双重退火对形变TC4钛合金组织与性能的影响

本文研究了双重退火热处理对变形TC4钛合金显微组织及性能影响,实验结果表明:随着一重退火温度的升高,组织尺寸发生长大,分布较为均匀,材料的强度随退火温度的升高而下降,而塑性增加;双重退火后,材料内部析出次生α相数量增多,尺寸增大,得到典型的等轴α+晶间β组织,较一重退火强度有所降低,而塑性有很大的提升。     

EBM成型TC4钛合金研究进展

电子束熔化成型技术（electron beam melting,EBM）是3D打印的代表性技术之一,特别适合传统工艺不易加工的Ti-6Al-4V合金（TC4钛合金）的快速成型,目前在航空航天、化工、生物医疗等领域展示出巨大的应用前景。从EBM的原理出发,综述了EBM制备TC4钛合金的显微组织、缺陷以及力学性能。分析了受成型工艺参数和成型件位置等因素影响的冷却速度的变化所导致的TC4钛合金的显微组织发生变化;并指出了导致TC4钛合金出现缺陷的主要原因。EBM成型TC4钛合金的拉伸性能已与锻造TC4钛合金相当,其较低的疲劳强度可以通过热等静压处理提高。     

不同加工方式对TC4钛合金组织与力学性能的影响

分别采用激光快速成型(3D打印)技术、锻造和铸造方法制备了TC4钛合金试样.通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪以及力学性能测试设备分别分析了不同制备方式成型样品的微观组织和力学性能变化规律.结果表明,3D打印成型的钛合金组织和性能有明显的取向性.3D打印横向样品抗拉强度和延伸率分别为1 013 MPa和8%,纵向抗拉强度和延伸率分别为972 MPa和15%;锻造样品抗拉强度和断后延伸率分别为877 MPa和18%;铸造样品的抗拉强度和延伸率分别为836 MPa和4%.不同成型方式样品力学性能的差异来自于其形成的不同微观组织和晶粒大小.3D打印TC4钛合金样品会在其成型快速冷却过程中形成网篮组织,且晶粒非常细小,约为2～3μm.锻造样品成型时形成等轴组织,晶粒尺寸约为10μm,且微观组织比3D打印和铸态合金更加均匀,因而具有更高的延伸率.铸造样品中形成魏氏组织,晶粒尺寸达到20～25μm,组织分布亦不均匀,因而,其具有更低的力学性能指标.     

摩擦焊接头组织与力学性能

研究了变形速率对低合金结构钢摩擦焊接头组织与力学性能的影响，结果表明，增大变形速率和延长减速改善了接头区域的硬度分布，焊缝区宽度变窄，热影响软化区不明显，焊缝晶粒细化，使焊缝的韧性得到一定程度的改善，本文对接头各个区域的显微组织进行了分析。     

TC4钛合金钻杆在腐蚀条件下的力学性能研究

为研究适用于腐蚀环境下的钛合金钻杆材料,参照NACE和GB规范中的腐蚀要求和试验标准,首先对TC4钛合金试件进行腐蚀处理（设置未经腐蚀处理的对照组）,然后进行拉伸、冲击和硬度试验,研究其在腐蚀条件下的综合力学性能. 结果表明:在NaCl、H₂S、CO₂、205 ℃条件下,TC4钛合金的拉伸性能下降不超过10%,冲击性能变化仅为0.33%,硬度下降3.21%,说明TC4钛合金具有出色的耐腐蚀性,在腐蚀条件下能够保持良好的综合力学性能. 以API规范中对钢钻杆材料的力学性能要求为指标,腐蚀处理后TC4钛合金的力学性能表现为屈服强度、拉伸强度及伸长率均不低于X级钢;冲击吸收功高于API对钢钻杆要求的62%（20 ℃）;硬度超过G级钢约37%,接近S级钢;故可将TC4钛合金应用于腐蚀性油气井钻杆中以避免或减轻钻杆腐蚀失效.      

选区激光熔化成型TC4钛合金的拉伸性能

为实现选区激光熔化成型的TC4钛合金在军用航空上的应用,减小选区激光熔化成型的TC4钛合金垂直沉积方向(XY方向)与平行沉积方向(Z方向)的拉伸性能差异,在室温状态下对选区激光熔化成型的TC4钛合金进行准静态拉伸试验,结果表明选区激光熔化的TC4钛合金两种方向取样的拉伸性能都达到了中国与美国AMS宇航钛合金标准。TC4钛合金沿XY向取样合金的抗拉强度与屈服强度要略高于沿Z方向取样,断后伸长率与断面收缩率略小于沿Z方向取样。合金断口为韧窝特征形貌,与XY方向取样相比,Z方向取样断口剪切唇区域尺寸分布比例略小,纤维区差异不大。     

退火温度对TC4ELI钛合金大规格环材组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、万能材料试验机和金属摆锤式冲击试验机研究了退火温度对TC4ELI钛合金大规格环材（Φ3 384 mm/Φ3 300 mm×1 950 mm）的显微组织和力学性能的影响。显微组织分析结果表明：退火温度在850 ℃以下时,TC4ELI钛合金大规格环材退火后的显微组织与热加工态的显微组织基本相同;900 ℃退火后,TC4ELI钛合金大规格环材中部分片层状或针状α相的尺寸增大,同时出现了尺寸微小的等轴α相。力学性能测试结果表明：随着退火温度的升高,TC4ELI钛合金大规格环材的强度和伸长率有所提高;850 ℃以下退火,TC4ELI钛合金大规格环材断面收缩率变化不大,850 ℃以上退火,其断面收缩率显著升高。冲击试验结果表明：随着退火温度的升高,TC4ELI钛合金大规格环材的冲击功逐渐增加。经800～900 ℃保温2 h空冷后,TC4ELI钛合金大规格环材抗拉强度、屈服强度、塑性与冲击功达到较好匹配。     

钛合金 Ti-6Al-4V 电子束焊接接头的性能研究

本文研究了钛合金Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ真空电子束焊接接头的机械性能和金相组织结构。发现接头的冲击韧性不亚于母材，甚至高于母材。焊缝区和热影响区的硬度均高于母材，组织分别为１００％马氏体和部分马氏体，晶粒粗化现象与其它熔化焊方法相比轻微得多。     

轧制工艺和退火温度对TC4ELI钛合金厚板显微组织的影响

研究了轧制工艺和退火温度对TC4ELI钛合金厚板显微组织的影响。结果表明：采用工艺1轧制后的板材显微组织为双态组织;采用工艺2轧制后板材的显微组织为网篮组织。将网篮组织板材在不同温度下退火后发现：退火温度低于900℃时,板材显微组织没有明显变化,仍为网篮组织;退火温度为940℃时,板材显微组织中出现了再结晶现象,一部分条状α相变成等轴状α相,网篮组织向等轴组织过渡。合适的退火温度为780~900℃。     

TC4钛合金线性摩擦焊过程材料流动行为分析

基于DEFORM软件建立了TC4钛合金线性摩擦焊的三维有限元模型,对焊接过程中材料的流动行为进行了数值模拟. 结果表明,在整个线性焊过程中,摩擦面边缘附近材料的流动速度高于中心区域;在焊接过程的摩擦阶段,焊件摩擦面上的材料在平行与垂直焊件振动方向上都存在塑性流动行为;在顶锻阶段,摩擦面上的材料主要向摩擦面外流动,使试件的轴向缩短量继续增加. 同时,摩擦面上材料的位移量随到摩擦面边缘距离的增加而减小,只有在较大轴向缩短量的情况下才可能实现线性摩擦焊在整个摩擦面上的自清理.      

多级热处理对TC21钛合金组织和力学性能的影响

Duplex-structured TC21 alloy samples were first solution-treated at a higher temperature in the α + β region (940°C) with furnace cooling (FC), air cooling (AC), and water cooling (WC), followed by a second-stage solution treatment at a lower temperature in the α + β region (900°C), and then finally aged at 590°C. The effects of the morphology and quantity of α phases on the structure and properties of the TC21 alloy after the different heat treatments were analyzed. The in-situ tensile deformation process and crack propagation behavior were observed using scanning electron microscopy (SEM). The quantity of equiaxed α phases as well as the thickness of lamellar α phases reduced, the tensile strength increased firstly and then decreased, the elongation decreased with the increasing cooling rate after the first-stage solution treatment. The amount and size of lamellar α phases increased after the second-stage solution treatment because of sufficient diffusion of the alloying elements, thereby leading to increased tensile strength. The amount of dispersed α phases increased after the third-stage aging treatment owing to the increase in the nucleation rate, resulting in a noteworthy strengthening effect. After the third-stage aging treatment, the first-stage FC sample exhibited better mechanical properties because it contained more equiaxed α and β_trans phases than the first-stage AC and WC samples.     

激光金属沉积技术制备TC4钛合金工艺的研究

采用激光金属沉积技术制备TC4钛合金,采用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电子显微镜、显微硬度计等分析TC4钛合金成型件的物相结构、组织形貌、缺陷裂纹、维氏硬度,以研究打印过程中的激光功率和扫描速率对TC4钛合金组织及缺陷的影响规律。结果表明：沉积态TC4钛合金以密排六方结构的α相为主,存在少量的体心立方结构的β相,主要含有细针状、片层状组织。随着激光功率的增加,TC4钛合金的缺陷逐渐减少。随着扫描速率的升高,柱状晶的宽度和熔覆层间距逐渐减小。激光功率为550 W、扫描速率为600 mm/min时,TC4钛合金的最大维氏硬度达到409。     

TC6钛合金4种典型组织的动态力学行为研究

 采用分离式霍普金森压杆技术,研究了4种典型组织TC6钛合金试样在高应变率加载条件(10³ s^-1)下的动态力学行为,并分析了原始组织对动态力学行为的影响.结果表明:在高应变率加载条件下,4种典型组织TC6钛合金的流变应力显示了相同的变化规律:变形初期,应变较小时,流变应力随应变增加快速增加;随后流变应力出现振荡,应力达到峰值后,流变应力随应变的增大而逐渐减小,呈现稳态流变;最后流变应力快速下降;在10³ s^-1数量级的高应变率加载条件下,随着应变率的增加,4种组织的流变应力均呈上升趋势;4种组织TC6钛合金都是应变率敏感材料,但4种组织的应变率效应不同;63#网蓝组织显示了较高的应变率敏感性,64#固溶时效组织则表现出较低的应变率敏感性,61#等轴组织和62#双态组织应变率敏感性相当.     

TC4钛合金搅拌摩擦焊微观组织特征及影响

采用搅拌摩擦焊技术在保护气氛下对单块TC4钛合金板材施焊,并获得良好成形。重点研究了搅拌区α+β双相微观组织演变机制及不同工艺参数对组织硬度的影响。结果表明,在经优化后的工艺参数条件下,搅拌区组织经历了α/β相变,最终形成基于β相区的α+β双态组织,搅拌头行走过后冷却析出的层片状α相沿β相区界面及内部分布,α相及β相晶粒细化明显,α/β层片间距的缩小可增强α+β复相强化效应,提高搅拌区硬度。搅拌头转速的提高增加了β相区的长大倾向,行进速度的提高降低了α相比例,并可生成针状马氏体。     

TC6钛合金力学行为及其失效研究

采用高温、高应变率耦合分离式Hopkinson Bar系统和100 KN微机控制电子万能试验机系统,对等轴晶粒组织的TC6钛合金圆柱形及帽形试样进行了力学试验,研究了其力学行为及其失效机理.结果表明:等轴晶粒组织TC6钛合金在准静态下变形时呈现应变强化效应,而在高应变速率下变形时,热软化与应变强化共存,流变应力呈现振荡,且表现出较强的应变率效应;TC6钛合金的动态变形表现为局域化变形,且在局域化变形区域出现裂纹,裂纹在此区域扩展贯穿整个试样,最终导致失效,而准静态下材料的变形表现为均匀化变形,当应变达到0.4时,材料沿最大剪切应力方向断裂失效.     

小直径TA2/0Cr18Ni9Ti棒材储能焊工艺参数优化设计

采用微型储能焊机对Φ2.5 mm的异种棒材进行储能焊接研究。采用正交试验设计方法进行焊接参数优化设计,研究了焊接工艺参数与焊接接头抗拉强度和断裂特征的关系。试验结果表明,当焊接参数采用电压195 V,电极压力15 N,电容9 900μF时,焊接接头拉伸强度可达到708.23 MPa。     

室温下TC11钛合金准静态拉伸力学性能实验研究

针对典型航空材料TC11钛合金的拉伸性能,采用准静态拉伸实验对不同应变率条件下的TC11钛合金的应力-应变关系进行了研究,利用扫描电镜分析了其拉伸断口形貌。实验结果表明:TC11钛合金具有一定的应变率敏感性,抗拉强度和屈服强度均会受到应变率的影响;准静态拉伸时TC11钛合金试样出现了颈缩现象,试样截面形状为杯锥状,试样断口存在光滑的剪切唇区和灰色的纤维区,其断裂属于韧性断裂,但是其韧性较差;TC11钛合金拉伸断口形貌主要为大小不一的韧窝,随着应变率的增大,试样拉伸断口韧窝的大小和深度均变小,同时出现了少量的撕裂棱和准解理面,试样的断裂机制为以韧性断裂为主和伴有准解理断裂。因此,在准静态拉伸条件下,TC11钛合金的力学行为与应变率有关。     

激光冲击强化对TC4电子束焊缝机械性能的影响

利用高功率重复率Nd：YAG激光对TC4钛合金电子束焊缝进行了冲击强化处理,研究了激光冲击强化处理过程中改变激光功率密度对电子束焊缝残余应力分布和表面层硬度的影响．试验结果表明,当激光脉冲能量为45．9J时,激光光斑直径Ф9mm,残余应力基本不发生变化,而激光光斑直径小于Ф3mm,焊缝残余应力分布变化显著,并随着激光光斑直径的减小,残余压应力的数值增大更加明显．当激光冲击的功率密度大于18GW／cm^2时,激光冲击强化处理使电子束焊缝区的残余应力改变明显,改善了焊缝残余应力的分布;当激光冲击的功率密度大于12GW／cm^2时,激光冲击强化处理使电子束焊缝区的表面层硬度明显改变,改善了焊缝区域硬度的分布,有利于提高TC4钛合金焊缝区的机械性能．     

TC4钛合金加工图及其在板材轧制工艺分析中的应用

TC4钛合金在航空航天工业中有着广泛的应用,热塑性加工中的微观组织演变对其使用性能具有重要的影响。该文通过热-力实验分析,得到TC4合金的加工图,并将加工图信息集成在有限元分析中,对板材轧制工艺进行分析。对TC4钛合金进行等温单向压缩实验获得了材料的流动应力,变形温度为800～1 050℃,应变速率为0.01～20s-1。采用动态材料模型(dynamic material model,DMM)绘制出TC4钛合金的加工图,并通过对压缩的微观组织检查分析验证了加工图的有效性。由加工图可知,在1 000～1 050℃应变速率0.01s-1的区域稳定性最好,为超塑性成形区域,在800～900℃应变速率0.1～20s-1的条件不利于塑性加工,应当避免在此区域加工。通过二次开发,将加工图的信息作为有限元程序DEFORM-2D的后处理变量在成形件中显示,从而直观地显示板材轧制变形不同位置的成形性能。在TC4轧制过程中,板坯基本处于功率耗散效率较高的安全区,有利于材料塑性成形。