多维超声振动铣削Ti2AlNb合金试验研究

Ti2AlNb合金的硬脆性较大,传统的切削工艺在切削加工中存在的切削热高导致刀具耐用度低和加工质量差等问题。本文采用切削仿真与试验研究相结合,应用二维、三维超声振动切削和普通切削进行Ti2AlNb合金切削特性的对比研究。结果表明:超声振动的三向切削力小于普通切削的,沿刀具进给方向,二维和三维超声振动相对于普通切削的切削力最大分别下降了48.6%和28.3%。3种不同的切削方式在相同的切削参数下加工出完全不同的表面微织构形貌,三维超声振动加工出“麦穗状”,且“麦芒”出现在超声分离特性较强的刀具进给方向上。随着机床转速增加,二维超声振动产生的粗糙度值相对于普通切削下降率最大为45.3%。随着振幅增加,超声振动引起的刀屑分离作用增强,在刀具二维超声振动振幅为8μm时,工件表面粗糙度下降了64.5%。试验结果表明,超声振动加工是提高Ti2AlNb合金的切削性能的有效手段之一。

初轧温度对Ti2AlNb钛合金环件径-轴向轧制过程的影响

基于Simufact Forming有限元软件对Ti2AlNb钛合金径-轴向环件轧制过程进行了数值模拟,研究了不同初轧温度对驱动辊径向轧制力能参数以及环件成形后的等效应变、温度的影响规律。结果表明:随着环件成形温度的升高,在环件轴向截面,等效应变标准差分布越来越均匀,而温度标准差分布差异却越来越大;在环件轧制初期,温度对轧制力影响显著,驱动辊轧制力增加速度及其峰值随环件成形温度的升高逐渐降低;在环件轧制后期,温度对轧制力的影响很小。

电极材料对直流短电弧铣削Ti2AlNb加工性能影响的实验研究

Ti2AlNb作为一种新型航空发动机关键材料,由于其高强度、刚度和蠕变抗力,使得它成为一种难加工材料。短电弧铣削(SEAM)是一种新型高效的放电加工方法,具有不受材料的硬度、强度和韧性制约等优点,已经成为难加工材料一种重要加工方法。文章以Ti2AlNb实验对象,采用钨铜和304不锈钢作为电极材料,使用直流电源研究了不同电压下SEAM的加工机理,分析了工件材料去除率(MRR)、表面粗糙度(Sa)、相对工具电极磨损率(RTWR)。此外,还对加工后Ti2AlNb的表面形态、元素分布和显微硬度进行了研究。实验结果表明,24V电压下,钨铜电极与304不锈钢电极相比,MRR最高,为1981mm^(3)/min;RTWR最低,相对电极损耗仅为0.82%。工件截面轮廓宽度尺寸绝对差异最小以及工件再铸层硬度接近母材硬度,有利于进一步加工。

Ti2AlNb基合金表面渗铬层结构及其摩擦学性能

采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti2AlNb基合金进行表面渗Cr处理,结果表明:经过离子渗铬处理后可获得约25μm的表面合金层;渗层中Cr含量随渗层深度呈梯度变化,且由于原子扩散能力的差异,在渗层的不同区域形成不同相,结合XRD和XPS分析技术,证实表层以含Cr2Nb的Laves相和Al8Cr5相为主;渗层硬度值由外层的HV0.11 125逐渐过渡到基体的HV0.1400左右;渗Cr处理后合金室温摩擦因数由原来的0.24降低到0.15,由于硬质Cr2Nb和Al8Cr5相起到支撑载荷的作用,降低粘着磨损,室温磨损率降低60%以上;高温条件下由于氧化和摩擦磨损的共同作用,摩擦因数变化不大,磨损率降低20%。

Nb＋Ni中间层对Ti2AlNb与GH4169扩散连接接头组织与性能影响

在950～1100℃，20MPa，20～120min的工艺条件下，添加厚度均为10μm的Ni＋Nb为中间层，对Ti2AlNb与GH4169真空扩散连接工艺进行了研究。利用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）和X射线衍射（XRD）对接头截面和断口的成分和相组成进行了分析。结果表明，添加Ni＋Nb做中间层能实现Ti2AlNb与GH4169良好的连接。在GH4169与Ti2AlNb之间生成6层反应层，自GH4169侧依次为：Fe—Ni—Cr固溶体，Ni3Nb，Ni6Nb7，残留Nb层、Ti—Nb固溶体、高铌O相。在剪切试验中，接头沿Ni3Nb层与Nb层之间的Ni6Nb7层断裂。在1050℃，20MPa，40min工艺条件下，剪切强度达到最高，为460MPa。

Ti2AlNb／GH4169真空扩散连接初步研究

在950℃、5MPa、1h的工艺条件下,分别添加Mo、Ta、Nb箔做中间层,对Ti2AlNb与GH4169真空扩散连接工艺进行了研究。利用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等方法对焊接接头成形机理进行了分析。结果表明,以Mo做中间层时接头开裂;以Ta、Nb做中间层时形成完整接头,其中,Ta或Nb中间层与Ti2AlNb连接良好,而与GH4169界面出现裂纹。

Ti2AlNb合金电子束焊接头再热裂纹的形成机理（英文）

为了阐明Ti2AlNb合金焊缝中再热裂纹的特点及形成机理,对Ti2AlNb电子束环焊接头进行一系列的焊后热处理,并采用OM、SEM、XRD和TEM对接头的宏观组织和显微组织进行分析。结果表明,当Ti2AlNb电子束环焊接头加热到700℃左右时,再热裂纹主要沿焊缝原始晶界产生。热处理过程中,当温度升高经过O相单相区时焊缝组织由焊态的B2相几乎完全转变为O相;当温度继续升高进入B2+O双相区后,沿着原始晶界优先发生O→B2+O相转变。在焊接残余应力和相变应力综合形成的高拉应力作用下,B2+O双相和O相基体的界面上开始产生再热裂纹。

变形量对Ti2AlNb／Ti60双合金焊接接头组织和力学性能的影响

对经真空电子束焊接的Ti2AlNb/Ti60双合金件进行了不同变形量的近等温锻造及相同的热处理。采用OM观察接头的显微组织,并对其进行室温和高温拉伸试验。结果表明:变形量由20%升至40%,焊缝融合区组织细化、均匀化明显。变形量增至60%,焊缝融合区发生再结晶及晶粒长大。Ti60基体金属随变形量增大,显微组织等轴化趋势明显。20%和60%变形量条件下均有拉伸试样断裂在焊缝融合区。随变形量增大,焊接件强度先降低后升高,断裂在Ti60合金基体的试样塑性有增大趋势,其中断面收缩率值增加明显。

变形温度对Ti2AlNb/Ti60双合金焊接接头组织性能的影响

研究了近等温锻造温度对Ti2AlNb/Ti60双合金焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:经不同温度近等温变形及相同热处理后,Ti2AlNb/Ti60双合金试样焊缝组织得到明显细化,强度和塑性得到提高,均高于基体Ti60合金;随着变形温度的升高,Ti60合金热影响区显微组织中初生等轴α相逐渐减少,β转组织增多,片状α相变短变粗。因此,合金的室温拉伸强度逐渐升高,塑性逐渐下降;变形温度为1010℃的试样,其焊缝熔合区显微组织较为均匀,塑性相B2含量较多,焊件室温及600℃高温拉伸均表现出较好的强度与塑性匹配。

O相合金Ti2AlNb的超塑性研究进展

以O相为基础的Ti2AlNb合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能,已经成为最具潜力的航空航天高温结构材料。在其实用化进程中,超塑成形是该材料成形加工形成制件的理想工艺。本文综述了Ti2AlNb基合金材料超塑性研究的最新进展,对其超塑变形中的组织特征和变形机制进行了详细讨论。最后,展望了Ti2AlNb基合金超塑性加工未来的发展趋势。

Ti2AlNb基合金等离子表面渗铬层组织结构对耐磨性能的影响

低硬度和较差的耐磨性制约了钛铝基合金在航空领域的应用。为了提高Ti2AlNb合金的表面硬度和耐磨性,采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti2AlNb合金表面进行渗Cr处理,并对其微观组织、扩散特性及显微硬度和耐磨性进行了分析测试。结果表明:经等离子渗铬处理后,可获得约25μm的合金层;渗层中Cr含量随渗层深度有显著变化且在高温条件下因各原子扩散能力的差异,以基体中Al和Nb量的变化为主,在渗层的不同区域形成不同的相,表层以含Cr2Nb的Laves相和Al8Cr5相为主,而在渗层和基体的交界处形成新的无序O相(Ti25.36Al18.44Nb);渗层硬度值由外层的HV1125逐渐过渡到基体的HV432,渗层与基体的界面处由于无序O相的析出而硬度最低。渗Cr处理将合金的摩擦因数由原来的0.24降低到0.15,磨损率降低了60%以上。

Ti2AlNb合金高温拉伸性能研究及本构方程的建立

通过高温拉伸试验研究了Ti2AlNb合金在温度为900~1000℃、应变速率为0.0001~0.01 s^（-1）下变形温度及应变速率对材料伸长率和抗拉强度的影响,并基于试验结果研究了材料应变速率敏感性指数随温度及应变速率的变化趋势。结果表明：Ti2AlNb合金应变速率敏感性指数随温度及应变速率的变化呈先升高后下降的趋势,在温度为975℃、应变速率为0.0005 s^（-1）条件下达到峰值,随后快速下降。通过扩展Rossard提出的粘塑性关系式,修正了基于Backoften方程所建立的应力-应变本构关系式,建立了材料在不同温度下的热变形本构方程。试验结果与模型计算结果基本吻合,可用于表征Ti2AlNb合金在高温下的热变形行为。

热轧态Ti2AlNb合金超塑性变形行为的研究

研究了热轧态Ti2AlNb合金在1193～1233K温度范围内和1×10-5～5×10-4s-1应变速率范围内的超塑性变形行为.结果表明,在上述试验条件下Ti2AlNb合金表现出良好的超塑性,最高延伸率超过600%;合金具有较高的应变速率敏感指数,计算得到Ti2AlNb合金超塑性变形的表观激活能为283.05kJ·mol-1.此时Ti2AlNb合金超塑性变形主要是受晶格扩散所控制的晶界滑动机制,动态再结晶是合金超塑性变形的重要协同机制.

Ti2AlNb基合金TIG焊接头组织与性能分析

采用不加丝和加丝脉冲TIG焊接工艺焊接了厚度为1.5 mm的Ti2AlNb基合金。观察了焊接接头区的组织形貌,测试与分析了接头的硬度和拉伸性能。试验结果表明,焊缝区为树枝晶组织形貌,而且组织分布出现了分层现象;加纯钛焊丝可以使焊缝的等轴晶区扩大;从母材向热影响区和焊缝区过渡,O相含量逐渐减少;由于相组成的变化,焊接接头的硬度分布规律为热影响区的硬度最高,母材次之,焊缝区最低;不加丝和加纯钛焊丝的焊接接头抗拉强度基本相当,而加纯钛焊丝的焊接接头断后伸长率显著提高;不加丝焊接接头的断裂模式为韧脆混合断裂特征,加纯钛焊丝焊接接头为韧性断裂特征。

Al/Cr复合涂层对Ti2AlNb合金抗热腐蚀性能的影响

目的改善Ti2AlNb合金在高温腐蚀盐环境中的耐热腐蚀性能。方法在Ti2AlNb合金表面通过双层辉光等离子渗铬及磁控溅射镀铝技术制备Al/Cr复合涂层,分析涂层热腐蚀前后的微观形貌和物相组成,并探究涂覆Na2SO4盐膜的试样在不同温度下(750、850、950℃)的热腐蚀行为。结果Al/Cr复合涂层组织均匀致密,且与基体结合良好,厚度约73μm,由表及里依次由Al沉积层、Al/Cr合金层、Cr沉积层、Cr扩散层四部分组成。经不同温度Na2SO4盐热腐蚀后,Al/Cr复合涂层腐蚀程度均显著小于合金基体。涂层试样经750~850℃Na2SO4盐热腐蚀后质量变化较小,850℃腐蚀增重仅0.525 mg/cm^2,而经历950℃、40 h熔盐热腐蚀后失重达到73.571 mg/cm^2,且试样截面出现剥离、脱落现象,Al/Cr复合涂层抵抗热腐蚀能力减弱。结论具有涂层保护的试样抗热腐蚀性能明显优于合金基体。Al/Cr复合涂层在750~850℃Na2SO4盐环境中具有良好的热腐蚀抗力,而更高温度段(850~950℃)的热腐蚀抗力下降。Al/Cr复合涂层在Na2SO4盐环境中良好的抗热腐蚀性得益于涂层中Al、Cr元素氧化形成以Al2O3、Cr2O3为主的混合氧化膜,有效阻碍外界氧气及腐蚀性介质侵入基体。

Ti2AlNb基合金板材电子束焊接焊缝组织研究

选用了不同的焊接参数对厚度分别为3、5、7和9mm的Ti2AlNb基合金板进行电子束堆焊,并进行不同制度的焊后热处理.利用OM、SEM、EDS和显微硬度测试等方法对焊缝区域的显微组织特征进行了分析.

W替代对Ti2AlNb基合金电子结构与性能的影响

利用固体与分子经验电子理论计算了Ti2AlNb基合金中外来原子W的不同占位比引起基体电子结构的变化,分析了价电子结构参数nA,σ和ρ的变化及描述原子状态的特征参数nT,nc,nl的变化,讨论了W在不同占位比情况下的价电子结构对合金性能的影响。

粉末冶金Ti2AlNb合金研究进展

回顾了近年来Ti2AlNb合金的研究历程,结合Ti2AlNb合金的应用背景,侧重介绍了粉末冶金近净成形技术制备Ti2AlNb合金的研究现状和应用进展情况,从粉末冶金Ti2AlNb合金的制备、预合金粉末热等静压致密化机制、Ti2AlNb复杂构件研制、粉末冶金Ti2AlNb合金的热变形4个方面对近年来粉末冶金Ti2AlNb合金的主要研究成果进行简要回顾。

Ti2AlNb合金燃烧室支板扩散焊工艺研究

以某型号航天冲压发动机燃烧室支板为研究对象,对Ti2AlNb合金进行了扩散焊工艺技术研究,获得了优化的扩散焊工艺参数,扩散焊试件的室温及高温(650℃)力学性能较优。在此基础上通过焊接工装设计、有限元仿真将扩散焊工艺成功应用于燃烧室支板的生产中,产品各项检测合格,并顺利通过地面热环境试验,实现了国内首次大尺寸Ti2AlNb合金结构件焊接。

真空脱气对粉末冶金Ti2AlNb合金力学性能的影响

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数,x/%)的预合金粉末,并对预合金粉末的化学成分、表面状态及流动性等进行了表征。通过包套热等静压工艺制备了粉末冶金Ti2AlNb合金,研究了真空脱气对粉末冶金Ti2AlNb合金力学性能的影响。结果表明,超声气体雾化法制备的Ti2AlNb合金粉末化学成分批次稳定性好;从粉末填充的工艺性能方面考虑,热等静压成形应选取粒度小于250μm以下的全粒度分布预合金粉末;真空脱气处理可减少粉末冶金Ti2AlNb合金的孔隙缺陷,提升合金拉伸性能的稳定性和高温持久寿命。