TA15钛合金扩散钎焊界面微观组织及性能研究

采用钛基钎料Ti37.5Zr15Cu10Ni作为中间层对TA15钛合金进行了真空扩散钎焊,对扩散钎焊接头界面微观组织进行了分析,同时测试了接头室温和液氮低温力学性能。试验结果表明:钎料与TA15基体发生了快速的互扩散,焊缝微观组织全部呈针状,接头室温和液氮低温状态下均脆断于焊缝,室温拉伸强度达到基体材料拉伸强度的93.8%。     

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.     

Ti-Mo合金β结构稳定性及理论强度的第一性原理研究

应用基于密度泛函理论的第一性原理赝势平面波法和超晶胞法对Mo含量(原子分数)为6.25%～37.5%的Ti-Mo二元合金的结合能和电子结构进行了计算;通过晶胞拉伸变形过程中单原子结合能随拉伸方向晶格常数的变化曲线计算出了合金成分为Ti15Mo1,Ti14Mo2,Ti13Mo3,Ti12Mo4,Ti11Mo5和Ti10Mo6的Ti-Mo二元合金在单向拉伸状态下的理论强度。研究了Mo元素对增强β钛合金稳定性,提高β钛合金强度的作用及作用机理。结果表明:随着Mo元素含量的增加,Ti-Mo二元合金β相的稳定性和理论强度都有明显提高;态密度的分析表明,Ti,Mo成键作用的加强导致了合金理论强度的提高。     

Sc和Zr复合微合金化在Al—Mg合金中的存在形式与作用

研究了微量Sc和Zr复合合金化对Al Mg合金显微组织与拉伸性能的影响。结果表明 :Sc和Zr复合微合金化可显著提高Al Mg合金的强度。Al Mg Sc Zr合金凝固过程中形成的初生Al3 (Sc ,Zr)复合粒子具有极强的晶粒细化作用 ,次生Al3 (Sc,Zr)质点与Al Mg Sc合金中次生Al3 Sc质点相比析出密度大大增加、分布更加均匀弥散、抑制再结晶的能力更为强烈。Sc和Zr复合微合金化大大促进了微量Sc在Al Mg合金中的强化作用。由于Zr的价格比Sc便宜很多 ,采用Sc和Zr复合微合金化可减少铝合金中Sc的加入量 ,从而降低合金的成本。     

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。     

TA15和TA2钛合金富氧α层生成机制

研究TA15和TA2两种α型钛合金不同热处理条件下富氧α层的形成。讨论合金中富氧α层的生成动力学和热力学。利用光学显微镜观察富氧α层并测量其厚度。结果表明,加热温度和保温时间均影响钛合金中富氧α层的形成,且温度为主要因素。富氧α层的厚度生长动力学曲线呈抛物线型,受氧扩散控制。计算出TA15和TA2钛合金富氧α层的生成激活能,分别为146.48 kJ/mol和59.97kJ/mol,说明TA2钛合金更易生成富氧α相。产生这种差异的主要原因是TA15的合金类型及合金元素的添加有助于阻止氧元素在α相中的扩散。建立TA15钛合金富氧层厚度-温度-时间的关系曲线。     

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.     

TA15钛合金大锻件两种模锻工艺的组织性能对比研究

采用相同规格TA15棒材分别利用800MN模锻压力机、1MJ对击模锻锤制备同种形状钛合金大型航空模锻件,对两种模锻条件下的锻件组织及力学性能进行了对比研究。结果表明:800MN制备的锻件塑性流线分布好,每火次变形量大、变形速率低,比1MJ锻件再结晶晶粒尺寸小、等轴初生α相比例高且颗粒更加细小,室温、500℃高温拉伸性能以及冲击韧性和断裂韧性均有所提高。     

激光熔化沉积TA15+Ti_2AlNb合金的组织与力学性能

将TA15和Ti_2AlNb合金粉末以不同比例预混,采用激光熔化沉积工艺,制备出40%TA15+60%Ti_2AlNb,50%TA15+50%Ti_2AlNb,60%TA15+40%Ti_2AlNb(质量分数)3种比例的合金薄壁,分析了薄壁的成分、组织及力学性能。结果表明:3种沉积薄壁的成分分布均匀,合金由α相、α2相及β/B2相组成,针状α相和α2相呈网篮状分布在初生β/B2晶粒内部;3种合金的抗拉强度分别为1108 MPa,1071 MPa,1105 MPa,断裂伸长率分别为3.0%,2.2%,3.8%;拉伸断口可见沿α2相撕裂产生的撕裂棱,断裂方式均为准解理断裂。     

Ti6242合金微观组织差异及其演变对拉伸和疲劳性能影响

典型近α型钛合金Ti6242合金制备盘锻件的综合力学性能与其棒材原始微观组织特征密切相关。本研究选取具有明显微观组织特征差别的3种Ti6242钛合金棒材为研究对象,定量化评估不同Ti6242钛合金棒材锻造态、固溶态和固溶+时效态的微观组织差别和演变规律,并讨论棒材微观组织差别和演变对综合力学性能的影响。研究结果显示具有明显差别的不同棒材微观组织在经历相同的固溶和时效处理后,其初生α相体积分数差别趋于相近,而初生α相的尺寸分布和形状分布等微观组织特征仍保留差别;力学性能结果显示室温拉伸力学性能趋于近似,而低周疲劳和保载疲劳力学性能对微观组织特征较为敏感。对比不同特征组织和力学性能分析结果,具有细小非等轴状且没有明显取向集中分布初生α相的棒材原始组织有助于获得更好的疲劳性能。     

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。     

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。     

热处理对650 ℃短时用Ti650板材显微组织和力学性能的影响

研制了一种Ti-Al—Sn—Zr—Mo—W—Si系650℃短时应用的Ti650钛合金板材。采用光学显微镜和扫描电镜分析了不同的热处理制度对11mm和2mm厚两种规格板材的显微组织的影响，并测试了力学性能。结果表明：经三重热处理后，Ti650钛合金拥有良好的室温、650℃拉伸性能和室温冲击性能。     

热模锻造对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC4双合金界面连接强度与组织的影响

研究热模锻造经真空电子束焊接的Ti-24Al-15Nb-1.5Mo与TC4双合金焊缝界面的显微硬度变化、合金元素扩散趋势、显微组织特征和拉伸性能。结果表明,焊后未经任何处理的的试样焊缝边界处Al和Nb含量有突变;经700℃保温12h,AC(空冷)的焊接件焊缝区显微硬度最高,HV0.98平均值达3780MPa;经热模锻造和热处理后,合金元素扩散充分,显微组织均匀,显微硬度均匀。焊接接头拉伸试验表明,经38%变形,1020℃锻造,700℃保温12h,AC处理的试样,高倍组织为双态组织,拉伸性能最好,室温延展率达16.5%,断面收缩率达44.5%。     

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。     

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%。     

TG6高温钛合金中α2相的沉淀析出行为及其对塑性的影响

随着对高温钛合金耐热性要求的不断提高,往往得通过加入高含量的Al、Sn、Zr和Si等元素来进行合金化,但在获得高热强性的同时也会因高温长时服役过程中析出α2相和硅化物而降低合金的塑性等.本文研究了TG6钛合金在不同热处理状态下α2相的沉淀析出行为及其对塑性的影响.结果表明,600℃是α2相析出的最佳动力学温度,α2相与α基体保持完全的晶体学共格关系,在α基体中均匀弥散分布,两者具有极小的错配度.共格有序的α2相析出将促进位错的集中平面滑移,限制了交滑移的进行,并引起滑移的不均匀分布,形成粗大的滑移带,从而引起室温拉伸塑性的下降.     

焊后真空热处理对TA15钛合金电子束焊接接头力学性能的影响

针对飞机承力结构用钛合金材料TA15,通过调整其焊后热处理温度,对不同热处理状态的该合金电子束焊接接头进行室温力学性能的综合对比分析,确定了适合于电子束焊接接头的焊后热处理工艺.     

Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金板材超塑成形组织及性能研究

分别采用最大m值法和恒应变速率法对Ti-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金(SP700钛合金)板材进行超塑拉伸,研究了755~785℃、0.1~0.005s-1及不同方向的单向条件下其超塑拉伸变形行为和典型件的超塑成形行为及力学性能。结果表明:SP700钛合金具有优异的低温超塑性,采用最大m值法在45°方向、775℃变形后,获得3110%的最高延伸率,变形诱发晶粒长大使SP700钛合金抵抗颈缩的能力增加。受双向拉应力作用的锥形件,在755℃具有最优的超塑成形工艺性,锥形件高度可达到100mm,并且晶粒尺寸无明显变化。经33%超塑变形量的试样室温力学性能略高于无变形试样,其室温抗拉强度和延伸率平均值分别达到1027MPa和16.8%。     

Al含量对一种新型高W，Mo的Ni3Al基合金组织和性能的影响

为满足1050℃使用的等温锻模具材料的需求,在IC6合金成分的基础上研制了一种新型的高W,Mo强化的Ni3Al基等轴晶合金,尝试在合金中添加了不同含量的铝改善合金的抗氧化性能,并研究了铝对合金微观组织和1050℃拉伸性能和1100℃持久性能的影响.采用带能谱的扫描电镜分析了合金微观组织以及氧化膜形貌,采用X射线衍射分析了合金氧化膜的相组成.研究结果显示,随铝含量从7wt%增加到8wt%,合金的氧化增重速率明显降低,氧化皮脱落量减少,合金的抗氧化性能明显提高.力学性能测试结果表明,铝含量为7.5wt%的合金具有较好的综合高温性能,当铝含量提高到8wt%时,合金中的初生γ＇相大量增加,合金高温强度明显降低.