激光冲击强化对钛合金高温微动疲劳寿命的影响

为了解高温工作环境下激光冲击强化工艺(LSP)对钛合金材料微动疲劳寿命的影响,开展了强化前后TC11钛合金在室温、300°C和500°C下的微动疲劳试验并测试了试验件表层的残余应力及硬度。结果表明:随着温度的升高,激光冲击强化对TC11钛合金微动疲劳寿命的提高倍数逐渐减小。在轴向载荷为400MPa,法向载荷为65.5MPa时,经激光冲击强化后TC11钛合金试验件在室温、300°C和500°C下的微动疲劳寿命分别为强化前的5.5倍、3.5倍和1.7倍;强化后试验件表层的残余应力会在高温下发生松弛,且松弛程度会随温度的升高而增大,这是激光冲击强化效果随温度升高而逐渐弱化的主要原因。     

TC4钛合金冷却过程中组织变化分析

采用金相显微镜、扫描电镜和 HV -50A 维氏硬度分析仪研究了 TC4钛合金自β相区冷却过程中相组成及微观组织变化。结果表明,TC4钛合金冷却过程中发生β→α相变。冷却速率越小,形成α相片层越厚。TC4钛合金经1000℃固溶后,冷却到850~800℃水冷时,析出α相均匀细小,试样硬度出现峰值。随着冷却温度继续降低,试样硬度开始下降。TC4钛合金固溶后在冷却过程中的硬度变化,很可能还与 Ti2AlV（O）相和 Ti2AlV 相的析出、长大有关。     

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.     

化学方法除钛合金污染层

部分采用钛合金材料的某型发动机为了改进性能,压气机2、3级转子叶片。改用TC6钛合金,4、5、6级转子叶片改用TC9钛合金。但是,钛合金的机械加工比较困难,尤其是在热处理过程中因高温氧化形成的污染层,质地坚硬很难切削。在970℃挤压出来的TC9钛合金叶片污染层厚度在0.12～0.15毫米左右;在950℃挤压出来的TC6钛合金叶片污染层厚度在0.22～0.25毫米左右。测定这些钛合金污染层的最外层显微硬度相当于HRC59左     

TC11钛合金热变形性能的试验研究

研究了TC11钛合金在温度600~800℃、应变速率0.001s-1~1s-1条件下的高温压缩变形行为,分析了变形温度、应变速率对热变形过程中变形抗力和显微组织的影响,探讨了TC11钛合金热旋压变形的可行性,为钛合金热旋工艺制定提供理论和试验依据。     

TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头组织和力学性能分析

针对飞机用典型的TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头,开展组织及接头的拉伸、冲击和低周疲劳等力学性能测试。结果表明:TC4-DT钛合金线性摩擦焊接头经过700℃+保温3h的热处理后,接头的室温和高温抗拉强度达到母材的97%以上,室温和低温冲击性能略高于母材,室温低周疲劳性能与母材相当,具有良好的综合力学性能。     

4种典型航空钛合金材料高温裂纹扩展性能对比试验

试验测定了4种典型航空钛合金材料（即TC18、TC21、TC4 DT、Ti 6Al 4V/ELI）在两种温度（25℃和250℃）下裂纹扩展性能,在试验数据的基础上,进行裂纹扩展性能对比分析,并对试样断口进行扫描电镜(SEM)分析,研究了高温和载荷联合作用对裂纹扩展的影响机理,结果表明:不同温度下,不同钛合金材料裂纹扩展速率之间存在很大的差异性;与室温断口相比,高温断口表面呈现浅黄色,并伴有大量二次裂纹;钛合金的裂纹扩展性能是受温度和载荷的联合作用影响,裂纹闭合和氧化作用共同决定了其扩展历程。      

TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头性能分析

针对航空发动机整体叶盘典型的TC4和TC17异种钛合金材料,开展其线性摩擦焊工艺试验以及接头拉伸、高周疲劳力学性能的测试和分析.结果表明:TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头焊后经630℃,保温3h的时效热处理后,其拉伸和疲劳性能较好.接头的室温拉伸和高温拉伸强度均介于TC4母材和TC17母材之间,略高于TC4母材的性能;高周疲劳性能达到TC4母材高周疲劳强度的95%以上.     

TC4钛合金扩散焊接头的力学性能

在温度为910℃,压力为3.4MPa条件下对TC4钛合金板材进行了扩散焊接,对获得的扩散焊接头取样进行金相观察,仅在接近接头表面材料深度为1mm范围内发现未焊合缺陷,其余部分焊合较好,表明在给定工艺下可获得质量良好的焊接头.随后对TC4扩散焊接头的力学性能进行了试验研究,分别开展了静拉伸试验、断裂韧性试验及焊缝附近区域的纳米压痕试验.试验结果表明,所制得的TC4扩散焊接头屈服强度为887MPa,抗拉强度为948MPa,断裂韧性为101.9MPa·m1/2,均与原材料的性能相差不大.纳米压痕试验的结果显示,接头焊缝区和母材区的显微弹性模量分别为180.2GPa和178.0GPa.      

TC18钛合金变形行为试验研究及其流动应力模型的建立

通过变形温度为993~1203K、应变速率为0.01~5s-1、变形程度为55%三个不同参数组合的热模拟压缩试验,研究了选取TC18钛合金变形行为。试验结果表明,TC18钛合金在变形初始阶段,流动应力随应变的增加迅速增加,当应变超过一定值后,流动应力开始下降并逐渐趋于稳定;在一定的应变速率下,随着变形温度的升高,流动应力随之降低;在一定的变形温度下,随着应变速率的增加,流动应力随之增加。利用多元回归分析建立了TC18钛合金高温变形时的流动应力模型,并和试验值进行比较,该模型能够较好地描述TC18钛合金在高温变形过程中的流动行为。     

钛合金在飞行器中的作用

介绍国内50多年以来,发展比较成熟和使用性能稳定可靠的一些钛合金,可供设计人员选用。同镍基高温合金和不锈钢相比,钛合金的组织比较复杂,对制造工艺比较敏感,这也是在制造钛合金零部件时,必需注意的问题。本文介绍和推荐了高强钛合金TC18、TC21和TB6的一些基本性能,高温钛合金则介绍和推荐了TC25、TC11、TC6、TC4、TA19和TA15合金,与国外的Ti-100、IMI834、BT18Y、BT25Y和BT36等高温钛合金相比,TC25和TA15合金综合性能较好,加工制造工艺比较简单,成本低,更适合在国内推广应用。同时也对钛合金的发展趋势作了一些说明。     

TC17钛合金高温超高周疲劳实验

自主研发了高温超声疲劳(20kHz)实验系统,并完成了TC17钛合金在室温、200℃和350℃条件下的疲劳性能实验研究.结果表明:TC17钛合金的动态弹性模量随温度升高呈线性减小.S-N曲线在室温下呈直线下降趋势,但在200℃和350℃条件下,S-N曲线在疲劳寿命为107周次处出现明显的拐点.断口分析表明疲劳裂纹萌生于试件表面或次表面,没有发现裂纹萌生于内部的情形,TC17钛合金的裂纹萌生可不依赖于试件内部的夹杂物或缺陷.高温不仅促进了裂纹的萌生还促进了裂纹的扩展.     

喷丸、喷砂与HVOF WC-17Co涂层表面完整性对TC18钛合金疲劳性能的影响

为了探讨喷丸、喷砂与HVOF WC-17Co涂层表面完整性对Ti5Al5Mo5V1Cr1Fe(TC18)钛合金疲劳性能的影响规律和作用机制,利用X射线衍射仪(XRD)、表面粗糙度仪、显微硬度计、扫描电子显微镜(SEM)以及X射线应力测试仪等分析了喷丸、喷砂及其复合超音速火焰喷涂(HVOF)WC-17Co涂层的表面完整性,利用旋转弯曲疲劳试验机研究了上述表面处理对TC18钛合金疲劳性能的影响规律。结果表明,喷丸预处理比喷砂预处理能够使TC18钛合金表面获得更好的表面完整性,因而显著提高了TC18钛合金的疲劳抗力,而喷砂处理对TC18钛合金疲劳抗力无明显影响。喷丸后进行HVOF WC-17Co涂层处理使TC18钛合金疲劳寿命提高6倍,原因归于喷丸层内仍保留数值较大、分布较深的残余压应力,有效延缓疲劳裂纹的萌生和早期扩展。喷砂后进行HVOF WC-17Co涂层处理使TC18钛合金疲劳抗力显著降低,原因是HVOF过程的高温效应使喷砂层内残余压应力场松弛,使喷砂表面缺口效应和损伤的不利影响作用突显,加之WC-17Co涂层韧性低、表面粗糙度大、存在孔洞型缺陷,不利于抗疲劳性能。     

冷轧加工率和热处理制度对超塑用TC4板材组织和性能的影响

通过观察和测试不同冷轧和热处理工艺超塑用TC4板材的组织和力学性能,研究了冷轧加工率和热处理温度对TC4钛合金组织和性能的影响,优化了TC4板材的显微组织并测试了其超塑性能。研究结果表明:增加冷轧加工率,840~860℃热处理,有利于超塑用TC4板材得到均匀、无畸变、细小的再结晶组织,其室温强度可达到1060~1048MPa,延伸率为18%~18.5%;经组织优化后的超塑TC4板材在870℃,应变速率为2.4×10-3/s-1时,延伸率可达到894%。     

纳米压痕法表征微电子焊点界面的力学性能

通过对微电子共晶SnBi/Cu焊点界面的微观力学性能的表征,介绍了纳米压痕法测量硬度、弹性模量、室温蠕变速率敏感系数的方法和原理.用恒定载荷法(4mN)测量了界面各相的硬度和弹性模量,测量结果表明:焊点界面处Cu6Sn5、Cu3Sn、Cu、Bi、Sn各相的硬度平均值分别是6.0、2.8、1.6、0.7、0.3GPa;弹性模量分别为117.0、146.0、127.9、58.6、49.5GPa;共晶SnBi焊料经120℃7天时效后,硬度为0.22GPa(恒定载荷50mN),弹性模量为73GPa,室温蠕变敏感指数为0.115.     

氢对TC4钛合金室温压缩行为的影响

通过置氢TC4钛合金的力学试验,研究了不同置氢工艺和氢含量对置氢TC4室温塑性的影响.结果表明:在氢含量(w)低于0.35%时,变形硬化指数减小.氢含量(w)达0.5%时,钛合金屈服强度较原始状态降低近500MPa,这就为利用氢处理方法改善钛合金室温塑性提供了可能.     

TC4钛板加热压延与翻边试验研究

一、前言 Ti-6A1-4V(国产牌号TC4)在国外是所有α+β型钛合金中生产量最大,使用亦最为广泛的一种。目前我国航空部门在新机种上也将开始比较多地使用这种合金。这就向我们提出了TC4钛板的成形性问题。国外把这种合金称为退火钛合金中最难成形的一种合金,与当前航空部门常用的TA2(工业纯钛),TC1(Ti-2A1-1.5Mn)相比,TC4钛合金的室温强度是前者的2.1倍,是后者的1.5倍,而延伸率只有前者的2/5,后者的3/5。这就决定了     

TC6钛合金普通退火热稳定性和高温性能研究

研究了TC6钛合金经普通退火处理后的热稳定性能和高温力学性能,并与双重退火、等温退火状态进行了对比分析。结果表明,普通退火状态TC6钛合金在300℃/5000h以下具有良好的组织和性能稳定性,不同温度瞬时拉伸、蠕变、持久等高温性能与双重退火和等温退火状态相当。经普通退火处理的TC6钛合金半成品可以满足飞机结构件的使用温度(300℃以下)要求。     

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.      

飞机钛合金构件热损伤检测试验

为准确检测和修理飞机钛合金构件的热损伤,选用TA4、TC9进行热损伤模拟试验,对材料在不同温度下的力学性能、电导率与加热温度的关系进行了分析。结果表明,TA4、TC9的强度、硬度和电导率随温度的上升呈单调变化趋势;硬度和电导率均可作为钛合金热损伤的检测参数。