不同温度下ZTA15铸造钛合金的组织和性能研究

以ZTA15铸造钛合金为研究对象,测试了不同温度下ZTA15铸造钛合金拉伸性能,并对金相组织和拉伸断口形貌进行了观察。结果表明,ZTA15铸造钛合金单铸板状试样随着拉伸温度的升高,强度逐渐下降,塑性呈先上升后下降的趋势;ZTA15铸造钛合金内部金相组织为魏氏组织,晶内α相呈片层状;ZTA15铸造钛合金的拉伸断口为沿晶断口与穿晶断口的混合状断口,塑性越强,穿晶断裂所占比例越高,韧窝特征越明显;其拉伸韧窝多为非典型长条状韧窝,初步推测与其金相组织中的片层状α相有关;其沿晶断口也非典型的表面光滑冰糖状沿晶断口,而分布着许多长条状韧窝,这同样与金相组织中的片层状晶界α相有关。

ZTA15铸造钛合金材料的性能与应用

研究了ZTA15铸造钛合金材料在不同状态下的微观组织及室温力学性能,并对热等静压和退火状态的常温性能进行了分析。经试验及某航空结构件实际应用结果表明,ZTA15钛合金铸件性能稳定,完全满足技术条件及使用要求。

ZTA15激光焊接试片性能异常原因分析

对力学性能不合格的激光焊接铸造试片外观、断口形貌进行观察,对断口组织、硬度等进行检查,并对比同炉性能合格的未焊接试片样品,比较了合格试片的微观组织。分析了该试片性能异常的原因,主要原因在于浇口附件晶粒过于粗大。

ZTA15Cr铸造钛合金材料的组织及性能

研究了ZTA15Cr铸造钛合金材料在铸造状态和热等静压状态下的力学性能和微观组织。结果表明,ZTA15Cr铸造钛合金在铸造状态下组织以马氏体+晶界α+针状α为主,强度高而塑性较差,力学性能数据分布离散性强,不能满足使用要求;经热等静压处理后,组织中的板条状α+β交叉呈网篮状,塑性有较大提高,可满足航空航天对钛合金铸件的使用要求。

ZTA15铸造钛合金高周疲劳性能研究

目的研究ZTA15铸造钛合金的高周疲劳性能及其疲劳断裂微观机理。方法测试ZTA15铸造钛合金的室温轴向拉伸高周疲劳性能,并对合金的金相组织和断口形貌进行观察与分析。结果随着应力比的提高,ZTA15铸造钛合金的疲劳强度相应提高,疲劳寿命也相应延长。应力比为−1、0.06、0.5时,相应ZTA15铸造钛合金的中值疲劳强度分别为341.5、512.5、643 MPa。疲劳断口形貌显示,疲劳裂纹多萌生于试棒的表面和次表面,裂纹萌生区呈类解理断裂特征。裂纹扩展区可以观察到明显的疲劳辉纹、扩展台阶和二次裂纹等典型特征。结论疲劳失效机理和疲劳性能差异与合金的显微组织有一定的关系。应力比对疲劳性能的影响主要作用于疲劳裂纹的萌生和扩展阶段。

TA15钛合金大棒与ZTA15精铸件的化学成分波动研究

主要介绍了我国航空ZTA15精铸件用TA15钛合金棒材的20余吨原料试制情况,重点是棒料和铸件的化学成分变化情况,同时分析了大棒的显微组织和力学性能。

ZTA15钛合金表面热喷涂WC-12Co涂层的组织及性能

采用超音速火焰喷涂(HVOF)技术在ZTA15钛合金表面喷涂WC-12Co粉末,可以得到较为致密的WC硬质涂层。通过XRD分析发现,涂层内主要相为WC,并伴随少量的W_(2)C和Co_(3)W_(3)C,未发现Co相的存在。涂层与基体之间不存在过渡区,涂层内的组织之间为冶金结合,涂层与基体之间为物理结合,并且涂层与基体之间的结合强度略高于涂层组织自身强度。涂层的显微硬度可达到HV11045,是ZTA15钛合金显微硬度值的3倍。涂层材料断口具有脆性断口特征,涂层材料的强度和塑性均低于钛合金基体。

ZTA15钛合金薄壁壳体加工工艺试验研究

钛合金的难加工性极大地制约了航空航天钛合金薄壁结构件的应用。通过分析钛合金材料特点及切削特性,选取合适的车削刀具提高刀具耐用度,采用设计合理工装改善了工艺系统刚性。利用正交试验法,对干式断续车削工况下ZTA15钛合金薄壁壳体的切削参数进行研究,分析了加工过程中切削速度、进给量和背吃刀量对刀具磨损及壳体变形的影响,并得到最优的切削参数。本研究结果为钛合金薄壁壳体的车削工艺优化奠定了基础,对提高钛合金薄壁结构件的制造水平具有重要意义。

ZTA15钛合金熔模精密铸造浇注用铁基引流工装的优化

针对ZTA15钛合金铸件在加工过程中产生裂纹、掉块的问题,对化学成分、力学性能、金相组织进行检测,并对比正常组织的试样。分析造成该问题的原因,主要是在熔炼浇注过程中,将钛液引入铸型的部分铁基引流工装发生熔化,使铁元素随钛液进入铸件型腔,造成杂质元素铁含量在铸件局部区域增高,降低了β相的转变温度,导致铸件在热等静压或去应力退火过程中产生β相粗晶,形成“β脆性”。提出了浇注用引流工装的一些优化建议。

ZTA15钛合金在不同状态下的组织和性能

采用熔模精密铸造技术制备了ZTA15钛合金棒材,对比研究了ZTA15钛合金铸态、退火、热等静压、热等静压+退火态等不同条件下的组织与拉伸性能。结果表明,TA15钛合金在4种状态下的组织均由α和β两相组成,铸态组织不均匀,存在残余应力,力学性能数据分布离散;退火态、热等静压态和热等静压+退火的组织逐渐趋于均匀,针状α相粗化成片状,力学性能数据分布集中;热等静压+退火的组织和性能均匀性最高,力学性能数据分布集中度最高,为最佳使用状态。

ZTA15钛合金铸棒TIG焊接头组织与力学性能研究

补焊质量直接关系ZTA15钛合金铸件的力学性能及其使用寿命,以TC4焊丝为填充材料对ZTA15钛合金铸棒开展TIG焊接工艺试验,并对焊接接头的组织及室温拉伸性能、400℃拉伸性能和室温冲击韧性进行了分析。结果表明,TIG焊接接头质量良好,未发现任何气孔、裂纹、未熔合等缺陷;焊缝及热影响区组织均由针状马氏体α’相+片状α相+β基体组成。焊接接头室温、400℃的抗拉强度和屈服强度均高于ZTA15铸棒,断后延伸率分别达到母材的41.8%和37.2%,而室温冲击韧性达到母材的95.5%。室温、400℃拉伸试样的断裂位置为母材区,断裂机制均为准解理断裂。

ZTA15钛合金精铸件X射线检测黑斑成因分析

某ZTA15钛合金精铸件X射线检测时发现黑斑,疑似缺陷。采用着色检验、低倍检验、金相检验、硬度试验、化学成分分析等方法对黑斑成因进行了分析。结果表明:该X射线检测黑斑显示为铸造补焊组织所致,而非铸造缺陷。

ZTA15钛合金铸件开裂原因分析

ZTA15钛合金铸件在机加工过程中开裂纹。为揭示铸件开裂的原因,对开裂的铸件进行了宏观检验、断口分析、金相检验和硬度测定。结果表明:铸件中有大尺寸氧化铝夹杂,导致其在机加工应力作用下开裂。

氧含量对ZTA15钛合金显微组织和性能的影响

采用熔模精密铸造方法制备了氧含量为0.10%和0.12%的ZTA15钛合金材料,并进行热等静压处理,研究氧含量对ZTA15钛合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:铸态和热等静压态的ZTA15钛合金组织均为典型的魏氏组织,随着氧含量的提高,合金组织得到明显细化,提高了室温与高温拉伸强度,而塑性与冲击韧性有所降低。氧含量由0.10%上升至0.12%,ZTA15钛合金室温抗拉强度提高约27 MPa,伸长率下降约3%,冲击韧性下降约19 J/cm^(2),同时高温500℃抗拉强度提高约40 MPa,伸长率下降约4.5%,冲击韧性由约90 J/cm^(2)下降至43 J/cm^(2)。

ZTA15框架型钛合金铸造技术研究

研究了企业在常规生产工况下,针对牌号ZTA15的框架型钛合金铸件,型采用石墨机加型铸造工艺,通过合理设计浇注系统,提前做好风险预防措施,最终达到金属液充型迅速且平稳,减少冷隔等表面缺陷,创造出金属液顺序凝固条件,最终浇注成型钛铸件产品,经X射线探伤、理化性能试验、尺寸检查后,得到满足前期技术设计要求的ZTA15钛合金铸件。

热等静压对ZTA15钛合金组织及性能的影响分析

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电化学工作站和电子万能试验机等测试分析方法研究了热等静压处理前后ZTA15钛合金显微组织的演变规律及其对力学性能和电化学性能的影响。结果表明,铸造态ZTA15的低倍组织形貌表现为粗大的初始β晶粒,微观组织结构为典型的魏氏组织和网篮组织结构。经过热等静压高温高压共同作用后,ZTA15钛合金发生了蠕变和塑性变形,内部缺陷愈合,组织较铸态明显均匀且α相和β相都发生长大,材料的屈服强度和抗拉强度稍有下降,但是耐腐蚀性能提高,断后伸长率和断面收缩率显著提高。

ZTA15钛合金小型复杂厚壁类铸件的缩孔分析及工艺改进

介绍ZTA15钛合金航空用小型厚壁类铸件的结构特点及铸造工艺,分析了原工艺铸件热节及缩孔缺陷的特征及形成原因。采取了两种改进措施,一是立式增加厚区补缩浇道的阶梯式浇注,二是采用了卧式底注联合排气冒口工艺。通过生产实践验证,采用卧式底注联合排气冒口工艺,通过增加法兰内浇道数量,缩短内浇道补缩距离,减小冒口颈截面尺寸,加长冒口长度尺寸等措施,消除了铸件缩孔、缩松缺陷,使X探伤检测的一次合格率提高至100%。

酸洗对ZTA15钛合金表面污染层及化学成分的影响

利用熔模精密铸造技术制备了ZTA15钛合金试棒。采用金相法观察和测定表面污染层厚度,制定酸洗量。酸洗前后,使用2点直径测量法和金相法确定污染层去除情况;酸洗后进行真空退火,从3种状态试棒表面取样进行化学成分试验,检测氢、氧含量的变化情况,研究了酸洗对ZTA15钛合金表面污染层及化学成分的影响。结果表明,ZTA15钛合金表面污染层厚度为0.1~0.2 mm,当酸洗液中氢氟酸、硝酸和热水按照30%∶30%∶40%的质量比配制、温度40~60℃、酸洗时间60 min以内、酸洗量0.25 mm±0.05 mm时,可以彻底去除硬度高、塑性低的α污染层,避免在后续变形或受力时导致脆化或产生裂纹,提高其使用性能。ZTA15钛合金酸洗后表面有轻微的吸氢,氧含量无明显变化,经真空退火后又有析氢,表面氢含量始终满足<0.01%的要求,不会产生氢脆等对成分性能不利的情况。

壁厚和铸造缺陷对ZTA15钛合金组织及性能的影响

利用熔模精密铸造技术,制备了圆柱形和哑铃形的ZTA15钛合金试棒(铸态),然后进行热等静压处理(HIP态),采用室温拉伸、显微组织观察、晶粒度评定、X射线探伤、扫描电镜(SEM)及能谱分析等方法,研究了壁厚和铸造缺陷对ZTA15钛合金组织及性能的影响。结果表明:铸态ZTA15钛合金存在残余应力和缩松类铸造缺陷,影响其力学性能,对工程化应用不利;壁厚影响ZTA15钛合金力学性能,壁薄位置晶粒度级别较高,铸态残余应力较大,力学性能反而较低,经热等静压后残余应力得到消除,力学性能稍有提高,为较佳使用状态;缩松类缺陷经热等静压后压实闭合,扩散结合成致密、均匀组织,提高了力学性能,且数据分布集中;夹杂类缺陷对ZTA15钛合金的力学性能不利,尤其是塑性。

铸造钛合金表面氩弧熔覆钛基复合材料的研究

使用氩弧熔覆技术在铸态ZTA15钛合金表面预置石墨粉,获得厚度约1mm的钛基复合材料熔覆层。熔覆层内主要相为α-Ti和TiC,且TiC相以树枝晶形态弥散分布。熔覆层显微硬度最高可达HV_1443,相比铸态基体硬度值提高了33%。