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%。

高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al的刀具磨损试验研究

针对切削加工Ti-10V-2Fe-3Al钛合金时刀具磨损迅速、加工效率低的问题,开展硬质合金刀具高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al的刀具寿命试验,以研究刀具的磨损机理,分析刀面磨损的发展以及对切削力的影响。利用扫描电子显微镜观察了后刀面磨损区域的微观形貌并对元素成分进行了能谱分析。实验结果表明:高速铣削Ti-10V-2Fe-3Al时硬质合金刀具的磨损形式为后刀面带状磨损与局部崩刃,伴有明显的切屑黏附与热裂纹;磨损区域有工件材料的元素向硬质合金内扩散的迹象出现;切屑流的黏附与撕扯导致硬质合金的颗粒脱落,切削刃逐步退化为洼形区域,其与后刀面交界的棱边代替原切削刃进行切削直至剥落。

东北冷涡背景下V-3θ图在锦州市强对流天气提前判断中的应用

利用常规观测资料、欧洲中心数值预报模式资料以及锦州站的探空资料,对辽宁省锦州市2010—2019年5—10月近10年东北冷涡背景下强对流天气(冰雹、短时强降水、阵性大风、雷暴)过程的V-3θ图特征进行对比分析。结果表明,超低温、θ曲线有拐点以及θ_(sed)和θ^(*)与T轴成钝角能够作为预报强对流天气的初始条件;冰雹天气过程的滚流效应最明显;短时强降水及阵性大风发生前低层湿度条件好,但相比而言短时强降水的湿层较为深厚。V-3θ图与T-lnP图相比,V-3θ图因特殊层的存在能够提前判断强对流天气的发生发展,同时能够在T-lnP图上部分对流指标不明显的时候提供较好的对流潜势判断。

NaF-Na_(3)PO_(4)-H_(2)O体系相图与热力学模型

NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系是稀土矿物加工的典型盐水体系,开发氟、磷回收工艺需要该体系的相图和热力学模型支持。利用等温溶解平衡法测定了273.15 K、298.15 K、323.15 K和348.15 K的固液相平衡数据,并基于eNRTL模型框架构建了该体系从最低共熔点到348.15 K的热力学模型。实验结果表明:NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系存在NaF、Na_(3)PO_(4)·12H_(2)O、Na_(3)PO_(4)·8H_(2)O和复盐NaF·2Na_(3)PO_(4)·19H_(2)O 4个固相物种;其中复盐在各温度均占据三元体系的主要相区,磷酸钠水合物的相区极窄,很难单独成盐,NaF相区相对较大并随温度升高而增大。热力学模型研究较好地表达了NaF–H_(2)O、Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系的多温离子活度系数、溶液渗透系数、二元体系相图,获得了盐水作用参数和6个固相的热力学数据;通过对三元体系多温相图数据的有效表达,获得了盐-盐作用参数和复盐的热力学数据,在此基础上推测了NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系相图结构,获得了难以实验测定的9个零变量点和9条单变量共饱和线,从而得到了全部固相的平衡相区,并给出了NaF–Na_(3)PO_(4)–H_(2)O体系完整相图,为更复杂体系的热力学表达以及工业应用提供了参考依据。

退火温度对Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金显微组织和织构的影响

研究了退火温度对Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金丝材显微组织和织构的影响。结果表明,随着退火温度的提高,初生α相的形态逐渐由条状α和球状α的混合组织向球状组织过渡,晶粒尺寸逐渐增加。当退火温度达到880℃时,转变成粗晶片状组织。两相区退火时,α相出现（φ1,～0°,φ2）织构组分,其强度随着退火温度的升高而略有增加,β相（φ1,～0°,φ2）织构组分随着退火温度的升高逐渐增强。β区退火后织构依然明显,α和β相织构分别主要为（φ1,～0°,φ2）和（φ1,～45°,0°）。两相区退火加热时,α和β相发生了原位再结晶和形核长大再结晶,在随后的炉冷过程中,β相向α相的转变主要是以在原有α相颗粒上的长大机制进行。

应变速率对β固溶Ti-10V-2Fe-3Al合金应力诱发马氏体相变的影响

研究应变速率对β固溶处理的Ti-10V-2Fe-3Al合金应力诱发马氏体相变的影响。结果表明,随着应变速率由5×10-4 s-1增加到1 500 s-1,合金都发生应力诱发马氏体转变,且诱发应力随着应变速率的增加而增加。金相形貌及XRD分析显示,在所有的应变率下,合金拉伸后的微观组织均由针片状α″相和β基体相组成。应用热激活界面运动模型及拉伸过程的温度升高解释了随着应变速率的增加,诱发应力增加的现象。

Ti-10V-2Fe-3Al合金热工艺的研究

利用Gleeble 15 0 0热模拟试验机以压缩变形方式研究了Ti 10V 2Fe 3Al合金热变形行为,并研究了经不同变形参数变形后两种热处理制度下微观组织的变化。研究结果表明,合金在β相变点以上或以下的变形时,变形速率和变形温度对合金的流变应力影响不同。在相变点以下变形时,相同应变下变形温度的选择并没有明显影响合金最终的微观组织,合金在变形过程中没有发生动态再结晶。具相同应变时,较高的应变速率比较低的应变速率更容易破碎合金中的初生α相。经过变形和热处理后,同一温度变形的合金在低应变速率下变形时比较高应变速率有较大的晶粒(相变点及以上)和较长的α相(相变点以下)。

热处理对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al合金组织和性能影响

通过扫描电镜(SEM),光学显微镜(OM)和X射线衍射分析(XRD)等对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al(Ti5523)合金棒材分别经固溶和固溶时效处理后得到的微观组织,相含量等进行分析,结合性能数据,分析了微观结构对性能的影响。研究发现,在720℃固溶0.5 h,并在540℃时效6 h后,获得了一种规则的垂直有序排列的亚结构,这种网篮状亚结构起到了组织细化的作用,从而使得断面收缩率非常高。研究还发现,两相区固溶后析出相不仅使得强度提高,对材料的塑性也有贡献。

Ti-10V-2Fe-3Al合金热变形的研究

利用Gleeble3500热模拟试验机对Ti-10V-2Fe-3Al合金两种状态在不同变形温度及不同变形速率条件下的热变形行为进行了研究。结果表明,不同初始状态对合金的应力应变行为影响较大,经过固溶处理后在低于相变点变形时合金的流变应力比较高,但在高于相变点变形时流变应力没有明显差异;合金的应力指数与合金的状态和应变速率有关,大概以0.1s-1为界分为低应变速率和高应变速率两部分;合金的表观激活能与材料的状态、变形温度及变形速率有关。当两种状态下的合金在温度为650～800℃、应变速率为0.001～0.1s-1范围内变形时,β相内只发生动态回复,而α相除了发生动态回复外还可能发生动态再结晶;合金在相变点以上变形时只存在着单一的动态回复机制。

应用人工神经网络模型预测Ti-10V-2Fe-3Al合金的力学性能

采用人工神经网络方法建立了Ti-10V-2Fe-3Al合金机械性能预测的神经网络模型。模型的输入参数包括变形温度、变形程度、固溶温度、时效温度等热加工工艺参数和热处理制度。模型的输出为钛合金最重要的5个机械性能指标,即抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率和断裂韧性。与传统回归拟合公式相比,该模型具有容错性好、通用性强等优点。该模型可以预测Ti-10V-2Fe-3Al合金在不同热加工工艺参数和热处理制度下的机械性能,也可以用于优化热加工参数和热处理制度。

VAR工艺参数对Ti-10V-2Fe-3Al铸锭凝固行为的影响

采用真空自耗电弧熔炼(VAR)工艺制备Ti-10V-2Fe-3Al铸锭,研究了熔炼电流和搅拌磁场等工艺参数对铸锭凝固行为的影响,并对真空自耗电弧熔炼过程中起弧、熔炼、补缩等阶段的凝固组织及熔池形貌进行了分析。结果表明,在未加搅拌磁场时,熔池较窄,铸锭组织粗大,而施加搅拌磁场后,熔池变宽且旋转明显,铸锭宏观组织中的晶粒变小;随熔炼电流增大,熔池加深,凝固组织中的晶粒变得粗大。

固溶态Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金断口形貌与塑性关系分析

对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金Φ10mm棒材在不同固溶温度下的拉伸断口形貌进行分析,并研究了断口形貌特征与力学性能之间的关系。结果表明:按照传统的断口分析理论,该材料随着固溶温度升高,塑性下降,实际测试结果却相反,该材料随固溶温度升高,在相变点以下,塑性缓慢升高,在相变点以上,塑性迅速增大;该材料的力学性能受相组成的影响,β相含量越多,棒材的拉伸强度降低,塑性升高;当固溶温度为840℃时,该材料拉伸后的宏观断口平直光滑,微观断口出现尺寸约40μm形状规则的β晶粒,棒材塑性较好。

淬火温度对Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金形变诱发马氏体的影响

通过测试不同淬火温度下的拉伸应力应变曲线、750-790℃淬火拉伸断裂后均匀变形区域的X射线衍射谱研究了淬火温度对Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金形变诱发马氏体的影响。结果表明：该合金在750-790℃淬火后拉伸变形机制为亚稳定β相变形诱发马氏体转变,790℃淬火合金在6.5%的变形量下亚稳定β相基本完全转变为α″马氏体。790℃淬火后拉伸形成应力诱发马氏体,β立方→α″σ;750℃淬火后拉伸形成应变诱发马氏体,β立方→β正方→α″ε。形变诱发α″相在拉伸变形时发生晶格重新取向：[010]α″方向平行于拉伸轴线,[100]α″方向垂直于拉伸轴线。

真空自耗电弧熔炼电流对Ti-10V-2Fe-3Al铸锭凝固组织的影响

研究真空自耗电弧熔炼(VAR)条件下熔炼电流对Ti-10V-2Fe-3Al合金凝固组织的影响,分析VAR熔炼中熔池内部的对流类型,基于安培定理,建立VAR熔炼条件下熔池中的洛仑兹力与电流、磁场及铸锭半径的关系。结果表明:熔炼电流较低时,浮力的影响占据主要地位,加速热量的散失,铸锭中组织细小;随着熔炼电流变大,熔池中电磁力(洛伦兹力)的影响逐渐占据主要地位,将表面的热量带入熔池内部,增大了温度梯度,使铸锭组织变得粗大。

Ti-5Mo-5V-1Cr-3Al合金的热压缩变形行为研究

采用恒应变速率热压缩模拟实验,对Ti-5Mo-5V-1Cr-3A1（简称1Cr）钛合金在应变速率0.001～1s-1、变形温度700～900℃条件下进行研究.结果表明：该材料的流变应力对温度与应变速率敏感：当变形温度为700～800℃时,真应力-真应变曲线呈现动态再结晶单曲线特征;当变形温度为800～900℃时,低应变速率（0.001s-1）的真应力-真应变曲线呈现动态再结晶多应力峰值曲线特征,高应变速率（0.01～1s-1）的真应力-真应变曲线呈现动态回复曲线特征.1Cr合金在等温压缩变形时的流变行为可用包含Zener-Holomon参数的Arrhenius本构方程描述,变形激活能为456kJ/mol.金相结果显示,材料在热压缩过程中的动态行为除了与变形速率、变形温度等加工参数相关外,也与相应温度、变形速率下材料的组织及相结构有关.合金在低应变速率0.001s 1下热压缩变形时,在接近相变点或以上（800～900℃）温度范围内仍呈现动态再结晶行为,这与材料在此阶段发生的应变诱发马氏体转变密切相关,马氏体相的析出促使材料在热变形时趋向于发生动态再结晶行为.

Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo合金的压缩超塑性

对Ti 2 4Al 14Nb 3V 0 5Mo合金的超塑压缩变形行为进行了研究·结果表明 ,该合金的最佳超塑温度为 980℃ ,最佳应变速率范围为 (2× 10 -4 ～ 2× 10 -3 )s-1· 在超塑变形过程中 ,条状O相和α2 相中发生了动态再结晶和等轴化过程 ;B2相中发生了动态回复·新形成的硬相等轴晶粒可在软的基体中滑动和转动 ,造成的应力集中由B2相中的位错运动松弛·

Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si/SiC_P复合材料热加工工艺的研究

研究了多层喷射沉积Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si/SiCP复合材料的热加工工艺,以及不同工艺对其力学性能的影响。通过调整不同的工艺参数来获得最优化的工艺,并通过金相、X-射线、扫描电镜、透射电镜观察了在不同加工过程中复合材料的显微组织,分析了工艺参数对其加工性能以及最终力学性能的影响。结果表明,在490℃通过挤压后再轧制以及模压后再轧制的Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si/SiCP复合材料具有突出的室温性能和高温性能,热压后轧制得到的板材室温抗拉强度达620 MPa,315℃下抗拉强度达300 MPa,400℃下抗拉强度为185 MPa。分析认为其突出的室温性能和高温性能主要是得益于复合材料中的颗粒状SiC与基体的结合状况良好以及材料中弥散析出的Al13(Fe,V)3Si相、喷射沉积工艺得到的细小晶粒(约800 nm),并且通过大量变形形成晶粒内和晶界附近的位错缠结以及喷射原始颗粒边界氧化皮的破碎而产生的强化。

固溶温度对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金棒材组织和性能的影响规律

研究了固溶温度对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明,钛合金固溶处理温度在相变点以下,空冷后,显微组织由β相、初生α相以及次生α相组成。随着固溶温度的升高,显微组织中β相晶粒尺寸增大,晶界α相厚度减小,产生有序化现象,而次生α相数量和尺寸减小,使合金的强度降低,塑性升高,但固溶处理温度为800℃时,网状晶界α相使塑性迅速下降;当固溶处理温度在相变点以上,Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金重新形核并长大,随着固溶温度的升高,β相晶粒尺寸增大,初生α相数量减少,强度和塑性都下降,过冷β相晶粒发生应力诱发马氏体现象。

具有α″马氏体组织的Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金拉伸变形行为

研究了具有α″马氏体组织的Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金拉伸变形行为。结果表明:具有α″马氏体组织的Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金具有较低的屈服强度和良好的塑性。在拉伸变形时,α″马氏体晶格重新取向:[010]α″方向平行于拉伸轴线,[100]α″方向垂直于拉伸轴线;b/3a增加,产生了斜方结构α″向密排六方结构α′相的转变。应变产生的α″→α′马氏体转变为位移型无扩散二级相变,热力学计算表明,在拉伸变形条件下发生α″→α′马氏体转变时,体系的自由能降低。

Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr热处理工艺正交试验法优化

采用正交试验法研究固溶温度、冷却方式、时效温度、时效时间四因素对Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr合金强度和塑性的影响。结果表明,冷却方式对合金的强度和塑性影响最大,时效温度次之。当固溶温度为820℃、冷却方式为空冷,时效温度和时效时间分别为580℃和4 h时,Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr合金的抗拉强度为1335 MPa,屈服强度为1320 MPa,延长率为9.5%,断面收缩率为29.0%,该合金具有良好的强塑性匹配。