大厚度TC4-DT钛合金电子束焊接接头微观组织和力学性能研究

对60mm厚TC4-DT钛合金锻件进行电子束焊接。通过对焊接接头显微组织观察,拉伸、冲击、断裂韧性测试,研究了该合金电子束焊接接头的力学性能。结果表明:TC4-DT钛合金具有良好的焊接工艺性能。焊缝为α相网篮组织,该合金电子束焊接接头的拉伸强度与基材相当,但冲击韧性与锻件相比略低。同时,该合金焊接接头也具有良好的损伤容限性能,与锻件相比焊接接头的断裂韧性下降约20%。     

热处理对Ti3Al/TC11双合金盘拉伸性能与组织的影响

研究了经真空电子束焊接+近等温锻造制备的Ti3Al/TC11双合金盘在不同热处理制度处理后的力学性能和显微组织.结果表明,采用梯度热处理的双合金盘的强度稍高;而塑性与变形量有关,当采用40%变形的塑性要高些.热处理制度对焊缝区显微组织有较大的影响.梯度热处理时,焊缝两侧合金的热影响区组织与焊缝中心过渡均匀、无突变,而采用一般热处理制度处理时组织则有明显的突变.热处理制度对双合金盘焊缝的相组成几乎没有什么影响,除了α1,α及β相外,还有新生成的O相,MoNb,Nb,Al及TiAl3相,它仅对组成焊缝的每一个相的含量有一定影响.     

电子束熔丝成形TC17钛合金显微组织与拉伸性能研究

针对电子束熔丝(EBWD)成形TC17钛合金开展了显微组织调控与力学性能研究。成形态EBWD TC17钛合金的成分均匀性较好,具有沿z方向外延生长并贯穿多个沉积层的粗大β柱状晶组织,柱状晶内部为细密的网篮状组织。经过热等静压后,β柱状晶内部呈现粗短棒状α网篮组织。经过固溶时效处理后,β基体中同时存在粗短棒状α相和细小的次生α相。成形态EBWD TC17材料的抗拉强度为935MPa,延伸率为9.0%;热等静压态材料的抗拉强度为904MPa,延伸率为18.0%;二重固溶+时效后,由于析出的细小次生α相起到了沉淀强化的作用,材料的抗拉强度较热等静压态提高了18%(至1066MPa),但塑性显著下降(至7.5%),其拉伸断口的韧窝数量也大幅减少。     

紧固件用TC16钛合金强化热处理工艺研究

利用光学显微镜、扫描电镜以及拉伸实验机,研究不同热处理工艺下TC16钛合金的显微组织及力学性能.结果表明:退火后的组织为等轴α+β,晶粒大小约为1μm;固溶处理的组织为初生α+α"+亚稳β,随着固溶温度的升高,初生α相减少,抗拉强度不随固溶温度的变化而变化,屈服强度较退火态下降较大,屈强比仅为0.4～ 0.47;时效处理后的组织为初生α+α+β,α、β呈片状相间分布于原始β晶粒内,时效处理后的抗拉强度最高可达1226MPa,强塑积最高达21834MPa.％;退火态与固溶态的拉伸断口为韧性断口,而时效处理后的拉伸断口为准解理断口.     

热处理对激光快速成形TC21钛合金组织和硬度的影响

采用激光快速成形技术制备出TC21钛合金块状坯料,研究了去应力退火及固溶时效热处理对成形件组织和硬度的影响。结果表明:去应力退火后,成形件组织和显微硬度基本无变化;固溶+时效热处理后,原沉积态明暗两区统一,硬度基本无差别,表明组织已均匀化。随着固溶温度的升高,网篮组织中的α片变宽,球状α相的数量增多,晶界α相发生粗化。当固溶温度为932℃时,成形件沉积态中粗大的柱状晶发生再结晶,转变为较细小的等轴晶。     

TC18电子束焊接头焊后热处理对组织与性能的影响

为提高TC18合金电子束焊接头的力学性能,测量焊态及4种焊后热处理的接头室温拉伸和冲击性能,并对不同热处理状态的显微组织和冲击断口进行光学和扫描电镜观察.研究表明,TC18电子束焊缝经不同热处理能够获得不同形态的晶内α.随晶内α片长径比的减小,塑性和冲击韧度提高,强度大致呈降低的趋势.TC18双重退火焊缝具有以粒状α为主,辅以适量片状α的β晶内结构,因而具有较好的强度、塑性和冲击韧度.     

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.     

TC21钛合金的微观组织对力学性能的影响

研究了两相钛合金TC21关于两种不同微观组织(片状组织和网篮组织)的拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展性能.结果显示:片状组织相比网篮组织有相近的拉伸强度,但塑性较差;两者的韧性相差不大,但增韧机理不同;网篮组织在中低速扩展区的扩展速率和片状组织几乎相同,但在较高速扩展区显示略低的扩展速率;加载方向对两种组织的疲劳裂纹扩展速率基本无影响;和其他钛合金类似,TC21在Paris区存在转折.     

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。     

近α型钛合金长时高温暴露过程中显微组织演变及其对热稳定性的影响

研究了近α型钛合金TG6经α+β两相区热加工的盘锻件在600℃长时暴露过程中的显微组织演变及其对热稳定性的影响。结果表明:经600℃/100h和600℃/300h长时高温暴露后,TG6钛合金的室温拉伸强度略有提高,其增幅在5%左右,而其拉伸塑性显著降低,塑性保持率小于50%,拉伸断口趋于平直化,且存在梯田状台阶和二次裂纹等,表现为显著的解理断裂特征。在600℃高温长时暴露过程中,TG6钛合金中的显微组织变化主要有在基体组织中的共格有序α2相析出及硅化物析出。随着高温暴露时间的延长,TG6钛合金的显微组织逐渐趋于稳定,拉伸性能的变化也相应趋缓。α2相析出促进了拉伸变形时位错滑移的平面化及变形不均匀,是热稳定性下降的主要原因;而硅化物析出协同促进位错滑移集中化,是热稳定性下降的次要因素。     

TC6钛合金棒材热处理工艺研究

对TC6钛合金φ20mm～φ120mm不同规格棒材进行了普通退火、双重退火、等温退火、固溶时效等热处理方法和热处理制度研究,并对比分析了热处理制度和组织、性能之间的影响关系,结果表明,TC6钛合金的组织和性能对热处理工艺敏感,应根据半成品规格、类型、截面形状、使用温度、受力情况以及设备条件等诸多因素选择合适的热处理方法和制度,才能达到强度、塑性和韧性的最佳匹配。研究结果证实普通退火是一种简单易行的退火制度,适用于飞机结构用中等规格棒材等半成品的退火,进一步提出了TC6钛合金棒材的热处理工艺选择原则。     

初生α相含量对近α钛合金TG6拉伸性能和热稳定性的影响

采用力学性能测试和断口分析等方法研究了初生α含量对TG6高温钛合金双态组织拉伸性能和热稳定性的影响.当双态组织中的初生α含量大约在20%～50%的范围内时,TG6钛合金的拉伸强度和塑性没有特别大的差别.但当经过600℃/100h的试样热暴露后,TG6钛合金的拉伸强度略有增加,而塑性则明显降低.塑性下降的程度与合金的初生α相含量密切相关,初生α含量越少,则热暴露后塑性下降幅度越大.导致TG6钛合金热暴露后塑性损失的主要因素有共格α2相的析出、硅化物的析出以及表面氧化.相对而言,其中共格α2相的析出是合金热暴露后塑性损失的最主要因素.     

TC6钛合金环形锻件组织与性能的研究

为确定变形参数对TC6钛合金组织、性能的影响，分别用稍高于和低于β相变点的温度对TC6合金进行了环形件的成形，对这两种制度成形锻件的组织、性能的研究表明：TC6合金在稍高于B相变点的单相区变形，显微组织为网篮状组织；而在α＋β两相区成形，得到的组织为等轴组织。TC6合金近β锻造和α＋β两相区锻造的常规室温、高温力学性能没有明显差异。采用近β锻造可在不影响力学性能的情况下提高TC6合金的可锻性。     

不同热处理工艺对选区激光熔化TC4动载性能及各向异性的影响

选区激光熔化成形的TC4合金断裂韧性较差,低周疲劳性能较低,各向异性明显。采用循环退火(700～950℃)和固溶时效相结合的方法对TC4成形件进行热处理,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、低周疲劳试验机等手段研究热处理对SLM TC4成形件显微组织和力学性能的影响。研究表明,SLM TC4微观组织由马氏体α′和马氏体α″组成,断裂韧性值为36.4 MPa·m^0.5,断裂韧性各向异性达25.7%;热处理后部分板条α相分解,产生等轴α相和二次α相;经过700～950℃循环5次后固溶+550℃时效后SLM TC4的断裂韧性值为96.0 MPa·m^0.5,断裂韧性的各向异性为1.4%。通过比较热处理样件和锻件低周疲劳性能得出结论,当应变幅≥0.9%时,热处理件低周疲劳性能高于锻件;当应变幅≤1%时,920℃循环退火+550℃固溶时效的低周疲劳性能高于920℃循环退火。     

置氢对TC21合金粉末物理性能和压制性能的影响

采用扫描电镜观察、粉末镶嵌试样、XRD和模压成形等方法,研究了置氢(H,wt%)对TC21合金粉末颗粒形貌、表面状态、显微组织、相组成、显微硬度和压制性能等的影响.结果表明:置氢TC21粉末颗粒形貌为不规则状,粉末主要由亮相α相及暗相β相组成,颗粒显微组织呈片状、α/β集束状和网篮状.随置氢量的增加,置氢TC21粉末显微硬度呈降低趋势;α相逐渐减少,β相逐渐增多,并且有少量的α"相生成;粉末的压缩性能呈先变差后变好的不明显变化趋势,成形性能先变差又逐渐变好,置氢量0.10 wt%,0.39 wt%TC21粉末压制性能较好,置氢量0.22 wt%的TC21粉末的压制性能最差.     

TC4钛合金激光快速成形力学性能

试验研究了TC4钛合金激光快速成形的力学性能.结果表明,成形件室温及高温强度均超过锻件水平,塑性接近锻件水平.严格控制成形气氛中杂质元素的含量能使TC4钛合金强度与塑性合理匹配.     

热处理对激光增材制造Ti2AlNb基合金组织及性能的影响

利用激光增材制造技术制备出Ti-22Al-25Nb合金薄壁试样,分析了沉积态和热处理态试样的宏观形貌、相组成和显微组织,以及不同制度热处理态试样的组织和室温拉伸性能.结果表明,沉积态试样相组成沿沉积高度方向呈现由B2+O+α2→B2+O→B2的变化趋势;热处理态试样的微观组织和相组成均匀,由B2、O、α23相组成;经930℃保温2h空冷的固溶处理和800℃保温24h空冷的时效处理后,合金室温拉伸性能好,抗拉强度为1017MPa,断后伸长率为6.0％.     

航空发动机用β锻TC17钛合金时效析出行为研究

采用扫描电子显微镜对β锻TC17钛合金的时效析出行为进行研究,并以拉伸性能和断裂韧度试验表征不同时效处理对其力学性能的影响。研究结果表明:经两相区固溶+不同时效温度热处理后,α相在β相基体上析出、形核、长大。随着时效温度的升高,次生α相含量逐渐降低且分布不弥散,抗拉强度线性下降,塑性升高,断裂韧度线性升高。经630℃不同保温时间的时效,短时间次生α相呈针状,随着保温时间的延长,次生α相厚度d从42nm粗化至138nm,含量ωa从12.6%下降至4.5%。抗拉强度R_m与次生α相厚度、含量呈R_m=1.01ωa-0.95d+1274.1关系变化。次生α相的厚度降低和含量增加均能使抗拉强度提高,塑性和断裂韧度降低。     

Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金热机械处理过程中的相组成及力学性能演化

采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)观察和力学性能测试,系统研究了具有低弹性模量的亚稳β钛合金Ti-30Nb-1Mo-4Sn(wt%)在热机械处理过程中的相组成与力学性能演化。研究结果表明:固溶态合金具有较低的结构稳定性,拉伸过程中出现应力诱发马氏体相变,导致合金呈现较低的屈服强度;固溶态合金经时效处理后,由于缺乏异质形核点并且时效时间较短,第2相析出很少,其稳定性并没有明显提高,淬火的过程中仍然会发生马氏体相变,因此其屈服强度也不能得到显著提高。合金经冷轧变形后,晶粒显著细化并引入大量形变位错,大量的缺陷为α相析出提供了形核点,因此在时效处理时析出大量细小α强化相之后,合金的屈服强度和断裂强度显著提高。值得注意的是,冷轧态合金选择一个合适的退火温度(350℃),可以使时效处理后的强度达到最大值,进一步提高退火温度,发生再结晶,位错密度下降,导致合金强度剧烈下降。     

激光熔化沉积快速成形TC4钛合金的焊接性能

为了探索激光熔化沉积快速成形技术制备TC4钛合金的焊接性能,分别采用电子束焊、激光焊两种方法制备接头试样,并借助金相、硬度试验等方法获得接头力学性能、显微组织及硬度。结果表明:两种焊接方法得到的接头抗拉强度最高达953 MPa,焊接系数均0.9;激光和电子束焊接焊缝为网篮状α'相马氏体组织,热影响区为α相和针状马氏体组织组成。激光熔化沉积快速成形TC4钛合金和传统工艺制造的TC4钛合金在焊接特性方面表现相当。