钛合金板材制备技术的现状及展望（上）——薄板制备技术

钛合金板材类产品在航空、航天、海洋、船舶等国防领域有着广泛的应用,其制备技术多年来不断突破、完善,但并未完全成熟。本文梳理了钛合金板材制备技术的概况,介绍了板材轧制成形的工艺方法,重点分析了钛合金薄板制备技术的现状及问题。通过梳理冷轧和包套叠轧两种制备钛合金薄板的工艺技术,对比了不同钛合金类型（α钛合金、α+β钛合金和β钛合金）的制备工艺和显微组织特征,阐明了钛合金薄板制备技术的关键控制要点,剖析了钛合金薄板产品的现存问题并提出了具体解决方案。最后,展望了国内钛合金薄板制备技术的研究重点和未来发展方向。     

钛合金叶片轧制模具CAD技术

南方航空动力机械公司采用先进的轧制工艺，在我国首次轧制出钛合金风扇多级整流叶片的精化毛坯。在钛合金叶片毛坯的轧制工艺技术中，轧制模具的设计是一个重要环节。本文介绍了新开发的钛合金叶片毛坯轧制模具ＣＡＤ技术的若干要点。     

AA 7055铝合金板材的微观组织与力学性能

研究AA 7055-T7751板材不同厚度层的力学性能,并采用电子背散射衍射(EBSD)、透射电子显微镜(TEM)、小角度X射线散射(SAXS)等分析技术研究板材不同厚度层的微观组织。结果表明:从板材表层到厚度中心,再结晶程度从69%下降到19.1%,亚晶粒尺寸从10μm减小到2μm;板材厚度中心主要为轧制型织构,远离中心层其含量逐渐减少,板材表层主要为剪切型织构;板材主要强化相为盘状η'相,其盘面半径为3.7 nm,厚度为1~3 nm,与基体的共格应变约为0.0133;板材不同厚度层沿轧制方向的拉伸屈服强度近似呈线性变化:σ_y=-38.7S+604.8(0≤S≤1)。     

Ti—15V—3Cr—3Sn—3Al合金板材的再结晶与织构特征

较系统地研究了Ｔｉ－１５Ｖ－３Ｃｒ－３Ｓｎ－３Ａｌ合金板材的再结晶及其影响因素，并确定了再结晶图。试验中还测定了板材织构类型与轧制工艺及退火处理的关系，为该合金的成形加工及质量控制提供依据。     

钛合金航空构件的LAM成形技术

介绍了基于激光熔覆技术的LAM快速制造技术.对激光成形系统的各组成部分进行了较详细的描述和说明.指出了钛合金航空构件LAM成形的技术特点和优势,给出了铸造、机械加工、LAM等加工方法的周期、费用等不同因素的对比.结合Ti-6Al-4V的机械性能数据,分析了不同热处理制度对组织和性能的影响.同时给出了激光成形Ti-6Al-4V的疲劳性能,对比了轧制退火、再结晶退火、β退火等不同退火态的裂纹扩展速率,最后展望了LAM技术的应用前景.     

异钛合金蜂窝结构钎焊工艺研究

针对钛合金薄壁结构的钎焊制造技术,通过研究在钎料作用和不同钎焊温度下基体材料的微观组织、相变点、刚度和屈服强度的变化发现,钎料元素扩散导致TC1材料相变点降低,在875℃发生α+β→β相转变,而TC4钛合金直至905℃尚未发生α+β→β相转变.在875℃下,随着保温时间延长,TC4材料的晶粒尺寸有所长大,导致刚度和屈服强度明显下降.当钎焊温度为875℃,保温时间不大于60min时,TC4钛合金板材的刚度和屈服强度不低于原始材料的86％.确定出TC4/TC1钛合金异质钎焊工艺范围为865～875℃、保温30～60min.研究结果为钛合金蜂窝结构的钎焊制造技术提供理论依据和参考.     

石墨烯增强钛基复合材料界面调控及强韧化机理研究进展

高超声速飞行器等航空装备的快速发展对钛合金综合性能及应用水平提出更高要求。采用传统热工艺技术制备钛合金的性能已经接近或达到理论极限。传统技术很难大幅提高钛合金的综合性能,探寻石墨烯技术改性钛合金成为一个重要发展方向。然而,钛合金中石墨烯的界面反应控制难度大,如何获得具有良好结合强度的石墨烯/钛界面是石墨烯增强钛基复合材料性能提升的基础与关键。本文在分析制约石墨烯增强钛基复合材料发展系列问题基础上,重点介绍石墨烯增强钛基复合材料微观组织、界面特征以及静态/动态力学性能、摩擦磨损、抗氧化性能和石墨烯强韧化机理等方面的研究进展,探讨现阶段解决石墨烯增强钛基复合材料分散均匀性、界面结合性和组织致密性的方案和优缺点,最后指出该类型材料在界面调控、大规模制备和性能稳定性等方面技术面临的挑战,并提出该类型材料发展应与理论计算技术、先进制备技术和特种功能应用相结合,深化界面优化设计和可控制备,拓宽应用领域。     

TC4板材组织特征与超声检测信号对应关系研究

在大厚度板材在轧制过程中，由于工艺控制不当易引起材料组织分布不均匀、粗大晶粒等问题。本文针对TC4轧制板材，研究超声检测信号对材料内部组织分布的表征情况。结果表明，声波垂直于板材流线方向入射时，声衰减分布均匀；而平行入射时，声衰减分布极不均匀，呈条带状分布。为此，对引起不同声波衰减的截面进行组织分析，金相观察发现超声波衰减与材料内部α相的分布及形态有关：声衰减小的区域，材料内部等轴α相较多，晶粒细小，分布均匀；声衰减大的区域，α相被明显拉长。     

GH4169合金矩形截面环轧制曲线的实验研究

 轧制曲线是环件轧制工艺设计的核心问题，尤其对钛合金和高温合金这类难变形材料环件，它是影响显微组织和尺寸精度的关键因素。采用不同类型的轧制曲线对相同尺寸GH4169合金矩形截面环进行了双向轧制实验研究，主要分析了轧制曲线类型对环件温度、环件径向增长速率、双向轧制力的影响。结果表明,“上凸型”轧制曲线有利于控制环件温升，“下凹型”轧制曲线则能较好地降低轧制力能和提高环件尺寸精度。另外，为了能更有效地控制环件截面角部的温升，保证截面组织均匀，提出了GH4169合金这类难变形材料矩形截面环轧制的特殊轧制曲线。     

复杂钛合金进气道热等静压近净成形技术研究

作为冲压发动机的进气装置，进气道是发动机的关键核心构件，也是一种复杂异形薄壁钛合金构件，成形难度非常大。以TA15钛合金粉末为原材料，利用热等静压近净成形技术在国际上首次研制成功进气道，实现了整体结构的一次成形，并成功通过飞行考核。从进气道本体取样，测试了不同位置的组织，结果表明：热等静压TA15钛合金不同位置组织均匀性好，主要以板条状或片层状α相为主，在粉末颗粒边界大应变带周围分布着等轴α相，相间分布少量的细小β相。测试了材料各项性能，其平均室温抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率、500℃抗拉强度、断裂韧性和冲击韧性分别为995MPa、924MPa、18.2%、43%、673MPa、90.6MPa·m1/2和51.4J/cm2 ，各项性能数据均达到了GJB2744A-2007中规定的TA15钛合金锻件的水平，综合性能良好。     

钛合金紧固件的选材探讨

随着航空工业的迅速发展,钛合金紧固件的应用越来越多。本文阐述了α、β、α+β三种类型钛合金的基本性能;提出了钛合金紧固件的选材原则;对优先发展冷镦还是热镦钛合金紧固件,作者提出了自己的看法。     

Ti3Al基合金与Ti-6Al-4V合金的电子束焊接

研究了Ti3Al基合金和Ti-6Al-4V钛合金板材的电子束对接焊缝的组织和性能.焊后未热处理的熔合区的组织主要为无序的β和少量的α相,经焊后热处理的熔合区组织含有α,α2,β/B2等相.焊接熔合区的强度和硬度均高于两侧母材,经焊后热处理,熔合区的显微硬度下降.焊后未热处理和焊后热处理试样的拉伸性能均良好.     

Ti—6A1—4V合金热处理要点

一、前言 具有比重轻、强度高、耐蚀性好的钛合金被认为是最优秀的金属材料之一。在军品和民品上的应用日益广泛,尤其是航空、航天工业中用钛合金制造的零件越来越多。 在大多数实用的钛合金中,Ti-6A1-4V合金应用最为普及,所占比重最大。本文重点介绍Ti-6A1-4V合金的特点及在热处理上的要点。 二、钛合金的分类 钛合金按室温组织分为α型、α β型和β型三类钛合金。 α型:α型钛合金是钛中加入了稳定α元素,如A1、Sn等元素。合金的组织为α相。     

7050-T7651铝合金厚板显微组织及力学性能不均匀性

采用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和力学拉伸试验机，研究160 mm 7050-T7651铝合金特厚板不同厚度位置的金相组织、晶粒取向、织构类型、时效纳米析出相分布以及力学性能的差异。结果表明：从板材表层到心部，组织中的第二相粒子含量降低，但尺寸增加；板材表层以小角度晶界亚结构组织为主，小角度晶界比例在79%～85%之间，而板材心部小角度晶界的比例为58%左右，相比于板材表层小角度晶界比例降低了26.6%～31.8%；板材表层以{001}<110>剪切织构为主，占比为3.64%，并随厚度增加，变形织构组分含量逐渐增多；板材厚度方向力学性能呈现出沿厚度表层-心部-表层方向先降低后升高的趋势，且力学性能最优位置均为板材表层位置。     

TA15钛合金环件径轴向辗轧成形全过程组织演变模拟

钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程通常包含加热环坯转移、辗轧成形及轧制环件冷却3个阶段,而每个阶段都将对最终环件的微观组织产生重要影响。因此,研究阐明钛合金材料在该成形制造全过程的微观组织演变特征与规律,对控制环件最终的组织和性能至关重要。以TA15钛合金环件径轴向辗轧为研究对象,首先阐明了TA15钛合金在上述各阶段的微观组织演变机制与演变模型,进而基于ABAQUS软件平台,建立了TA15钛合金环件径轴向辗轧成形制造全过程的宏微观耦合有限元(FE)模型。通过大量模拟研究表明:加热环坯转移阶段促使初生α相的体积分数增加,晶粒尺寸略微增大;辗轧成形阶段一定程度上细化了初生α相晶粒尺寸,而对初生α相体积分数影响不明显;轧制环件冷却阶段会使初生α相体积分数明显增加,晶粒尺寸增大。     

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。     

2524铝合金薄板平面各向异性研究

采用室温拉伸性能测试、金相组织观察、XRD反极图测定和透射电子显微分析等方法研究了冷轧态和T3态2mm厚2524铝合金薄板不同取向条件下的显微组织和拉伸力学性能.以{110}<112>单组分织构模型为基础,研究了织构与平面各向异性的关系.结果表明,2524冷轧态和T3态铝合金薄板在与轧制方向成45°和60°方向上的强度较0°、30°和90°方向上的强度低,延伸率则是45°方向上最高;轧向力学性能优于横向力学性能;冷轧态合金薄板的平面各向异性高于T3态合金板材;2524冷轧态合金薄板的主要织构为{110}<112>,次要织构为{311}<112>;2524-T3态铝合金成品薄板的主要织构为{110}<001>;2524铝合金薄板的平面各向异性与合金的晶粒结构以及晶体学织构密切有关,其中晶体学织构是造成合金板材平面各向异性的主要原因.     

显徽组织和拉伸塑性对TC11合金低周疲劳性能的影响

本文研究了不同β及α+β热处理制度对TC11钛合金组织,室温拉伸性能及低周疲劳矬能的影响,以及TC11钛合金的拉伸塑性与其低周寿命的关系。研究表明,在较小的应变幅下,片状组织与等轴α组织的低周疲劳寿命(Nf)的差别相对减小。此时,合金的拉伸塑性对Nf的影响较小。各种组织的TC11钛合金均呈现循环软化现象。对于钛盘或其它高温工作的零件,使用片状组织比使用等轴α组织更为有利。     

激光沉积Ti-6Al-2Zr-Mo-V钛合金高周疲劳性能

 疲劳失效是钛合金工业应用中最重要的失效方式,疲劳强度是钛合金应用的关键性指标。为了研究激光沉积Ti-6Al-2Zr-Mo-V钛合金的疲劳性能和行为,在625 MPa到900 MPa不同应力水平下进行了室温高周疲劳(HCF)测试(应力比R=0.1,加载频率f=120~130 Hz),完成了疲劳断口表面分析。研究了气孔存在及分布对激光沉积Ti-6Al-2Zr-Mo-V钛合金疲劳性能的影响。激光沉积钛合金具有细小α/β片层组织。分析结果显示,虽然疲劳源区有气孔存在,激光沉积Ti-6Al-2Zr-Mo-V钛合金仍然具有优异的疲劳性能。取向丰富细小的α/β片层组织能有效减小疲劳源区滑移长度。分析结果还表明,应力水平对疲劳行为有一定影响。     

TC11钛合金在疲劳－蠕变交互作用下的形变特征及位错结构

 研究了经常规,近β和β锻造工艺所获得的具有等轴、双态和网篮３种显微组织的ＴＣ１１钛合金在疲劳－蠕变交互作用下的形变特性及位错结构。发现不同显微组织或同一组织内部的初生α和条状α具有的层错能不同是形成不同位错亚结构的根本原因。