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。     

TA15钛合金局部减重中空双层结构超塑成形/扩散连接工艺

在应变速率为0.001 s^-1、0.005 s^-1、0.01 s^-1,温度为880℃、900℃、920℃、940℃的条件下对TA15钛合金进行了高温拉伸试验,材料在920℃以上、0.005 s^-1以下的延伸率可超过500%,具有优异的超塑性能。计算了TA15钛合金的本构方程及在应变速率为0.005 s^-1时,不同温度下的应变敏感性指数m值和材料常数K值。通过超塑成形/扩散连接(SPF/DB)工艺,采用有限元模拟对双层结构件的壁厚分布进行分析,并获得了气压加载压力–时间曲线。在温度为920℃时,采用预镂空面板制得了局部减重的中空双层结构件,最小壁厚为0.31 mm,采用超声波C扫描对零件的扩散面积进行分析,结果表明,焊合率高于95%。     

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。     

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。     

TA15钛合金超薄中空四层结构超塑成形/扩散连接一体化成形及精度控制

本文采用TA15钛合金热轧薄板作为原材料,探究超薄中空四层结构的超塑成形/扩散连接工艺。首先通过高温拉伸试验对TA15钛合金的超塑变形行为进行研究,获得了超塑成形过程的应力–应变曲线。然后通过有限元软件对薄壁横向局部贯通四层纵筋结构的超塑成形过程进行模拟,对成形过程中壁厚减薄、应力分布等行为进行研究,为后续超塑成形/扩散连接试验提供有效指导。最终成功制备了芯板直立筋良好、三角区宽度仅0.9 mm的超薄中空四层结构,其中面板最大减薄率为18.6%,芯板最大减薄率为55.1%,芯板与面板之间扩散连接区域的焊合率为92.1%～98.5%。TA15钛合金板材的原始显微组织晶粒细小破碎且呈等轴状,平均晶粒尺寸小于5μm,经长时间的超塑变形与热暴露后晶粒显著长大。     

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。     

(Hf0.25Zr0.25W0.25Ti0.25)B2高熵陶瓷的组织结构与力学性能

为了提高高熵硼化物陶瓷的性能,扩大高熵硼化物陶瓷家族,本文通过硼热/碳热还原法结合SPS制备(Hf_0.25Zr_0.25W_0.25Ti_0.25)B₂高熵硼化物粉末与陶瓷,并对其物相组成、组织形貌和力学性能进行研究。结果表明,经1 600℃热处理后(Hf_0.25Zr_0.25W_0.25Ti_0.25)B₂高熵硼化物粉末除了检测出高熵相,还检测到W₂B₅第二相,粉末粒径为(0.29±0.03)μm;2 000℃烧结后W₂B₅减少,高熵相的衍射峰向高角度偏移,致密度达95.7%,引入WB₂后其具有优异的力学性能,硬度(21.3±1.5) GPa,断裂韧性(3.00±0.22) MPa·m^1/2。     

低温复杂结构件特种成形工艺

研究了等离子旋转电极制备低温钛合金球形粉末的特性,采用热等静压成形工艺,制备低温钛合金粉末冶金材料,并对比分析了组织与性能.以低碳钢为材质,加工装配专用芯模,开展粉末冶金TA7 ELI钛合金构件净成形技术研究,实现了大尺寸、薄壁、半封闭式火箭发动机低温转子高性能、高可靠性的整体净成形.结果表明:等离子旋转电极制备的低温钛合金球形粉末,具有非常高的球形度和振实密度,粒径分布可依据需求控制在一定范围内,非金属夹杂含量每千克不超过20个;粉末冶金低温钛合金材料性能全面达到同批次锻件性能水平,微观组织呈等轴状;粉末冶金低温钛合金氢泵叶轮已通过了发动机型号低温全程试车考核.     

TiB2颗粒诱导AlSi5电弧增材微观组织演变及性能研究

铝合金的电弧增材制造过程中因持续热积累而引起组织分布不均匀和溶质偏析,导致其性能各向异性。针对这一问题,设计了TiB₂纳米颗粒添加铝合金的钨极氩弧(Tungsten inert gas,TIG)增材制造工艺。在电弧增材制造过程中,通过表面预涂层的方式将纳米TiB₂颗粒添加到试样中,对比研究了纳米TiB₂颗粒不同质量分数对AlSi5合金微观组织的影响。结果表明,随着TiB₂质量分数的增加,AlSi5合金的微观组织不均匀性得到明显改善,1.5%TiB₂的添加使AlSi5合金的晶粒尺寸从226μm减小到85.6μm,且引起(110)和(112)基面上的织构明显减弱,最大取向密度呈下降的趋势;与无颗粒添加的AlSi5增材试样相比,颗粒添加后的沉积层硬度与弹性模量均得到显著提高,硬度值从879MPa增加到1253MPa,弹性模量从81.9GPa增加到88.3GPa。     

TA32高温钛合金超塑性能研究

采用恒应变速率法对TA32高温钛合金板材进行超塑拉伸,研究了温度920～980℃和应变速率5×10^-5～1×10^-3 s^-1条件下材料的超塑变形行为,并分析了锥形件胀形过程的变形特征和微观组织演变规律。结果表明,TA32合金具有良好的超塑性变形能力,温度920℃、应变速率1×10^-3 s^-1时最大延伸率达到864%。温度为940℃和960℃时,受平面应力变形的锥形件高度较高,分别为90 mm和92 mm;经过不同变形量的变形后微观组织变化并不显著。     

TA15钛合金支臂近等温锻造工艺

TA15钛合金支臂是某机承力构件,采用近等温锻造工艺,将近等温锻造成形技术应用于TA15钛合金支臂难变形合金外形复杂锻件生产,通过控制模具温度在坯料加热温度以下某一范围内,避免锻造过程中温升并使坯料处在较高塑性区,有效降低材料流动抗力,提高锻件组织均匀性、一致性,生产出组织性能合格锻件.     

Crystal orientation and morphology of a lamellae in wrought titanium alloys: On the role of microstructure evolution in b processing

To obtain high-quality aviation forgings of titanium alloys, b forging is an essential processing step which must be considered throughout a production process. In this work, the effect of b forging on the crystal orientation and morphology of lamellar a was experimentally investigated in a two-phase titanium alloy. Strong dynamic recovery during b working resulted in the formation of low-angle grain boundary(LAGBb) inside b grains. The lamellar a can penetrate through the LAGBb, leading to similar intra a LAGBs on subgrain boundaries. Deformation banding occurs at high strain rates, and both diffusive and sharp boundaries of deformation bands can be observed.A continuous change of the b orientation in diffusive boundaries results in the formation of fine and disordered a lamellae without intra-lamellar boundary to hold the Burgers orientation relationship(OR). On sharp boundaries, it is prone to producing continuous grain boundary a(aGB) with a highly similar orientation along the boundaries. Meanwhile, there may exist several lower-angle boundaries within the grain boundary a for a smoother orientation change on the b grain boundary.     

大规格损伤容限钛合金TC4-DT的研制及应用

为了满足新一代战斗机对大规格损伤容限钛合金的需求，开展了TC4-DT钛合金大规格棒材与锻坯的成分与组织控制、大型锻件热处理过程中的显微组织控制、材料与锻件的制造过程控制、零件的疲劳强化等研究。经过大型铸锭熔炼、大规格棒材和锻坯试制、大厚度锻件试制、结构设计与制造，结果表明：损伤容限钛合金TC4-DT大型铸锭的成分均匀、大型锻坯和大厚度锻件的抗拉强度变异系数降至约2%，激光冲击、喷丸和冷挤压等对该合金的寿命增益效果显著。损伤容限钛合金TC4-DT在新一代战斗机上获得了广泛应用。     

Crystal orientation and morphology of α lamellae in wrought titanium alloys: On the role of microstructure evolution in β processing

To obtain high-quality aviation forgings of titanium alloys, β forging is an essential processing step which must be considered throughout a production process. In this work, the effect of β forging on the crystal orientation and morphology of lamellar α was experimentally investigated in a two-phase titanium alloy. Strong dynamic recovery during β working resulted in the formation of low-angle grain boundary (LAGB_β) inside β grains. The lamellar α can penetrate through the LAGB_β, leading to similar intra α LAGBs on subgrain boundaries. Deformation banding occurs at high strain rates, and both diffusive and sharp boundaries of deformation bands can be observed. A continuous change of the β orientation in diffusive boundaries results in the formation of fine and disordered α lamellae without intra-lamellar boundary to hold the Burgers orientation relationship (OR). On sharp boundaries, it is prone to producing continuous grain boundary α (α_GB) with a highly similar orientation along the boundaries. Meanwhile, there may exist several lower-angle boundaries within the grain boundary α for a smoother orientation change on the β grain boundary.     

TC18钛合金增材制造材料超声检测特征的试验研究

针对TC18激光、电子束增材制造钛合金及变形钛合金3种不同制造工艺的材料开展超声检测特征试验研究。结果表明,TC18钛合金增材制造材料不同成形方向的超声波声速、材料衰减及检测灵敏度均存在较大差异,与变形钛合金相比具有明显的方向性。本研究结果对于增材制造制件的超声检测方法研究具有重要参考价值。     

优化镍基高温合金X-750热处理工艺参数的非线性超声无损评估方法

为了获得更好的材料性能,需要对热处理工艺参数进行精确地优化。非线性超声无损检测技术是一种可以有效表征材料微观结构状态变化的评估方法,可以用来评估、优化热处理工艺参数。利用非线性超声波对热处理后的X-750合金材料进行评估,根据超声传播的非线性响应不同,对材料的性能变化做出判断,并与线性超声检测技术的评估结果进行了对比研究。研究发现经过热处理之后,材料性能显著提高,在其中传播的超声非线性响应则明显下降。材料经过热处理后性能提升越大,其声学非线性响应就会变得越小。根据超声波传播的非线性响应定性评估了3种不同的热处理工艺,明确了最优的镍基高温合金X-750退火工艺参数。研究证实了非线性超声方法的敏感度优于传统的线性超声评估方法,可以对材料的热处理效果进行无损评估,从而对热处理工艺参数进行优化与完善。     

钛合金叠形波纹管的设计和制造

用有限元分析软件对叠形波纹管进行了结构设计,采用扩散连接方法和应力松弛技术制备了TA15钛合金叠形波纹管结构件.对高温扩散焊接叠形波纹管扩散连接界面微观组织、母材的晶粒度、材料的性能损失、气密性、刚度进行了分析和测试.结果表明采用扩散连接技术制备的叠形波纹管焊接接头良好,满足气密性、强度、刚度和疲劳性能要求.     

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。     

不同浓度NaCl溶液下典型铝/钛合金电偶腐蚀当量折算关系

通过电化学试验,分别测量了不同浓度NaCl溶液中2A12铝合金和TA15钛合金的极化曲线,利用极化曲线外推法,得到自腐蚀电流密度和自腐蚀电位,并分析其变化规律;测量了不同浓度、不同阴阳极面积比的电偶腐蚀电流;建立电偶腐蚀仿真模型,得到电偶电流仿真结果;基于仿真结果,利用当量折算系数法,计算不同浓度NaCl溶液与水介质的折算关系。结果表明:2种金属在溶液中存在电位差导致电偶腐蚀的发生;电偶电流的测试结果与仿真结果吻合较好,仿真模型可以用来对电偶腐蚀进行模拟;得到了2A12铝合金与TA15钛合金偶接后不同浓度NaCl溶液与水介质的折算系数。