TiAl金属间化合物定向技术研究进展

TiAl合金具有低密度和良好的高温性能,被视为航空航天领域极具应用潜力的一类新型结构材料。具有柱晶/单晶组织特征的全片层结构TiAl合金展现出极为优异的高温综合力学性能。本文首先介绍了定向TiAl合金的发展背景、定向组织、力学性能各向异性等基本概念;然后,基于工作原理、关键技术、组织特征三个层面,对传统Bridgman法、光学浮区法、电磁约束以及电磁冷坩埚等定向技术进行了论述;进一步,结合最新研究成果,对定向退火制备TiAl合金的工作进行了阐述;最后,展望了TiAl合金定向技术的研究方向,指出需要从优化成分设计、组织/相变可控、大尺度定向晶稳定制备等方面发展新原理与新技术。

异质结构CoCrFeNiW高熵合金的拉伸性能和强化行为

采用真空电弧熔炼方法制备Co_(30)Cr_(30)(FeNi)_(40-x)W_(x)(x=0~8%(摩尔分数),分别简化为HWO~HW8)高熵合金。研究铸态和退火态合金的显微组织和拉伸性能。结果表明,HW2和HW4具有单一的FCC相。随着W含量和退火温度的增加,细小粒状μ相的面积分数增加且分散在FCC基体中。软FCC基体和硬μ相构成应变不相容的异质结构。随着W含量从0增加到8%(摩尔分数),屈服强度和抗拉强度分别从278和629 MPa提高到530和839 MPa,应变维持在33%。退火后的HW8表现出优异的屈服强度(810 MPa)和抗拉强度(1087 MPa)。屈服强度的提高归因于固溶、沉淀和背应力强化。异质结构中产生的背应力强化作用诱导高硬化行为,在提高抗拉强度和塑性方面发挥着主导作用。

Ti−6Al−4V合金板材在电脉冲辅助弯曲过程中的显微组织演变及成形性能

在有效电流密度为0~3.2 A/mm^(2)、占空比为10%~70%条件下对Ti−6Al−4V合金板材进行电脉冲辅助弯曲实验。结果表明:当有效电流密度从0增加到2.4 A/mm^(2)时,弯曲成形位移从9.15 mm增加到15.60 mm;同时,裂纹的尺寸和宽度减小。此外,当弯曲位移为8 mm时,回弹角随着有效电流密度的增加而减小。占空比同样影响弯曲角,在30%占空比条件下能获得最小的弯曲角135.0°。板材的热稳定温度随着有效电流密度的增加而增加,但是与占空比呈非线性关系。此外,在电脉冲辅助弯曲过程中出现了晶粒粗化、{0001}织构强度增加和亚晶粒发展。电脉冲使位错密度降低且加速位错的重排,促进α晶粒内亚晶粒的形成,从而改善合金的成形性。电脉冲的非热效应提高了Ti−6Al−4V合金板材的低温成形性,使其与高温下的成形效果类似。

V形截面管充液压制圆角充填行为研究

基于力学分析,利用有限元模拟和充液压制成形实验研究了V形截面管圆角成形所需内压。在不同内压下对成形管材壁厚的变化进行了充液压制实验研究。并通过理论计算选择合适的实验参数,成形出符合要求的扭力梁结构件。结果表明:圆角半径越小,成形所需内压越大;V形截面管内圆角半径随着内压的增加而减小,外圆角半径随着内压的增加而增大;V形截面管壁厚增厚主要发生在上侧圆角区,减薄主要发生下圆角区,并且最大减薄发生在下圆角中心区。

2219铝合金变厚度板坯充液拉深工艺研究

针对运载火箭燃料贮箱整体箱底采用厚板旋压、再机械加工的方法存在的易开裂、加工量大的问题,提出了先机械加工获得变厚度板坯,再拉深成形的制造方法。圆形变厚度板坯具有中间薄、外缘厚的形状特点,成形中存在薄区易开裂的问题,为此采用充液拉深并结合弹性垫板的成形方法。通过数值模拟和工艺实验,研究液压和弹性垫板对变厚度板坯拉深成形壁厚及应变分布的影响规律。研究结果表明,增大液压和设置弹性辅助板能够增大界面摩擦,降低拉深试件的最大壁厚减薄率,改善薄区的壁厚分布。当液压为5.2 MPa、弹性辅助板厚度为5 mm时,试件最大壁厚减薄率为8.8%,相较于普通拉深降低34%。

密封舱结构材料5B70铝合金高温压缩实验与晶体塑性模拟研究

为探究5B70铝合金高温变形行为,利用Gleeble-1500模拟实验机在不同参数下对该合金进行了热压缩实验,通过ABAQUS有限元分析软件在介观维度建立了5B70铝合金Taylor模型并进行了热压缩模拟,阐述了该合金热变形过程中的组织演变及位错密度分布规律。结果表明:在高温条件下试样的形变是由硬化作用和软化作用共同影响的;多晶体内部分为硬晶粒和软晶粒,在热压缩时硬晶粒的应力较小,但内部位错密度较大,而软晶粒的应力较大,但内部位错密度较小;当温度一定时,5B70铝合金的流动应力随着应变速率的增大而增大,应变速率一定时,该应力随着温度的升高而减小;晶体塑性模拟能够准确地反映5B70铝合金热压缩时的加工硬化及动态软化作用,解释了微观结构变形机理。

工业级5083铝合金市域车车门正反胀超塑性成形工艺

以工业级5083铝合金为研究对象,对市域车车门的铝合金外壁板的正反胀超塑性成形工艺进行了研究。对工业级5083铝合金在400~560℃,应变速率5×10^(-4)~5×10^(-3)s^(-1)下的单轴拉伸试验进行了研究,结果表明:工业级5083铝合金具有较好的高温伸长率,在480℃和10^(-3)s^(-1)条件下,最大伸长率为242%。基于高温拉伸得到的应力-应变曲线,构建了5083铝合金超塑性成形本构模型。设计了带嵌环的正反胀超塑成形凸模和凹模,通过嵌环与凸模或凹模的配合,可以实现一套模具完成左、右两侧车门的正反胀超塑成形。利用MSC.MARC软件对市域车左侧车门外壁板的正反胀超塑成形工艺进行有限元分析,选择合适的正反胀时间和压力,最薄部位位于窄侧把手与门框之间,最小厚度为2.56 mm。最后进行了左侧车门外壁板的正反胀超塑成形试验,成功地制造了表面质量良好、型面精度满足要求的左侧车门外壁板。外壁板最小厚度2.69 mm,最大减薄率为32.75%,出现在窄侧把手与门框相接位置,与模拟结果相一致。

TiB、TiC和Y_(2)O_(3)增强钛基复合材料的蠕变行为和组织演变

采用感应熔炼法制备(TiB+TiC)和(TiB+TiC+Y_(2)O_(3))增强钛基复合材料。蠕变试验在650℃和120~160 MPa下进行,通过XRD、SEM和TEM对铸态试样和蠕变试样的显微组织演变进行详细表征。结果表明,两种复合材料的铸态组织均为网篮组织。在相同的蠕变条件下,添加Y_(2)O_(3)的复合材料具有更低的稳态蠕变速率。蠕变后,在α/β界面、溶解的β相和增强体周围有硅化物析出,这些硅化物对位错有很强的钉扎作用。因为存在贯穿TiB晶须的层错结构,所以TiB周围的硅化物尺寸明显大于TiC和Y_(2)O_(3)周围的硅化物尺寸。蠕变变形主要受溶质阻力控制,位错运动还受到α/β界面、增强相和硅化物的影响。

5083铝合金动车车窗超塑气胀成形工艺

超塑气胀成形工艺是复杂薄壁零件成形的主要技术.以5083铝合金为研究对象,利用Marc有限元软件对动车车窗的超塑气胀成形工艺进行研究,选择合适的正反胀时间和压力,设计了3套不同的反胀模具(底面左上端圆角大小不同以及左端是否有凸槽),依次进行热冲压、反胀及正胀有限元分析,最终得出正确的超塑气胀成形模具.结果表明:反胀过程中储料的多少对成形件有显著影响;其中两种成形件的右边储料过多,刚性太大,正胀时难以变形,出现褶皱缺陷,而另外一种成形件由于模具左端设有凸槽减少了储料,刚性也减小,故易于变形且无明显缺陷;成形件最小壁厚为2.496 mm,位于车窗内边缘棱边处,最大减薄率为37.6%,与模具贴合良好且质量稳定,整体壁厚分布均匀.

钛铝合金电磁冷坩埚定向凝固技术的研究

介绍了针对高活性Ti及TiAl合金电磁冷坩埚定向凝固技术的研究结果。通过系统地对近矩形冷坩埚电磁场、温度场及其耦合作用的实验及分析,初步建立了温度、电磁压力与半悬浮熔体间以及它们与电磁冷坩埚系统主要参数之间的规律性关系。在此基础上制备出冶金质量较好具有定向凝固组织的Ti合金及TiAl金属间化合物的近矩形截面样件。

加载路径对扭力梁内高压成形壁厚分布和精度的影响

为研究加载路径(内压力和轴向补料的匹配关系)对扭力梁内高压成形的影响,通过数值模拟和试验研究的方法,研究了不同加载路径对局部截面壁厚分布和管件成形精度的影响规律.研究发现:当补料初始压力过低时,在端部区域起皱;当补料初始压力过高时,补料全部集中在端部区域;当补料量过小时,壁厚改善不明显;补料量过大时,端部区域起皱.研究结果表明:初始压力为30 MPa,补料量15 mm时为合理加载路径,此时内高压成形件壁厚减薄较小,成形精度较高.

双级雾化快速凝固高硅铝合金粉末形貌及组织特征

采用双级雾化装置制备了四种铝合金粉末，分析了粉末的粒度组成、颗粒形貌和微观组织．计算了粉末的冷却速度．双级雾化粉末的平均粒度比单级气体雾化粉末细两倍，平均冷却速度高一个数量级；Ａｌ－Ｓｉ二元合金中，细小颗粒的微现组织主要由不同Ｓｉ含量的块状过饱和固溶体组成．

纳米WC-Co复合粉末的制备工艺及其烧结特性

综述了纳米WC -Co复合粉末制备工艺的国内外研究进展 ,总结了纳米WC -Co硬质合金复合粉末的烧结特性 ,并对目前国内外的研究现状进行了分析 。

B元素对Ti-46Al和Ti-46Al-5Nb合金柱状晶组织的影响

B元素对Ti-46Al和Ti-46Al-5Nb(原子分数,%)合金的柱状晶组织均有明显的细化作用,且对后者的细化效果更显著.这一现象可归结为:B元素在Ti-46Al-5Nb合金中的溶解度较低,硼化物析出量增加,柱状晶组织进一步细化.

高比分SiC_p/2024铝基复合材料激光原位焊接头断裂行为

以Ti-6Al-4V合金作为中间层对45%(体积分数)的SiCp增强铝基复合材料进行激光原位焊接,对比分析了不同焊接条件下的接头断裂行为.结果表明,钛夹层厚度为0.5 mm时,有利于获得成形良好、界面结合性紧密的接头.接头断裂位置位于焊缝中心,抗拉强度可达母材强度的50%,此时的断裂机制为准解理断裂;钛夹层厚度增加到0.8 mm时,焊缝中易出现气孔、未熔合缺陷,界面反应也不充分,接头断裂位置位于接头界面,抗拉强度较低,断裂机制多为脆性断裂.

管件外压成形的数值模拟及屈曲特征分析

对采用液体介质在管坯外部施加压力,使坯料横截面缩小并成形到置于其内部的芯模上的外压成形方法进行了有限元数值模拟研究.分析了影响管件屈曲变形特征和成形过程的主要因素.研究表明:随着管坯长度的增加,环向屈曲波数减少,临界屈曲压力降低;随着管坯厚度的增加,环向屈曲波数减少,临界屈曲压力升高;带有一定不圆缺陷的管坯的临界屈曲压力与理想管坯相比降低很多,但在成形后期对壁厚和成形效果无明显影响.

Microstructure,mechanical properties and dry wear resistance of β-type Ti-15Mo-xNb alloys for biomedical applications

In order to study the effect of element Nb on the microstructure and properties of the biomedical β-type Ti-Mo based alloys,Ti-15Mo-xNb（x=5,10,15 and 20 in %） alloys were investigated.The dry wear resistance of β-type Ti-15Mo-xNb alloys against Gr15 ball was investigated on CJS111A ball-disk wear instrument.Experimental results indicate that crystal structure and morphology of the Ti-15Mo-xNb alloys are sensitive to their Nb contents.Ti-15Mo-xNb alloys match those for β phase peaks and no any phases are found.The Vickers hardness values of all the Ti-15Mo-xNb alloys are higher than HV200.The compression yield strength of the Ti-15Mo-5Nb alloy is the lowest and that of the Ti-15Mo-10Nb alloy is the highest.For all the Ti-15Mo-xNb alloys,the friction coefficient is not constant but takes a higher value.In dry condition,SEM study reveals deep parallel scars on the wear surfaces of all the Ti-15Mo-xNb alloys under different loads.The friction coefficient of the Ti-15Mo-5Nb alloy under 1 N is the lowest.The wear principal mechanism for Ti-15Mo-xNb alloys is adhesive wear.

液相烧结六方氮化硼陶瓷

解决六方氮化硼陶瓷烧结致密化问题是提高陶瓷性能的主要途径.以六方氮化硼为基体材料,通过研磨工艺降低粉体粒度,然后以Al2O3、Y2O3和B2O3为添加剂,在N2气氛下,均匀升温到1 700～1 850℃无压烧结.通过分析烧结体的显微结构和物相表明,随Y2O3和Al2O3含量的增加,烧结体的致密度明显提高,相对理论密度为80%,弯曲强度上升到67.5 MPa,并且B2O3作为一种烧结助剂可以有效地提高烧结体的致密度、降低材料的烧结温度.研究结果表明液相烧结六方氮化硼在实际应用上是可行的.

PSZ/Mo功能梯度材料的优化设计

在测量不同成分的热压PSZ/Mo功能梯度材料物理性能基础上,利用有限元分析方法,对材料进行了优化设计,确定了最佳成分分布因子、层数和每一层的厚度,对优化设计的PSZ/Mo功能梯度材料在稳态温度场的热应力进行了计算。在此基础上,用热压烧结的方法制备了六层结构的PSZ/Mo功能梯度材料。

PSZ/Mo功能梯度材料

利用有限元分析方法,对PSZ/Mo功能梯度材料进行了优化设计,确定了最佳形状因子、层数和每一层的厚度。在此基础上,用热压烧结方法制备了六层结构的PSZ/Mo功能梯度材料。利用自制的FGM热性能测试仪,对制备的试样进行了热震性能实验,通过该实验条件下应力场和温度场的有限元计算,阐述了PSZ/Mo功能梯度材料优良抗热震性的原因。