叶片用小规格TC4棒材的组织和织构研究

采用径锻加工方式制备叶片用Φ30 mm的小规格TC4合金棒材，并使用金相显微镜、XRD衍射仪及电子背散射(EBSD)技术研究棒材边部到心部的显微组织、物相组成和微观织构，并分析组织和织构对棒材力学性能一致性以及超声探伤杂波水平的影响。结果表明，径锻棒材内部晶粒得到充分细化，从边部到心部晶粒尺寸逐渐增大，径锻棒材的β转变片层组织被破碎。棒材中含有少量等轴状β相晶粒，分布在α_p的晶界和β转变组织中。棒材边部为■板织构，R/2和心部为■轴向的丝织构，且棒材的织构强度从边部到心部逐渐减弱。棒材抗拉和屈服强度的变异系数仅为0.24%和0.29%，具有优异的一致性。径锻加工小规格TC4棒材的超声波杂波水平为Φ0.8～9 d B，相对于轧制棒材杂波升高，这与径锻棒材显微组织不均匀区域的晶体取向变化有关。     

航空发动机用大规格TC17钛合金棒材显微组织均匀性研究

利用电子背散射衍射(EBSD)技术对?500 mm TC17钛合金棒材显微组织的均匀性进行了研究,分析了不同部位α、β相的晶体取向。结果表明,棒材边部和心部的初生α相等轴化良好,取向分布均匀;锻后冷却速度会影响棒材边部和心部组织中等轴α相的晶粒尺寸,心部显著大于边部。在光学显微镜下原始β晶界不明显,但心部组织中出现β相基本保持取向一致的"宏区",说明原始β晶粒破碎程度不足。对于大规格TC17钛合金棒材,仅凭借显微组织判定其均匀性存在漏洞,需增加β晶粒度检查以规避后续出现粗大原始β晶粒的风险。     

退火温度对TC18钛合金组织及织构演变规律的影响

随着钛合金锻件的大型化,锻造过程中应力场、温度场不均匀问题更加突出,锻件局部形成锋锐织构的可能性大大增加,易对产品的可靠性及安全性造成危害。本文利用EBSD技术,对比了工业生产的大规格TC18钛合金棒材不同位置中心及表层的组织及织构差异,通过观察两者在不同保温温度下α相及β相的组织及织构特征,研究退火后组织及织构演变规律。结果表明：在两相区,β相主要发生回复,部分α相发生再结晶,β相晶粒尺寸及织构基本不发生变化。接近相变点时,大尺寸回复态β晶粒易于利用尺寸优势吞并其他晶粒;部分α相,特别是晶界处取向接近的片层α相,易于通过合并发生晶粒长大;特殊取向的α相更易发生相变,相变的α相不会形成新的β晶核。在单相区,β相发生再结晶及晶粒长大,且无择尤现象,β相织构明显减弱。     

大型TA19钛合金棒材形变及相变织构模拟

密排六方结构相具有显著的各向异性特征,室温时TA19钛合金棒材中一次α相含量占70%以上,因此α相织构对TA19钛合金棒材力学性能的好坏起主要作用,有效的织构预测能够大大地降低生产成本,提高生产效率;也能帮助确定织构形成机制。本文采用宏观有限元模型和介观粘塑性自洽模型(VPSC)多尺度耦合的方法,并考虑β→α相变过程,模拟了大型TA19钛合金棒材接近实际工艺条件下的锻造过程。首先模拟得到了相变点以上棒材心部、R/2和边部的β相形变织构;然后通过分析不同位置的β相织构特征,根据Burgers取向关系得到了棒材冷却过程中发生β→α相变时不同的变体选择规律,得到α相相变织构;最后结合相变后棒材心部、R/2和边部的α相织构特征,分析了不同初始取向的α晶粒在不同滑移系开动时的取向变化,并模拟得到了最终的α相形变织构。通过最终模拟结果与实际锻造结果对比,发现两者吻合良好。说明本模型对钛合金棒材锻造过程中形变及相变织构的预测具有良好的可靠性,这对钛合金锻造棒材中织构的控制与调整具有重要意义。     

TC17(α + β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头相组成及织构分析

利用电子背散射衍射技术对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头测试并分析,对接头各区域进行相鉴定和织构分析.结果表明,与母材相比,焊态接头两侧热力影响区α相减少,β相增多.由于焊缝区冷却迅速快,焊态焊缝处发生动态再结晶,生成了大量的亚稳定β相晶粒. TC17(β)侧母材及热力影响区的织构分布密度比TC17(α+β)侧强,且焊态焊缝区产生(5 4 6)[■]织构,轧面与(1 1 1)近似平行.经过610℃热处理后,焊缝区亚稳定β相发生分解,形成细小的次生α相和β相.与焊态焊缝相比,热处理后焊缝区晶体稍有转动,焊缝区织构强度较焊态有较大增强,形成(5 5 7)[■]织构.热处理前后的焊缝区晶体取向都存在着ND方向与[1 1 1]靠近,轧面与(111)接近平行的择优取向.     

近β型Ti-1300合金的显微组织分析

采用扫描电镜和透射电镜分析近β型Ti-1300钛合金在初始锻造态、固溶+淬火态(β和α+β固溶态)以及固溶+时效态下的显微组织变化。结果表明:锻造态合金中初生α相内部发生孪生切变行为,基体β相晶内发生β→α相变。合金经过α+β固溶淬火处理,残留的初生α相中仍然可观察到细小孪生α相。孪生α相有两种不同变体(α1和α2),互成60°生长方向,而且与基体α相也成60°的孪生关系,其间的晶体学取向关系为:{1120}α,twinning//{1120}α,〈 0001〉α,twinning//〈 1101〉α。Ti-1300钛合金与大多数近β型钛合金的时效特征相类似。     

锻态TC18钛合金棒材中b相组织和织构特征研究

针对a/b型TC18钛合金大型锻棒中心与边部的性能差异,利用EBSD技术研究了b相的组织差异、织构差异及形变程度差异,并考察了b相的这些差异对遵循Burgers关系的ap相取向及球化速率的影响.结果表明,锻态TC18钛合金中的b相处于不同程度的形变状态,随位置不同而具有不同的织构,中心位置b相具有再结晶织构100的特点,并且存在显著的晶粒尺寸不均匀性,这些因素对中心与边部的性能差异有主要贡献.ap相的球化过程主要在b相晶内亚晶界上完成,前期随形貌由片状向方块状的变化,取向关系变化很小;后期向球形过渡时,取向关系偏差较大.b相晶粒内的取向差是衡量加工硬化对强度贡献的有效参数,而a/b两相的取向关系与理想Burgers关系的偏差是揭示球化速度和形变b相晶粒回复程度的有效参数.     

两相钛合金TC16衍射峰形分析与织构测定

TC16(Ti-3Al-5Mo-4.5V)钛合金的α相(0002)和β相(110)衍射峰位差小于0.1°,由于β相含量增多,在传统的X衍射织构测试光路中两峰重叠严重,目前α+β两相TC16钛合金织构无法测量。本研究对热轧退火态TC16钛合金棒材进行重叠衍射峰分离操作,通过光学显微镜、X射线衍射仪、维氏硬度计对TC16合金的显微组织、织构和力学性能进行研究。在Matlab平台上借助柯西平方函数拟合衍射峰形,依据α相衍射峰和β相衍射峰的展宽和重叠影响程度,考察衍射光路参数改变对其产生的影响。结果表明:利用多导毛细管和平行长索拉狭缝的X射线衍射光路配置,解决了衍射峰重叠问题,提高了织构测定的准确性;测试发现,热轧退火态TC16棒材中主要存在2种织构组分,为0002和1010双重丝织构;织构的存在使TC16横向抗拉强度小于纵向抗拉强度,讨论了织构对钛合金机械性能的影响。本研究对于提高钛合金紧固件的性能和加工工艺具有重要理论和工程意义,同时,也为两相钛合金织构的准确测定提供了一种解决方案。     

TC4钛合金宽幅厚板材组织结构、织构及疲劳性能研究

针对工业化生产工艺条件下的TC4钛合金宽幅、厚板材(δ150 mm),研究了板材边部、1/4板厚和心部位置微观组织结构、织构分布特点、疲劳性能及其疲劳断口特征。结果表明:TC4厚板材不同部位显微组织呈现初生α相+β转的双态组织形貌,由边部到心部,初生α相由等轴趋于等轴+条状形态,相比较边部,越靠近中心,初生α相形态趋于平行于轧面且初生α相尺寸相对较大;同一板厚不同位置α相微区织构明显不同,边部主要含有{3213}、{2130}弱织构组分,1/4板厚位置主要含有{0221}、{1011}和{1215}织构组分,心部主要含有{1100}、{1010}和{1430}强织构组分;板材边部疲劳极限为605 MPa、1/4板厚位置疲劳极限为440 MPa、心部疲劳极限为440 MPa。板材边部位置疲劳性能明显优于1/4板厚位置和心部位置,疲劳极限相差约165 MPa。疲劳试样断口由裂纹源区Ⅰ、裂纹扩展区Ⅱ和瞬断区Ⅲ3个不同区域组成。随着应力强度的降低,裂纹扩展区面积呈逐渐增加的规律。     

坯料处理方式对纯钛挤压棒材组织及性能的影响

采用正向挤压法分别对铸态及锻态纯钛坯料进行挤压对比试验,研究了经两种不同方式处理的坯料对挤压棒材组织及性能的影响。结果表明,铸态挤压坯料有粗大的柱状晶,金属协调变形性差,挤压后棒材表面质量较差且有连续的沟槽等缺陷;经过锻造的挤压坯料具有等轴组织,变形时金属流动更加均匀,挤压后的棒材表面光滑平整,力学性能优良。     

大规格TC11钛合金棒材热处理后组织与性能分布规律性研究

对规格为?200 mm×1300 mm的TC11钛合金棒材进行970℃/120 min/AC+530℃/360 min/AC热处理,分析了棒材沿长度和直径方向不同位置显微组织、拉伸性能和冲击韧性的变化规律。结果表明:大规格TC11钛合金棒材热处理后,不同位置的显微组织差异较大,沿长度和直径方向由边部至心部,显微组织中α相含量逐渐增加,晶粒长大,同时β相含量降低。大规格TC11钛合金棒材组织差异对材料的综合性能影响显著,沿不同方向由边部至心部,室温、高温拉伸强度及冲击韧性均降低。     

激光表面熔化对Ti-30Nb-4Sn合金晶体织构、显微组织、弹性模量和硬度的影响（英文）

骨科植入物的生物相容性与其弹性模量和表面性能密切相关。本研究的目的是阐明冷轧、再结晶和表面激光熔化(LSM)对双相(α″+β)Ti-30Nb-4Sn合金显微组织和力学性能的影响。对冷轧态基体进行X射线衍射织构分析(XRD)显示有[302]_α″//ND织构成分,而对再结晶态基体的分析显示有[302]α″//ND和[110]_α″//ND织构成分。XRD不能直接检测出β相织构,但是通过考虑α′′相和β相之间的位向关系可成功预测出[111]_β||ND织构的存在。纳米压痕测试结果表明,冷轧态基体的弹性模量(63 GPa)低于再结晶态基体(74 GPa)。根据已有文献和本文研究结果,认为这种差异是由冷变形过程中晶体缺陷的引入造成的。纳米压痕/EBSD分析表明,纳米压痕结果不受晶体取向的影响。LSM对变形合金硬度、弹性模量和晶体织构产生的变化类似于再结晶热处理产生的变化,均在表面和基体之间产生刚度梯度。     

β锻造Ti17钛合金的组织和织构及其对室温拉伸性能的影响

利用光学显微镜、XRD和EBSD对β单相区锻造Ti17合金的显微组织和晶体取向进行了表征,分析了二者对Ti17合金室温拉伸性能的影响。结果表明:β锻Ti17合金中的原始β晶粒沿金属流动方向拉长,晶内为网篮状组织;β相呈现100β与压缩方向(锻坯轴向)平行的强丝织构;α相的强织构呈现在晶体c轴与轴向呈45°和90°的区域内;合金轴向拉伸试样的强度和断裂伸长率均低于径向拉伸试样的强度和断裂伸长率;轴向拉伸强度和塑性的降低分别与合金的转变α相织构和原始β晶粒形貌有关;通过细化原始β晶粒尺寸和弱化原始β晶粒的变形织构,可减小合金各向异性。     

Ti60合金棒材中的织构及其对拉伸性能的影响

将a+b两相区精锻,直径为30和45 mm(分别定义为D30和D45)的Ti60棒材分别在950,1000和1050℃进行固溶+时效热处理,研究了热处理温度对棒材织构和拉伸性能的影响.结果表明,D45棒材锻态组织中,棒材轴向与a相的0001或101ˉ0方向平行的丝织构较强;950℃热处理后显微组织和织构变化不明显.随固溶温度升高,a相的0001丝织构增强,而101ˉ0丝织构密度减弱.固溶温度对棒材强度的影响不大.D30棒材锻态组织中主要存在101ˉ0方向的丝织构;随固溶温度升高,0001丝织构逐渐增强,棒材的室温强度显著升高.     

某特殊需求的大规格TC4钛合金棒材制备工艺研究

为给某特殊锻件提供满足缺口应力断裂性能的大规格TC4钛合金棒材,将3次真空自耗熔炼得到的5 t重的Ф720 mm TC4钛合金铸锭,分别采用β相区开坯+两相区直拔锻造和β相区开坯+两相区锻造(镦拔+直拔)两种工艺,制成Ф350 mm TC4钛合金棒材。第二种工艺制备的锻棒组织的均匀性及等轴化程度、超声波探伤水平均优于第一种工艺制备的棒材;普通退火处理后棒材的室温塑性和缺口应力断裂性能也较好;各项技术指标均符合标准要求。     

热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和力学性能的影响

研究了热处理制度对TC4-DTφ100 mm棒材的组织和力学性能影响.结果表明:单重退火下,棒材的显微组织为等轴的初生α+β转组织,且随退火的温度的升高,初生α相增加,含量达60％以上.双重退火下,棒材的显微组织为双态的α+β转组织,且随第一重退火温度的降低,初生α相增加,但初生的α相含量小于40％.双重退火的室温拉伸强度低于单重退火的室温拉伸强度.     

TC4钛合金小规格棒材连续轧制工艺研究

研究了不同连续轧制温度对TC4钛合金组织和力学性能的影响。结果表明,TC4钛合金相同道次加工,α+β两相区加工较β区加工棒材组织更细小弥散;两种轧制温度的棒材性能均符合GB/T 13810标准要求,两相区轧制较β区轧制抗拉强度高80~90 MPa,塑性变化不大。     

低温固溶及时效处理对TC4合金棒材组织及力学性能的影响

研究了TC4钛合金棒材经650和700℃固溶处理及时效处理后的组织和性能变化。结果表明:对热加工态的TC4钛合金进行650℃的固溶热处理,材料的显微组织和拉伸性能变化不大。经过700℃固溶热处理,TC4钛合金棒材强度明显降低,屈服强度相对于热加工态降低77 MPa,且屈/强比明显低于普通退火。时效热处理后,合金的强度显著提高,400℃时效后抗拉强度达到1020 MPa,相对于热加工态提高53 MPa。显微组织分析表明,热加工后的TC4棒材显微组织由初生α相、次生α相以及残余β相组成。热处理过程中,残余β相中针状α相的溶解与重新析出是影响合金拉伸性能变化的主要原因。     

TC18钛合金锻棒的纵向和横向力学性能研究

采用横向和纵向试样测定了直径为170 mm的TC18钛合金锻棒的力学性能,以研究该棒材不同方向的力学性能是否有差异。锻造状态的TC18合金棒材晶粒尺寸为200~500 um,沿纵向拉长。晶界上存在不连续的仅相,β基体中分布着大量棒状或球状次生α相。相比于纵向,锻棒的横向拉伸强度略高,断面收缩率和冲击韧度偏低,存在各向异性。锻棒的冲击韧度的高低主要取决于裂纹扩展面的几何因素,与材料的本征塑性和织构关系不大,受晶粒形貌的影响。锻棒的横向断面缩率低也与其晶粒形貌有关。     

TC18钛合金棒材β区热处理低倍分层现象

针对TC18钛合金棒材单相区(β区)热处理后低倍组织出现的分层现象,利用光学显微镜、扫描电子显微镜等测试手段,分析了其不同区域的组织特征和成分特点。文章重点分析了TC18钛合金的微观组织、化学成分以及组织在热处理过程中的演化,以期为TC18钛合金材料的锻造组织均匀性控制提供经验。实验结果表明,TC18钛合金棒材热处理后的低倍组织分层是由α相溶解不均匀造成的。分层组织横截面从边部到芯部,亮区的α相含量较少,暗区的α相含量较多;升高β区热处理温度,β晶粒内部出现大量细小的亚晶粒。