度,抗拉强度及伸长率分别为80.3 J/cm^(2),113.00 MPa·m^(1/2),873 MPa和9%,为母材的104.7%,84.1%,100%和67.7%,相比母材断口,接头冲击断口具有更为粗糙的阶梯形貌表面以及微观尺寸更小的等轴韧窝,而韧性断口表面整体更加平坦,且疲劳裂纹扩展区更窄。

三重热处理对径向锻造Ti-6Al-4V钛合金组织和性能的影响

研究了几种三重热处理制度对径向锻造Ti-6Al-4V钛合金棒材组织和性能的影响。结果表明,在接近相变点进行三重热处理时,组织为网篮状组织;第一重热处理形成的网篮组织,经过两相区的二重固溶和三重时效后组织状态变化不大;随着固溶温度的增加,合金的强度逐渐上升,且距相变点越近,增加的幅度越大;伸长率和断面收缩率有下降趋势,在接近相变点时,下降幅度更大。在两相区进行三重热处理时,Ti-6Al-4V钛合金组织是典型的双态组织,包括近等轴α相和β转变组织,β转变组织内部为针状的次生α相和残余β相;当固溶温度在920~950℃时,强度和塑性呈现出良好的匹配关系,在热处理制度为950℃/1 h,AC+950℃/1 h,OQ+560℃/4 h,AC时,材料获得最佳高强度和高塑性匹配关系。

Ti-6Al-4V钛合金环保型阳极氧化及封闭处理研究

选用Ti-6Al-4V钛合金作为基体在环保型电解液中制备阳极氧化膜,然后分别浸没在沸水、氟锆酸铵溶液、乙酸钙溶液中对阳极氧化膜进行封闭处理。采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪表征和分析未封闭及封闭处理后阳极氧化膜的微观形貌、化学成分与物相结构,并配制酸性氯化钠溶液作为腐蚀介质,研究未封闭及封闭处理后阳极氧化膜的耐腐蚀性能。结果表明:与未封闭阳极氧化膜相比,在沸水、氟锆酸铵溶液、乙酸钙溶液中封闭处理后阳极氧化膜中微孔数量减少,化学成分发生变化,耐腐蚀性能进一步提高,但封闭处理未影响阳极氧化膜的物相结构。在乙酸钙溶液中封闭过程中发生化学反应,生成水合二氧化钛、氢氧化钛、氢氧化钙和钛酸钙等多种产物,达到协同封闭效果,赋予封闭处理后阳极氧化膜良好的表面致密性,其耐腐蚀性能好于在沸水、氟锆酸铵溶液中封闭处理后阳极氧化膜,对钛合金的防护作用更强。

基于机器学习的Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金热加工图预测

为了研究Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金的热变形行为,运用Instron 5869压缩实验机进行热压缩实验。构建了以变形温度、应变速率、应变为输入变量和流变应力为输出变量的6种机器学习模型,预测不同条件下该合金的流变应力值并评估检验模型的预测性能。根据预测表现最好的LSTM神经网络模型的预测数据绘制预测加工图,对照实验加工图评估检验其预测能力。结果表明:预测加工图能够较为准确地反映出Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金在应变为0.499时的可加工区域,与实验加工图的吻合程度较高,该方法能较好地预测Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金的热变形行为。

Ti-6Al-4V ELI钛合金的宽温域(-253~350℃)力学性能研究

钛及钛合金是一种重要的太空金属材料,在航空航天领域发挥重要的作用。研究了Ti-6Al-4V ELI钛合金在室温(20℃)、高温(350℃)以及超低温(-253℃)环境下的拉伸力学性能,比较了Ti-6Al-4V ELI钛合金在不同温度下的力学性能指标,分析了其断口形貌特征。结果表明,Ti-6Al-4V ELI钛合金在超低温下表现出较高的力学性能,抗拉强度可达1900 MPa以上,其断口形貌呈现脆性断裂特点。在室温和高温下,Ti-6Al-4V ELI钛合金表现出良好的塑性和韧性,具有较为明显的韧性断裂特点。因其良好的宽温域力学性能,Ti-6Al-4V ELI钛合金是未来发展航天航空领域必不可少的重要金属材料。

固溶时效处理对Ti-0.3Mo-0.8Ni钛合金微观组织与力学性能的影响

对Ti-0.3Mo-0.8Ni钛合金进行固溶时效处理,采用光学显微镜、室温拉伸测试以及扫描电子显微镜,研究Ti-0.3Mo-0.8Ni钛合金经不同固溶时效温度处理后的微观组织与力学性能。结果表明:随固溶温度的升高,合金组织中初生α相含量不断减少直至消失,同时有大量次生α相析出,合金组织类型由双态组织逐渐转变为细片层组织。合金塑性随固溶温度升高而逐渐降低,而强度变化趋势与塑性相反。固溶温度为两相区时,合金的拉伸断口形貌主要由大量韧窝构成,且有少量的二次裂纹及孔洞;当固溶温度为单相区时,合金的拉伸断口形貌主要由结晶状形貌构成,出现解理台阶及撕裂棱,并有少量细小的韧窝在断口表面分布。

近β钛合金Ti-55511热塑性变形的流变应力分析与Arrhenius本构方程研究

主要研究Ti-55511钛合金在变形温度为700~850℃、应变速率为0.01~10 s-1、真应变为0.6条件下的热压缩变形行为。结果表明,Ti-55511钛合金的流变应力受变形温度和应变速率的影响显著,峰值应力随变形温度降低和应变速率升高而升高。为消除热压缩过程中的温升效应,提高模型的准确性,本文采用新的温度修正方法,即通过Arrhenius方程推导,并利用数学外推法,对实验流变应力曲线进行温度修正,修正结果表明,变形温度越低、应变速率越高,温升和流变应力增量越大。在温度修正的基础上,建立基于应变补偿的Arrhenius本构方程,用该本构方程预测的流变应力与实测流变应力之间的相关系数(R2)和平均绝对相对误差(average absolute relative error,AARE)分别为0.991和6.65%,表明用本构方程能够精确地预测不同热变形条件下的流变应力。

新型Ti-6554钛合金热变形行为及热加工图

利用Gleeble-1500热模拟实验机研究了新型Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金在740~950℃,应变速率0.01~10.00 s^-1条件下的热变形行为。通过真应力-真应变曲线分析了合金在高温变形时的应力随温度及应变速率的变化规律,之后对数据进行回归分析得到了合金的本构方程,最后绘制合金的热加工图并结合微观组织观察研究该合金的热变形机制。结果如下:合金的流变应力对温度和应变速率都十分敏感。在相同的应变速率下,随温度升高,流变应力降低;而在相同温度下,应变速率升高,流变应力也升高。计算得到合金的动态激活能Q为246.551 kJ·mol^-1。高温变形的本构方程为ε=4.51×1010[sinh(0.0058σ)]4.85272exp(-246551/RT)。根据热加工图可知,两相区变形时,合金在温度740~770℃、应变速率0.01~0.03 s^-1的区域内具有最高的功率耗散系数,达到44%,变形机制为动态回复;β单相区变形时,在温度780~890℃、应变速率0.01~0.03 s^-1的区域内具有较高的功率耗散系数,为40%,变形机制包括动态回复和动态再结晶。合金的塑性失稳区主要在温度740~900℃、应变速率0.05~1.00 s^-1的区域内,失稳区内会发生局部塑性流动。

Ti-6Al-4V钛合金热处理性能的研究进展

从热处理工艺对Ti-6Al-4V(TC4)钛合金的显微组织、力学性能及摩擦磨损性能等的影响这些方面,综述了该合金的热处理研究进展,对热处理过程中合金的性能变化进行了梳理,总结了合金在不同热处理工艺后的组织及性能,以期为热处理在钛合金的相关研究和应用提供参考。

变形量和热处理对BTi-6554钛合金冷轧板材组织和性能的影响

研究了冷轧变形量和热处理对BTi-6554钛合金冷轧板材的显微组织和室温力学性能的影响。结果表明:冷轧变形量从60%提高至75%时,晶粒有所细化,并且固溶后强度提高约60MPa,延伸率有所降低,但仍在19%以上。固溶温度在760~800℃的范围内随温度升高,晶粒尺寸略有长大,强度降低约50MPa,延伸率提高约5%。经固溶时效处理后,板材强度可达1,200MPa以上,并且具有良好的塑性。

面向高速切削的钛合金Ti-6Al-4V动态本构模型:综述

高速切削是实现钛合金等难加工材料高效、高质量加工的有效技术方法。钛合金高速切削加工过程具有高温、高应变和高应变率的热力强耦合非线性动态特征。为了准确描述高速切削时钛合金动态力学行为,对钛合金动态本构模型的研究进行综述。以钛合金Ti-6Al-4V为研究对象,从唯象模型和物理学模型的角度,分析了Johnson-Cook模型、Zerilli-Armstrong模型、Bammann模型的适用条件及优缺点。经综合比较,选取Johnson-Cook模型开展进一步探究,并且基于温度影响和竞争机制影响对Johnson-Cook修正模型进行分类,Johnson-Cook修正模型的预测精度与经典模型的预测精度相比均有所提高;同时提出可将构建唯象-物理学复合本构模型作为探究钛合金动态本构模型的重点方向,采取实验与计算机同步方法得到本构模型参数的最优解,从而提高动态本构模型的预测精度。

固溶时效对Ti-5Al-3V-1Mo-1Zr钛合金钻杆组织演变及力学性能的影响

利用激光共聚焦显微镜(CLSM)、电子扫描显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等手段分析相变点上两阶段固溶时效(TSSA)对Ti-5Al-3V-1Mo-1Zr钛合金钻杆片层组织演变规律及力学性能的影响。结果表明:通过采用相变点上TSSA工艺获得了全片层转变组织,随时效温度的升高,全片层转变组织的晶界α相平均宽度由5.5μm增至9.0μm,集束内的α片层平均宽度由2.75μm增至3.95μm,材料抗拉和屈服强度变化幅度均小于0.15 MPa/℃;与原始挤压态相比,钛合金的冲击功增加74.07%,材料冲击功与α片宽度满足Hall-Petch关系;经(1000℃, 1 h,炉冷(FC))→(600℃, 1 h,空冷(AC))+(550℃, 6 h,AC)热处理后钛合金具有良好的综合性能匹配,其屈服强度为894 MPa,夏比V型缺口冲击功(-20℃)为46 J,伸长率为7.5%。

热处理过程中Ti-5322钛合金片状组织的静态球化

本文采用不同热处理温度(760℃、800℃、840℃和880℃)和不同保温时间(10 min、30 min、60min和120 min)研究了热压缩后的Ti-5322钛合金片状组织的静态球化行为。结果表明:α相晶粒尺寸主要取决于热处理温度和保温时间,而与变形量、变形温度和应变速率关系不大。随着热处理温度升高和保温时间的延长,α相晶粒尺寸增大而α相的含量降低。静态球化分数随变形量、热处理温度和热处理时间的增加而增加,但对变形温度和应变速率的依赖性较小。另外,随着变形量、热处理温度和热处理时间的增加,静态球化分数的增速先增大后减小。Ti-5322钛合金组织粗化贯穿整个热处理过程,静态球化过程可以分为低温短时退火阶段和高温长时退火阶段;在前一个阶段,静态球化主要以边界分离的形式进行,而在后一个阶段,边界分离机理几乎消失,静态球化主要以末端迁移和奥斯瓦尔德熟化的形式进行。

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。

Ti-575钛合金热变形行为及微观组织演变

本文以Ti-575钛合金为研究对象,分别对魏氏组织和双态组织Ti-575钛合金进行热模拟压缩实验,分析不同热变形条件下的真应力-应变曲线,构建了其在α+β相区的热变形本构方程,并分别探究了变形温度和应变速率对微观组织的影响。结果表明,流变应力值随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的升高而升高;当应变速率为0.1 s^(-1)及以上时,随着变形温度的升高流变曲线出现了不连续屈服现象。根据两种组织Ti-575钛合金流变曲线的峰值应力,分别计算出其在α+β相区的变形激活能,构建Arrhenius型热变形本构方程。在不同的热变形条件下,随着变形温度的升高,魏氏组织Ti-575钛合金动态再结晶的程度越来越大,而双态组织Ti-575钛合金等轴αp相体积分数和尺寸逐渐降低;随着应变速率的降低,魏氏组织Ti-575钛合金动态再结晶的程度逐渐增大,而双态组织Ti-575钛合金等轴αp相体积分数先减少后增加;双态组织Ti-575钛合金在830℃或1 s^(-1)应变速率下热压缩时,显微组织中残留少量的粗片层α相没有发生相变,βt基体中会有硅化物析出。

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。

热变形参数对Ti-6554合金流动软化行为的影响

目的研究不同热变形参数下Ti-6554合金对应变速率敏感指数m、应变硬化指数n的影响。方法采用Gleeble-3500热模拟实验机,在变形温度为810~930℃、应变速率为0.001~10s^(-1)条件下,对Ti-6554合金进行等温恒应变速率热压缩实验。结果应变速率敏感指数m随应变速率的升高和变形温度的降低而减小,当真应变为0.9时,m在变形温度为930℃、应变速率为0.001 s^(-1)的条件下达到峰值,为0.43。应变硬化指数n随应变速率的升高呈先升高后降低的趋势,在高温区间(870~930℃)的软化程度较大。结论Ti-6554合金对变形温度、应变速率等热变形参数十分敏感,该合金的流动应力随着应变速率的升高和变形温度的降低而增大。分析微观组织可知,从应变速率敏感指数m角度考虑,该合金发生软化行为的最佳区域是变形温度为870~930℃、应变速率为0.001 s^(-1)。从应变硬化指数n的角度考虑,在变形温度为870~930℃条件下,Ti-6554合金在低应变速率区间(0.001~0.01 s^(-1))的软化行为以动态再结晶(DRX)为主,在高应变速率区间(0.1~10 s^(-1))的软化行为以动态回复(DRV)为主。