Ti600合金板材的轧制工艺与电子束焊接性能研究

测试研究了Ti600 高温钛合金板材在不同加工及热处理状态下的室温拉伸及高温蠕变性能,分析对比了热机械处理工艺(thermomechanical process-TMP)与常规加工热处理对合金板材组织形态特征与性能的影响规律与内在机制;另外还对Ti600合金板材的焊接性能进行了研究.结果表明:采用热机械处理工艺(TMP)可获得充分生长的片层状团束组织(colony structure),这种类型的组织显著提高了合金的高温蠕变性能.而且合金经电子束焊接后仍然具有良好的综合性能.     

离子注入对高温合金蠕变/疲劳性能的影响

对GH4169合金及Ti C离子注入合金的试样在650℃的低周疲劳和蠕变/疲劳进行了试验研究.利用X射线衍射仪、透射电镜和扫描电镜技术分析了蠕变/疲劳损伤机制及合金强化的原因.结果表明:GH4169合金注入足够量的Ti C离子会增强位错的应力场,引起表层硬化,阻止位错运动,在表层形成TiC相微观弥散结构,提高了蠕变/疲劳性能.     

新一代600℃高温钛合金材料的合金设计及应用展望

先进航空发动机及超声速飞行器的发展对耐热轻质的600℃高温钛合金材料提出了迫切需求。600℃高温钛合金主要用于制造发动机600℃以下高温段高压压气机轮盘、叶片、整体叶盘、机匣以及飞行器机身构件、蒙皮等,可以显著减轻结构重量,大幅提高发动机的推重比和飞行器的飞行速度和机动性。600℃高温钛合金的设计受蠕变与热稳定性本质矛盾的限制,为了最大程度发挥高温蠕变抗力,同时兼顾塑性、热稳定性等,基于当量设计准则和扩散理论,设计研制新的600℃高温钛合金材料TA29,合金系为Ti-Al-Sn-Zr-Nb-Ta-Si-C。TA29钛合金具有优异的热强性,良好的断裂韧度、塑性和热稳定性,其整体叶盘部件成功通过了发动机强度考核试验,有望推广应用于先进航空发动机、超高声速导弹等飞行器的高温结构部件。应加强TA29钛合金高温蠕变-疲劳-环境交互作用、微织构、表面完整性、残余应力分析及其对使用性能影响等研究。     

B/Y复合微合金化高温钛合金显微组织及性能研究

研究了B/Y复合微量添加对高温钛合金凝固过程及显微组织的影响,分析了不同变形温度下高温钛合金的显微组织演变过程,测试了高温钛合金在室温和650℃下的拉伸性能。结果表明,B/Y微量复合添加使高温钛合金凝固过程中产生成分过冷,形成了包裹于β晶界的链状TiB增强相和晶界、晶内弥散分布的稀土氧化物颗粒,显著细化了原始β晶粒,抑制了β晶界的移动,使晶内析出的α片层长径比减小。不同温度轴向压缩变形后,高温钛合金饼坯不同位置处显微组织存在不均匀现象,TiB增强相促进了次生α相的球化。力学性能结果分析表明,两相区变形合金具有较好的强塑性匹配,B/Y复合添加后高温钛合金650℃拉伸强度得到明显提升。     

低温超塑性钛合金的超塑性研究

对一种超塑性温度相对较低的双相钛合金SPZ的超塑性能进行了研究.结果表明:740～800℃,应变速率恒为1.11×10-3s-1时,SPZ合金的最大拉伸延伸率均超过1600%;760°C,合金的超塑延伸率可高达2149%.760℃,应变速率高达1.11×10-2s-1时,合金的超塑延伸率仍可达1380%.也就是说,700℃/1hAC处理后,SPZ合金在试验温度范围内具有低温高速超塑性.SEM观察发现,超塑变形前,合金的晶粒细小均匀,平均晶粒尺寸只有0.89μm;应变速率为2.22×10-3s-1,740℃,760℃变形后SPZ合金的晶粒尺寸分别为1.51μm,2.33μm.超塑性变形的微观机制是以晶界滑动为主,晶内变形以及位错蠕变起了协调作用.     

阻燃钛合金Ti40铣削加工性研究

钛合金因优异的物理力学和化学特性(如密度低、比强度高、耐蚀性好等特点)而被广泛应用于航空航天等领域[1].虽然其综合机械性能良好,但其可燃性却极大地限制了其在一些苛刻环境条件下的应用,如高性能航空发动机的高温、高压气流环境等,在这样的背景下,阻燃钛合金应运而生[2-3].20世纪90年代,国际上已研制出多种阻燃钛合金,如美国的Alloy C合金、俄罗斯的BTT-1和BTT-3合金.国内也于1993年研制成功阻燃钛合金Ti40和Ti14.其中,Ti40具备更好的综合力学性能[4],它是一种单一β相钛合金,β相稳定元素含量高达40％,高温性能良好,长时间工作温度在500℃左右.     

离子辅助沉积Al膜层增强Ti811钛合金高温微动疲劳抗力

为提高Ti811钛合金高温微动疲劳抗力,利用离子辅助沉积技术在Ti811钛合金表面制备Al膜层。对比研究多弧离子镀(MIP)和离子辅助多弧沉积(IAD)Al膜层的膜基界面成分分布、膜基结合强度、显微硬度、摩擦学性能。探讨IAD铝膜层对Ti811合金微动疲劳抗力的影响。结果表明,利用离子辅助多弧沉积技术可以获得膜基结合强度高、硬度低、减摩润滑性能好的Al膜层,该膜层能够显著提高Ti811钛合金350℃时的微动疲劳抗力。     

双重退火对激光增材制造Ti60A合金显微组织和力学性能的影响

对激光增材制造Ti60A高温钛合金进行"Tβ-30"(1020°C/1h/AC+700°C/2h/AC)双重退火和"Tβ-10"(1040°C/1h/AC+700°C/2h/AC)双重退火热处理,对比研究了沉积态、双重退火态的显微组织特征,包括α相体积分数(%)、α相板条宽度(μm)、α相长宽比等的差异,并测试了热处理前后的室温拉伸和高温拉伸性能,讨论了双重退火对合金显微组织及力学性能的影响机理。结果表明:"Tβ-10"双重退火态的拉伸强度较高,室温塑性最高,具有优于激光沉积态和"Tβ-30"双重退火态合金的综合性能。研究结果为优化高温钛合金的综合力学性能和提高航天器钛合金构件综合力学性能提供了参考。     

钛合金的氢处理

利用氢作为暂时添加元素溶入钛合金中,以改善合金的热工艺性能或细化晶粒组织、改善合金力学性能是当前国外关注的新课题。本文综述了氢处理的新进展,并报道了作者在细化铸造钛合金组织和提高合金的强度、断裂韧性和疲劳性能等方面的研究结果。     

高温合金和钛合金材料的橡胶轮数控抛光试验

提出一种针对高温合金和钛合金的橡胶轮抛光工艺,采用数控机床控制含有磨料的橡胶轮对工件进行抛光。通过具体数控抛光试验,测量采用不同加工参数条件下工件表面粗糙度和去除深度,得到适合于高温合金和钛合金抛光加工的参数及条件,使表面粗糙度小于0.2μm,可满足航空航天领域高温合金和钛合金工件表面要求。     

微量Y对Al-Mg-Si系合金组织性能的影响

在熔炼过程中以铝钇中间合金形式加入稀土Y元素,研究了0～0.45%范围内不同Y加入量对Al-Mg-Si系铝合金铸态组织、导电性能及高温蠕变抗力的影响。结果表明:经过适量稀土Y微处理后的合金材料具有细小均匀的铸态组织,平均晶粒尺寸维持在50μm左右,材料的导电能力得到一定程度的改善,最佳电导率比原来增加4%,实验材料的热稳定性显著增强,高温下的硬度、抗拉强度分别比原来提高30%和25%。     

钛合金近β锻造研究

 提出钛合金塑性变形中一种新的热加工方法——钛合金近β锻造。试验和生产实践表明,它能在不影响合金塑性、不降低热稳定性的条件下,显著地提高合金的高温性能、低周疲劳性能和断裂韧性、使钛锻件具有最好的塑性、热强性和断裂韧性的综合。新工艺适用于（α+β）型合金,可应用于α型和近α型合金。     

二次孔挤压强化对Ti1023钛合金孔疲劳性能影响

采用X射线应力仪、粗糙度检测仪和透射电镜等对Ti1023钛合金孔挤压表面层性能进行对比分析,讨论带衬套孔的强化机理。结果表明：孔挤压(过盈量1%~3%)强化改善了孔壁表面粗糙度( Ra 从1.722μm降低到了0.349μm),增加了钛合金表面硬度(Hv值从32提高到了38),引入了残余应力场分布,从而改善了钛合金的微动疲劳性能(极限值从385 MPa提高到了619 MPa)。     

TC17 合金焊接接头显微组织与疲劳裂纹扩展特性

研究了TC17钛合金惯性摩擦焊焊接接头的疲劳裂纹扩展规律,并利用光学显微镜、扫描电镜对材料的显微组织和断口形貌进行分析。结果表明:TC17钛合金母材为α+β网篮状组织,晶粒较大;焊缝区和热影响区内可以看到明显的原β相晶界,焊缝区的原β晶粒较细小,热影响区的原β晶粒较粗大,晶粒内部存在细小的α相。在室温下,当ΔK≤15 MPa.m1/2时,焊缝区疲劳裂纹扩展速率较小,而当ΔK≥15 MPa.m1/2时,焊缝区的扩展速率最大,其次是热影响区,母材的裂纹扩展速率最小;在高温下,焊接接头各部位的裂纹扩展速率相差不大,均小于室温。     

航空专利信息

航空专利信息《α－β钛合金的全β处理》—美国钛金属公司。美国专利编号为５３４２４５８。一种α－β钛合金的热作方法，合金在强度、蠕变性能及塑性综合性能良好。合金的成分为５．５％～６．５％Ａｌ；１。５％～２．２％Ｆｅ；０．０７％～０．１３％Ｓｉ，余为Ｔｉ...     

不同喷丸强度对TC17钛合金抗疲劳性能影响

为提升TC17钛合金抗疲劳性能,对其表面进行喷丸处理。通过旋转弯曲疲劳试验、断口分析、残余应力场分析、表层组织分析及喷丸前、后钛合金表面完整性分析等手段,开展不同喷丸强度对TC17钛合金抗疲劳性能影响研究。结果表明：喷丸强化后钛合金表面粗糙度增大,由0.315μm变为0.5～1.0μm;表层发生塑性变形,晶粒发生细化;表面引入残余压应力,残余压应力层深约为125～151μm,最大残余压应力位于层深30μm附近处。0.3 mm·N喷丸状态旋转弯曲试样疲劳寿命优于其他状态试样,在740 MPa和840 MPa应力水平下,分别比未喷丸状态试样疲劳寿命提升4.5倍与7.5倍。疲劳寿命提升归因于试样表层晶粒细化、高密度位错组织及残余压应力对疲劳裂纹萌生与扩展的抑制作用。0.35 mm·N与0.4 mm·N喷丸状态试样疲劳寿命下降与喷丸强度过大时试样表面粗糙度高,并有脱层及微裂纹生成有关。     

激光冲击对TC11钛合金组织和力学性能的影响

对TC11钛合金进行激光冲击强化处理,通过透射电子显微镜观察不同参数下TC11钛合金的微观组织变化,用显微硬度计和X射线应力测试仪分别测试材料表层硬度和残余应力,并通过TC11钛合金标准疲劳试片高周振动疲劳试验验证激光冲击对其疲劳性能的影响.试验结果表明:激光冲击波作用后表面组织结构发生明显变化,当冲击次数增加,先后出现了高密度位错、位错胞和纳米级晶粒等微观组织特征.冲击10次后,表面残余应力最高达到-632.5MPa,相应的塑性变形层深度达到1500μm左右;同时表面硬度在冲击1次即可提高19%,硬度影响深度为700μm,随着次数增加而提高,但幅度不大.经3次冲击处理的TC11钛合金标准疲劳试片的疲劳极限由原始483MPa提高到593MPa.      

Zn含量对Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金组织和力学性能的影响

采用显微硬度和力学性能测试及金相显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等分析手段,研究了Zn含量对Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金挤压以及时效处理后合金组织和力学性能的影响。结果表明,在Mg-10Gd-4.8Y-0.6Zr合金中添加Zn元素,有利于细化合金晶粒,提高挤压态的强度。未添加Zn的合金T5态晶粒尺寸约为25μm,添加1%(质量分数,下同)Zn后,晶粒尺寸约为15μm,Zn含量为3%时,晶粒尺寸约为10μm。当Zn含量为1%时,合金挤压态和时效态的抗拉强度分别为337MPa,397MPa,屈服强度分别为128MPa,148MPa,伸长率分别为10.0%,5.0%,具有较好的综合性能。     

激光熔覆沉积成形NbMoTaTi难熔高熵合金的组织与强度研究

通过激光熔覆沉积技术制备应用于航空航天工业的Nb Mo Ta Ti难熔高熵合金材料,通过X射线衍射判断出成形的合金晶体结构为体心立方的单相固溶体结构。高熵合金晶粒尺寸大多在2~12μm之间;平均显微硬度为397.6HV,室温抗压强度为1301.83MPa,1000℃高温抗压强度只达到347.28MPa,其原因可能与激光熔覆沉积成形Nb Mo Ta Ti高熵合金的过程中产生的气孔、未熔化/不完全熔化的Ta粉末粒子和裂纹有关,需进一步研究。     

新型阻燃Ti40合金TIG焊焊接性能研究

研究新型阻燃钛合金Ti40合金的TIG(tungest inert gas)焊焊接性能,采用金相、SEM等方法分析Ti40合金焊缝及热影响区的组织变化.结果表明,Ti40合金钨极氩弧焊焊缝室温、高温拉伸性能良好,冲击性能较低.焊接之后的热处理制度对组织有一定的改善.经500℃×100h热暴露后,晶界粗化,为连续α相.