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。     

TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头组织特征及其形成机制

研究TC4-DT损伤容限型钛合金线性摩擦焊(linear friction welding,LFW)接头的组织特征及形成机制。利用光镜和扫描电镜对接头各区域微观组织进行表征,利用显微硬度计测试接头的显微硬度分布。结果表明:接头焊缝区(WZ)发生动态再结晶,焊接过程中WZ温度超过β转变点,焊后快冷的条件下发生了β→α′及β→α两种相变并析出了大量α′马氏体以及二次层片α;TC4-DT钛合金母材(BM)组织具有较高的变形抗力,使得接头形成的热力影响区(TMAZ)较窄。TMAZ内组织在强烈的热力耦合作用下拉长变形并破碎,焊后快冷的条件下析出少量α′马氏体及大量二次层片α;毗邻TMAZ的热影响区(HAZ)基本保留了BM不同位向的α集束的组织特征,但受热的影响α集束内α/β相界两侧元素相互扩散,层间β消耗,初生α长大;WZ组织的细晶强化和第二相强化,TMAZ组织的应变强化和第二相强化,以及HAZ内α相的长大使得接头上述区域显微硬度均高于BM。     

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.     

近等温变形量对TC4-DT钛合金组织参数和拉伸性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、金相图像分析软件等研究近等温变形量对TC4-DT钛合金显微组织和拉伸性能的影响规律。研究发现:随热变形程度的增大,晶界α相逐渐被破碎,晶内粗大的片状α相宽度逐渐增大,但是细片状的α相宽度变化不大。粗片状α相是由元素扩散引起的成分偏析形成,60%的变形程度下元素扩散充分,不同形态α相之间合金元素成分差别降低,使得最终组织较为均匀。晶内粗片状α相含量和位向随变形程度升高而变化,低变形程度下(20%)α/β相界不会成为位错滑移的障碍,位错主要集聚于晶界导致沿晶断裂。高变形程度(60%)使原来的两相位向关系被打破,相界成为位错滑移的障碍,强度和塑性都得到提高,室温拉伸断口呈现穿晶断裂。实验结果表明在本实验条件下60%的变形量可以获得较好的强度和塑性匹配。     

激光增材制造TC4/TC11钛合金梯度结构温度场预测与显微组织分析

使用激光增材制造技术制备TC4/TC11钛合金梯度材料典型沉积试样,测量沉积过程中3个特征位置的温度历程,并对沉积试样进行显微组织观察。建立了激光增材制造TC4/TC11梯度材料结构温度场预测有限元模型。有限元模型的温度场计算结果与试验结果吻合较好,同时有限元模型所计算的Tβ温度转变线位置与试样显微组织中观察得到的结果一致。显微组织观察结果表明,试样中无缺陷,顶部为等轴晶区域,从增材底部到等轴晶区域之间存在贯穿整个增材区域的柱状晶;在Tβ温度转变线两侧微观组织有明显不同:最后一层增材过程中,温度超过Tβ的组织冷却后为超细α+β网篮组织,温度未达到Tβ的组织冷却后为带有大量α集束的α+β网篮组织;在设计界面(材料组分变化位置)处组织连续、无突变。     

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。     

ZTC4合金电子束焊接接头显微组织及力学性能研究

以ZTC4钛合金电子束焊接接头为研究对象,通过显微硬度试验、金相分析以及常规力学性能试验,讨论了电子束焊接接头不同位置的组织、形态差异,探究显微组织与接头显微硬度的相关性,以及电子束焊接接头的拉伸性能和冲击性能。通过组织分析及显微硬度测试发现,ZTC4合金电子束焊缝微观组织由原始β相转变为针状α'相,即针状马氏体,其热影响区组织为片状α相与原始β相的混合物,且焊缝处显微硬度最高,热影响区其次,母材最低。通过力学性能测试发现,电子束焊接接头的拉伸和冲击性能与母材相当,说明采用电子束焊接ZTC4可以得到力学性能良好的焊接接头。     

冷却速率对TC21合金相变行为的影响

采用末端淬火法研究了TC21合金自β相区冷却后冷却速率对合金相变和显微组织的影响,对取自末端淬火试样的不同区域试样进行了OM、XRD、TEM及显微硬度分析。结果表明:冷却速率大于122℃/s时,β相转变形成正交马氏体α″,冷速介于122℃/s和3℃/s之间时,发生块状转变,冷速继续降低,相变由扩散控制,形成两种不同形貌的魏氏体α片层:较平滑的α片层和较曲折的α片层;随冷却速率的降低,合金的显微硬度先增大后降低,冷却速率小于8℃/s后,显微硬度迅速降低。     

双光束激光焊钛合金T形接头的组织特征与力学性能

利用双侧激光同步焊接的方法获得TC4合金T形接头,对接头进行光学显微组织观察以及拉伸性能测试,分析了接头的显微组织与力学性能。结果表明,T形接头母材显微组织为α+β等轴组织。焊缝区显微组织由粗大的β柱状晶和网篮状马氏体组成,蒙皮侧焊缝区柱状晶和马氏体晶粒比加强筋侧细小。热影响区显微组织由细小的针状马氏体、针状α相和少量等轴初生α相组成,蒙皮侧热影响区比加强筋侧窄。T形接头焊缝区拉伸强度大于母材,接头拉伸断裂均发生在离焊缝中心较远的母材上。     

TC4钛合金激光窄间隙焊接工艺与组织特征研究

使用IPG YLS-5000多模光纤激光器实现了12mm厚TC4钛合金光纤激光窄间隙焊接,优化了焊接工艺,并对焊缝组织和显微硬度进行了分析.结果表明:激光窄间隙焊接容易产生气孔和侧壁未熔合缺陷,优化后的焊接工艺能显著减少气孔并消除未融合缺陷.母材显微组织为典型的等轴组织,焊缝区显微组织由粗大的β柱状晶和网篮状马氏体α'组成.热影响区晶粒尺寸明显细化.热影响区组织由细小的针状马氏体α'、转变α组织和β转变组织构成.焊缝区和热影响区的显微硬度高于母材,近焊缝热影响区显微硬度达到最大值.     

TC11钛合金的最大m值超塑性变形研究

介绍最大m值超塑性变形的试验方法和计算机控制系统,分析TC11钛合金采用该方法的超塑性变形特点。试验结果表明,经过细化处理的TC11钛合金,在900℃时恒应变速率试验的最大延伸率为1260%,采用最大m值变形方式可以获得异常高的超塑性,延伸率为2300%。TC11超塑性变形以晶界滑移为主,并伴随晶内位错滑移,最大m值法超塑性变形能够使动态再结晶充分发生,是提高钛合金塑性的有效方法。     

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.      

Ti-6Al-2Zr-1M0-1V合金的热变形行为

在Gleeble-1500热模拟机上对Ti-6A1-2Zr-1Mo-1V钛合金铸态材料进行了恒温和恒应变速率下的热压缩变形实验，温度范围是700～1000℃，应变速率范围是5×10     

Substructure evolution in two phases based constitutive model for hot deformation of TC18 in α + β phase region

The α + β dual phase titanium alloys are key structural materials in aviation and aerospace industries, and the complicated flow behavior of these titanium alloys during hot deformation requires to establish a constitutive model incorporating physical mechanism for optimizing processing parameters and designing forming tools. This work aims to establish a constitutive model incorporating physical mechanism for hot deformation of TC18 in α + β phase region. Firstly, the flow behavior and microstructure evolution for hot deformation of TC18 in α + β phase region are characterized. The TC18 shows significant strain hardening rate and negative strain hardening exponent around and after peak flow stress, respectively. After peak flow stress, Dynamic Recovery (DRV) mechanism dominates the evolution of α and β phases according to the results of substructure evolution. Then, the internal state variables method is applied to establish a constitutive model incorporating physical mechanism for hot deformation of dual phase titanium alloys. The variation of dislocation density during the hot deformation of titanium alloys is modeled by considering the accumulation of dislocation due to the impediment to dislocation movement by substructure obstacles and the annihilation of dislocation due to the dynamic restoration effect. The interaction between dislocations, the subgrain boundaries and the grain/phase boundaries obstruct the dislocation movement in the α phase, and the first two obstructs the dislocation movement in the β phase during the hot deformation of TC18. The dislocation annihilation process in the α and β phases during the hot deformation of TC18 is dominated by DRV. Finally, the substructure evolution in the two phases based constitutive model for hot deformation of TC18 in α + β phase region is presented. This model is well applied to predict the flow stress and quantitively analyze the role of DRV effect in the evolution of α and β phases during the hot deformation of TC18.     

粉末耐热钛合金组织性能及成形技术

采用热等静压技术及旋转电极粉,采用预合金粉粉末冶金工艺开展了粉末耐热钛合金TC11(Ti-6.5AJ-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)制备技术研究,研制出了全致密粉末TC11合金,通过热处理工艺研究优化粉末TC11材料的组织和性能.利用光学显微镜,对其组织进行了分析,用SEM观察了旋转电极粉末形貌,对室温及高温(550℃)拉伸性能及弹性模量等进行了测试分析.粉末TC11合金的组织和性能与同批次TC11锻棒材料进行了对比研究.利用特殊模具成形,开展了粉末TC11构件近净成形技术的研究,实现了整体大尺寸、带网格加强筋的薄壁粉末TC11合金航天飞行器舱体件近净成形,且未检测出内部缺陷.研究结果表明,粉末TC11合金具有与锻造材料相当的拉伸性能,而弹性模量更优,其金相组织均匀细致,形成了网篮组织,并有围绕其分布的等轴α.粉末TC11合金及合适的近净成形技术可在高性价比、高可靠性的轻质耐热航天飞行器构件制备中得到应用.     

TC11合金燃烧特性初步研究

钛火严重威胁航空发动机用钛安全,开展钛合金燃烧特性研究是发动机合理用钛及采取有效防范措施的基础。通过液滴引燃试验法初步研究了TC11合金的燃烧特性,分析了燃烧的过程特征、试片温度与氧气含量(分压)对启燃的影响及燃烧表面的微观组织。结果表明:在压缩空气/氧气作用下,TA1液滴发生燃烧并将TC11合金试片引燃,燃烧过程中反应剧烈,喷射出大量火花;随着TC11合金试片温度的提高,引燃所需的临界氧气分压逐渐降低;TC11合金试片的烧损表面形成了氧化层,从表面到内部呈现出疏松区、致密区和燃烧影响区三种典型的组织区。     

TC11合金热变形特性及变形参数对组织的影响

通过热模拟压缩试验,分析了TC11合金的高温变形特性及不同变形参数下的组织演化规律,用非线性回归方法建立了TC11合金Kumar型材料的本构关系,得出了TC11合金的高温流变曲线基本呈流变软化特征的结论;最后应用MSC,Autoforge软件对TC11合金某型号涡轮盘的等温锻造工艺进行了模拟式工艺设计,验证了TC11合金材料本构关系的工程适用性.     

TC4-DT钛合金高温热变形行为研究

利用Gleeble-3500型热模拟实验机,研究了TC4-DT损伤容限型钛合金在温度850℃～1000℃、应变速率0.01～10s-1、变形程度为40%～70%条件下的热变形行为,分析了该合金的流变应力行为及微观组织演变规律,并建立了本构关系模型。研究结果表明,TC4-DT合金在950℃以下的较低温度变形时应力软化现象非常明显,变形机制和热变形激活能不同于950℃以上的较高温度变形机制;在950℃以上高温度变形时,低应变速率(如ε=0.01s-1)促进了动态再结晶行为的发生,而在较高的应变速率(如ε=10s-1)时,一般只发生动态回复现象,动态再结晶行为受抑制。     

拉伸塑性对TC11 500℃低循环应变疲劳的影响

 测定了TC11合金经不同制度热处理后试样的500℃低循环应变疲劳的△ε_t～N_f曲线,在不同的△ε_t值条件下,拟合出N_f与φ、δ_5之间的经验关系式。结果指出:强度相近时,合金的塑性越低,其500℃时的N_f越低;虽然魏氏组织500℃的N_f一般低于等轴组织,但若魏氏组织中的片状α或束域比较细小时,其500℃N_f值可明显提高,并与等轴组织的差别缩小。     

基于P-ε-N曲线整体推断的涡轮盘寿命可靠性分析

疲劳寿命符合对数正态分布,并且对数寿命的标准差随弹性应变幅和塑性应变幅的减小而增大。采用基于异方差回归分析的整体推断方法在现有低循环疲劳试验数据的基础上,得到了航空发动机涡轮盘材料GH4133在温度250℃下的P-ε-N曲线;利用P--εN曲线对某涡轮盘进行低循环疲劳寿命可靠性分析,得到置信度0.95,可靠度0.998 7的轮盘寿命为1 866次循环,合683飞行小时,与涡轮盘疲劳试验分析得到的技术寿命接近。整体推断得到的P-ε-N曲线精度较高,利用P-ε-N曲线进行轮盘寿命可靠性设计分析具有计算简便、节约试验成本的优点。