合金成分对TA15钛合金组织及力学性能的影响

为分析TA15钛合金成分的微小变化与显微组织和力学性能之间的响应关系,利用电子万能拉力试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置测量了4种不同成分TA15钛合金的室温准静态拉伸性能和动态力学性能,结果表明:Zr元素对室温拉伸强度性能影响微弱,随着主合金元素Al、V和Mo元素含量的增加,初生α相含量减小,次生α相片层较细,合金的强度提高,塑性下降;在临界应变率范围内,合金成分的微小变化对动态力学性能的影响微弱,提高主合金元素Al、Zr、V和Mo元素含量,有利于提高合金的临界应变率,且在此临界应变率下具有优异的动态力学性能;对于空冷条件下获得的等轴组织TA15钛合金,初生α相体积分数越小、次生α相片层较细时有利于室温抗拉强度、临界应变率和动态力学性能的提高。     

TA15四层板结构超塑成形/扩散连接技术研究

进行了TA15合金超塑拉伸试验,在温度920℃和应变速率5.25×104s-1时,TA15合金的最大延伸率约为1100％,其应变速率敏感性指数约为0.57.在较佳超塑变形条件930℃和应变速率5.25×10-4s-1附近,TA15合金的超塑本构方程为σ=949(ε) 0.55.对TA15四层板结构超塑成形过程进行了有限元分析,获得了压力p-时间t曲线.在T =930℃和应变速率5.25×10-4s-1下,成功进行了TA15四层板结构SPF/DB成形试验,试验件的整体质量良好,无沟槽等缺陷,金相组织观测表明,TA15四层SPF/DB试验件扩散连接质量优良.     

工艺制度对粉末TA15钛合金组织性能的影响

文摘研究不同保温时间和制粉方法对热等静压TA15钛合金的微观组织、拉伸性能和拉伸断口形貌的影响。结果表明:粉末TA15钛合金组织由等轴α-Ti、层状α-Ti和少量β-Ti组成。热等静压保温时间为20min时粉末TA15钛合金已达到致密,随着保温时间延长到120 min组织逐渐均匀长大。采用等离子旋转电极法的粉末TA15钛合金的拉伸性能优于惰性气体雾化粉末TA15钛合金。拉伸断裂模式为韧性断裂,断口微观形貌为韧窝。     

TA15钛合金的动态热压缩行为及其机理研究

为了研究TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金的动态热变形行为,采用圆柱试样在Gleeble-1500热模拟机上进行了恒应变速率压缩变形试验(变形温度550~1000℃,变形速率0.01~1s-1),计算了材料的变形激活能Q并观察了热变形组织。结果表明,材料的流动应力随着变形温度的升高而降低,随应变速率的提高而增大。材料的流变行为表现为加工硬化(550~600℃)、动态再结晶(650~900℃)、动态回复(950~1000℃)三种类型。材料在(α+β)相区的热变形激活能为517kJ/mol,β相区为205kJ/mol。流动应力曲线、变形激活能以及变形组织分析表明,在α+β相区动态再结晶是材料的主要软化机制,而在β相区软化机制则以动态回复为主。随着变形速率的降低,在(α+β)双相区动态再结晶进行得更加充分,而在β相区则动态回复的亚晶趋于长大。     

热氧化对TA18钛合金耐腐蚀磨损性能的影响

选用TA18钛合金为材料,在箱式电阻炉中对其进行不同温度热氧化处理。利用光学显微镜(OM)、XRD、维氏硬度计、36%～38%(质量分数)HCl溶液浸泡、摩擦磨损试验机等试验手段考察试样组织形貌、物相、显微硬度、耐蚀耐磨损性。研究结果表明,TA18钛合金热氧化后试样表面形成了氧化层,表层物相主要为金红石型TiO₂,随着热氧化温度升高,氧化层逐渐出现少量Al₂O₃。同时,500～850℃热氧化,随着热氧化温度升高,试样表面硬度逐渐提高,但超过800℃后随温度升高表面硬度反而降低。热氧化可提高TA18钛合金耐腐蚀性和磨损,其中800℃是提高TA18钛合金在36%～38%HCl中耐腐蚀的最佳热氧化温度;700℃是改善TA18钛合金摩擦磨损性能的最佳热氧化温度。     

应用加工硬化率研究TA15钛合金β区变形的动态再结晶临界条件

基于位错理论探讨了材料大应变条件下的加工硬化率曲线及动态再结晶的拐点判据,利用在变形温度1050～1100℃、应变速率0.001～1s-1条件下等温恒应变速率压缩试验获得的应力-应变数据,采用加工硬化率处理方法,研究了TA15钛合金β区变形的动态再结晶临界条件,并应用Zener-Hollomon参数建立了临界应变模型。结果表明,TA15钛合金在本试验条件下呈现两种曲线特征类型的应力-应变曲线,其θ-σ曲线均呈现拐点及-θ/σ-σ曲线上出现最小值;临界应变与峰值应变之间具有一定的相关性,即εc/εp=0.62;临界应变与Z参数之间的函数关系为εc=1.72×10-2Z0.0605。     

TA15钛合金高温压缩变形行为与组织研究

采用圆柱试样在Gleeble3500型热模拟机上对TA15钛合金进行等温热压缩实验研究。通过实验获得了该种材料在不同工艺参数下的真应力-应变曲线以及其变形过程中的微观组织形貌,并采用电子背散射衍射(EBSD)技术对TA15合金的热压缩变形织构进行研究。实验结果表明,TA15钛合金在高温变形时,其他工艺参数相同下,变形温度降低,应变速率升高,流动应力升高。变形过程中,在相变点以下,软化机制以动态再结晶为主,相变点以上软化机制主要以动态回复为主。不同变形条件下分别存在再结晶织构和形变织构。     

等温锻造对TA15合金组织性能的影响

研究发现,在(α+β)双相区内等温锻造工艺参数对合金组织有较大影响;TA15钛合金室温拉伸强度在950~990MPa范围内变化,室温冲击性能在45~59J/cm2范围内变化.随锻造温度的升高,室温拉伸强度有所降低,室温冲击性能有所升高;而随锻造速度的减小,室温抗拉强度和冲击性能均逐渐降低.     

TC21-0.28%H钛合金微观组织及其高温变形行为研究

利用光学金相及X射线衍射,研究了TC21-0.28%H(质量分数,下同)钛合金的组织结构,通过热模拟压缩实验,研究了TC21-0.28%H钛合金在800～920℃温度范围和0.01～1s-1应变速率范围的高温变形行为,建立了钛合金高温变形本构方程。结果显示,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金β相比例显著增加,并且有新相马氏体α″与氢化物δ生成,TC21-0.28%H钛合金在α+β相区与β相区的变形激活能分别为233kJ/mol与153kJ/mol,软化机制为动态回复,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金变形激活能降低,热加工性能得到改善。     

NiAl-30．9Cr-3Mo-0．1Dy合金的微观结构与高温氧化行为

研究了NiAl 30 9Cr 3Mo 0 1Dy合金的微观组织以及在 1300~1500K空气中的恒温氧化行为。实验结果表明,加入微量Dy使合金组织细化,表现为单位体积中共晶团数目增多,Cr(Mo)层片间距减小和Cr(Mo)层片细化。增韧相(Cr(Mo) )与基体相NiAl的互相析出,有利于层状的氧化膜形成,进而提高合金的抗高温氧化性能。合金在 1500K氧化动力学曲线基本上遵循抛物线关系;而氧化温度在 1350~1450K之间,氧化动力学曲线很好地符合立方抛物线关系;当温度为 1300K时,氧化动力学曲线则符合五次方关系。立方抛物线氧化速率常数低于未合金化NiAl的抛物线氧化速率常数,并随着温度降低和氧化时间的延长而逐渐变小,合金的氧化表观激活能为 205kJ/mol。     

TA7钛合金高温流变行为研究

通过热压缩试验研究了TA7钛合金在变形温度850~1000℃、应变速率0.001~0.1s-1条件下的流变应力变化规律,计算并建立了描述TA7钛合金高温变形特性的本构方程。结果表明:变形温度和应变速率对TA7钛合金流变应力影响显著,随变形温度升高和变形速率的降低,相同变形程度下合金的流变应力显著降低,并且在较低的应变下合金即可达到稳态流变状态。     

热处理制度对激光增材制造TA15钛合金力学性能的影响

进行了普通退火态和双重退火态激光增材制造TA15钛合金显微组织观察和力学性能试验。试验结果表明:普通退火态为细片层α+β超细网篮组织,双重退火态为端部带根须状形貌的初生α相+超细β转变组织构成的特种双态组织;普通退火态激光增材制造TA15钛合金极限强度、屈服强度和疲劳极限均优于双重退火态;双重退火态激光增材制造TA15钛合金具有较好的塑性和优异的断裂韧性。     

TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构钎焊工艺研究

针对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构,采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni非晶箔带钎料,研究钎焊温度和保温时间对TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构接头微观组织及力学性能的影响,优化出TC4/TA18钛合金蜂窝夹层结构较优的钎焊工艺为920℃/保温90min和钎料添加量80μm,该工艺参数下钎焊接头的室温拉脱强度平均值最高,可达19.82MPa,破坏部位为TA18钛合金蜂窝芯。     

热处理工艺对TA15线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响

针对TA15钛合金线性摩擦焊接头,研究了不同热处理工艺对接头组织和力学性能的影响。研究结果表明：热处理过程中,针状亚稳态组织转变为片层α相+保留β相,并且随着热处理温度升高,片层结构逐渐增大。力学性能试验表明,接头拉伸断裂位置均在母材处,热处理后的焊接接头抗拉强度和屈服强度均高于焊态,且疲劳性能和冲击性能得到改善。为保证TA15钛合金线性摩擦焊接头获得较高的综合性能,热处理温度不应高于750℃。     

基于Prasad判据的全片层TA15钛合金塑性流动失稳预测

对全片层TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩试验,采用Prasad失稳判据预测合金在750～1100℃,0.001～10s-1热力参数范围内的塑性流动失稳,并对变形后试样进行宏观和微观观察。结果表明,全片层TA15钛合金在试验参数范围内热变形时存在较大区域的流动失稳,且随着变形温度的降低,失稳区范围有从高应变速率向低应变速率逐渐扩展的趋势。在(α+β)两相区变形,失稳缺陷主要有宏观剪切裂纹、原始β晶界裂纹和局部流动三种形式。在β单相变形,失稳主要是原始β晶粒沿着垂直于压缩轴线方向拉长,且在部分晶界附近分布着变形带。     

镍基高温合金表面Co-Al涂层抗高温氧化性能研究

为了研究镍基高温合金表面Co-Al涂层抗高温氧化性,对该Co-Al涂层在800、900和1000℃下进行200 h高温氧化试验,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等进行高温氧化行为分析。结果表明：合金氧化动力学曲线均基本符合抛物线规律,氧化激活能为78185 kJ/mol,质量增大速度较缓慢,平均氧化速度也较慢;合金表面生成氧化物结构完整、致密,主要以Al₂O₃为主;表面生成连续致密的Al₂O₃保护膜有效地阻止了Al向涂层与空气界面的外扩散和氧向涂层与基体界面的内扩散,在3种温度下Co-Al涂层均表现出优异的抗高温氧化性能。     

Ti-6Al-4V富氧层生长规律及对疲劳性能的影响

研究了Ti-6Al-4V合金在900℃、930℃和960℃下富氧α层显微组织和显微硬度的变化及对疲劳行为的影响。在热暴露0.5~24h时间内,富氧层中的α相含量远高于基体内部,其晶粒尺寸也发生长大现象。随着热暴露温度的升高和时间的延长,富氧α层的厚度增大,氧的固溶强化作用使其显微硬度明显升高。显微硬度随着深度的增加逐渐下降,在表面200μm以下趋于稳定。热暴露后疲劳试样表面的富氧层造成疲劳裂纹萌生模式发生改变,由单裂纹源刻面萌生模式变为多裂纹源表面萌生,裂纹萌生阶段寿命与总寿命均大幅降低。     

TiBw/TA15复合材料板材超塑变形行为研究

研究了TiB_w/TA15复合材料板材在900~960℃、5×10^-4~10^-2s^-1条件下的超塑变形行为。结果表明,TiB_w/TA15复合材料流变应力随拉伸温度的升高和应变速率的减小而降低,在940℃、5×10^-3s^-1变形条件下获得的最大超塑性伸长率为439%。利用Zener-Hollomn参数和Arrhenius方程所建立的峰值应力本构方程为ε·=3.55×10⁸[sinh(2.0×10^-2σ)]^1.99×exp(-6.381×10⁵/RT),其变形激活能Q=638.1kJ/mol。复合材料超塑性变形组织与拉伸温度和应变速率密切相关。高温低应变速率有利于基体α相的动态再结晶以及晶须与基体处孔洞的愈合,低温高应变速率下,孔洞更易萌生于增强相与基体结合界面的端部。动态再结晶对复合材料超塑性的发挥起着关键作用。     

TA15钛合金钎焊工艺与接头组织性能研究

针对TA15钛合金复杂精密构件设计制造可能的需求,采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni钎料材料对TA15合金进行了真空钎焊。通过扫描电镜与能谱分析等手段,对钎焊接头界面的元素分布及钎焊接头的组织进行分析;同时测试了接头室温和高温力学性能。实验结果表明:采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni钎料钎焊TA15钛合金合理可行;真空钎焊接头通过扩散处理,可以提高接头强度,接头室温和高温拉伸强度分别达到母材的98%和94%;真空钎焊接头脆断于钎缝,扩散处理后的接头韧断于基体。     

基于应变速率循环法的TA15钛合金超塑性本构方程

采用应变速率循环法对TA15钛合金进行三组高温超塑性拉伸试验,变形温度区间为850~950℃,应变速率循环区间为5×10-6~5×10-4s-1。分析拉伸试验数据后,计算出TA15钛合金动态再结晶激活能Q,结合金相组织分析得出其热变形过程中发生了动态再结晶的结论;并利用Arrhenius模型构建超塑性本构方程,应用origin数据处理软件进行数据分析,求得TA15钛合金高温条件下的超塑性本构方程。运用1stopt软件修正了该本构方程,使其精度达到99.3%。结果表明,TA15钛合金的流动应力对变形温度较为敏感,随着温度的升高,流变应力逐渐减小,软化机制愈发明显,且在900℃附近的超塑性较好,伸长率达到了846%。