航空航天用TA18钛合金管材的研发及应用

简要介绍了TA18管材在国内外的研究发展和应用现状,分析了我国与国外在该管材研制技术、标准制定及应用方面的差距。美国在航空用TA18钛合金管材方面已有一系列标准,并不断加以修订、完善,且有成熟的生产技术,在航空航天领域广泛应用。我国中强级TA18钛合金管材已有应用,而高强级TA18钛合金管材的应用尚属空白。通过近几年的研究,国内高强级TA18管材的研制已经取得重大突破,有望在2～3年内实现国产化。     

冷轧生产TA18钛合金小规格厚壁管材加工工艺研究

针对小规格厚壁TA18钛合金无缝管试生产中遇到的内表面易产生裂纹、成品率低的问题,研究了冷轧工艺参数对管材表面质量和拉伸性能的影响,探索提高管材成品率的方法。结果表明:两辊开坯轧制变形量选择39%,管材内外表面质量较好;用三辊轧机进行中间道次轧制时,Q值小于0.87,管材内表面质量较好;成品管材轧制变形量选择30%,能够得到较好的力学性能和显微组织。为了提高TA18钛合金管材的成品率,在轧制过程中每轧制1～2个道次,就进行除油、酸洗、退火、矫直处理,再用喷砂+酸洗方法去除内表面裂纹。采取该措施后,成品管材探伤合格率提高到35%～40%。     

石油行业用TA18钛合金厚壁管材的研制

石油行业用TA18钛合金厚壁管材的轧制难度较大,易出现表面开裂等现象,为此提出了2种不同冷轧工艺并对其轧制过程及效果进行了对比。此外,还研究了退火温度对管材性能和组织的影响。结果表明：采用两辊冷轧配合热矫直方法,可以缩短生产周期,提高生产效率,最终获得室温力学性能满足客户指标要求的TA18厚壁管材,且平直度可以达到0．75mm／m左右,内表面粗糙度平均为0．864μm。     

冷轧工艺参数对TA18钛合金管材金属流动及成形载荷的影响规律

管材周期式冷轧成形过程是一个复杂的减径、减壁过程,由于轧辊孔型复杂,轧制过程中管坯的塑性变形也较复杂,各种成形工艺参数的选择往往都是经长期实践经验积累得到的,对轧制过程缺乏规律性的认识及定量的分析。本研究则借助三维有限元软件DEFORM-3D再现了冷轧成形过程,对成形过程中金属的流动情况、管材的应力应变分布以及成形载荷进行了深入分析。结果表明:轧制速度和摩擦系数增大会引起径向拉应变和环向压应变减小,送进量增加则使得两者均增大。此外,送进量和摩擦系数增大会显著增加成形载荷。     

飞机液压系统用TA18钛合金管材性能特殊性研究

给出了收缩应变比(CSR)的测试原理及方法,研究了CSR与TA18钛合金管材织构、拉伸性能之间的关系。结果表明,TA18钛合金管材的织构越强,管材的CSR值也会越高。通过研究TA18钛合金管材在不同温度下的拉伸性能,发现随着温度的降低,TA18钛合金管材的强度、塑性均升高,这主要与其在不同温度下的塑性变形机制有关。TA18钛合金管材的CSR值与屈强比、伸长率成正比关系,提高管材的屈强比、伸长率可提高CSR值。通过对TA18钛合金管材的CSR值进行测定,可以反映管材径向和周向的变形性能,解决了管材径向和周向性能评价难题。     

不同Q值冷轧对TA18钛合金管材织构及力学性能的影响

研究不同Q值冷轧工艺对高强TA18钛合金管材织构及力学性能的影响。测试比较了两种工艺获得的管材的拉伸性能、CSR值和(0002)面极图、ODF截图。结果表明,冷轧加工TA18钛合金管材的Q1时,管材径向压力占优势,会形成晶向[0002]与管材径向平行的织构,以径向织构为主的管材综合性能较好,可满足AMS标准要求;当冷轧加工TA18钛合金管材的Q1时,切向压力占优势,会形成晶向[0002]与管材切向平行的织构,以切向织构为主的管材塑性较差,无法满足AMS标准要求。     

TA18钛合金板材焊接工艺对比研究

研究了直流钨极氩弧焊(直流TIG)、脉冲钨极氩弧焊(脉冲TIG)和激光焊接3种不同焊接工艺对TA18钛合金焊接接头宏观形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明,与直流TIG焊接工艺相比,脉冲TIG焊接工艺的高频脉冲促使电弧能量集中,整体的焊接热输入减小,焊缝宽度降低;激光焊接工艺可显著降低焊接接头宽度,与直流TIG焊接工艺相比,焊接接头宽度减少约69.5%。TA18钛合金激光焊接接头显微组织主要为网篮状排列的针状马氏体α′相及少量块状相变α相,且针状马氏体α′相更加细小。此外,激光焊接接头具有更高的显微硬度,但弯曲性能相对较低。     

热处理对TA34钛合金管材组织性能与成材率的影响

研究了热处理对TA34钛合金管材显微组织、力学性能及成材率的影响。结果表明,TA34钛合金管材冷加工态组织为细小模糊晶,纵截面呈现金属流线;经道次间普通退火+成品等温分级退火(T1制度)处理后,组织形貌为等轴α相,晶粒平均尺寸约为12μm;经道次间普通退火+最后一道次轧制前等温分级退火+成品普通退火(T2制度)处理后,组织形貌为等轴α相伴随有少量变形的片状α相,晶粒尺寸为12～18μm。经不同热处理获得的管材在293、77、20 K的测试温度下强度相当,且强度均随着测试温度的降低而上升;T1制度下管材的塑性随着测试温度的降低下降不明显,其塑性明显优于T2制度管材;T2制度管材的成材率为44.9%,相比T1制度(成材率为39.5%)提高5.4%。     

TA18钛合金管材织构的测试与EBSD分析

用X射线衍射和电子背散射衍射技术,测试了航空用不同规格TA18钛合金管材的织构,并利用织构测试的数据计算了管材的CSR值.由不同规格TA18钛合金管材的(0002)面极图可以得出,管材内部晶粒基面的c轴主要分布在试样RD-TD面内,且沿着ND方向偏转了约30°左右,大部分分布在0～60°的范围之内.利用极图数据所计算的管材的Kearns系数显示,各种规格管材的fr值约为0.6左右,而ft与f1相对较小.同时结合EBSD测试结果,阐述了晶粒形貌与织构产生的原因,对比分析了管材φ6 mm ×0.5 mm横截面与展开面晶粒取向分布特点,结果显示,管材经过多道次的轧制变形,晶粒沿着轧制方向被拉长,试样内部晶粒也出现了明显的择优取向,其中晶粒c轴主要沿ND方向分布,形成了较强的(0002)基面织构.通过EBSD测试方法得到的CSR值与极图计算值和实测值得到的结果相近,因此极图法是一种测试钛合金管材织构的有效方法.     

TC2钛合金管材工艺研究

对TC2钛合金管材研制中的两辊温轧、多辊冷轧变形程度及直径壁厚变形匹配关系、温轧加热温度、中间及成品退火温度、化学成分等对管材加工成形质量、组织性能等的影响进行了研究。研究结果显示,该合金两辊温轧、多辊冷轧性能优良,在直径壁厚变形匹配合理的条件下,温轧和冷轧道次变形达40％和30％时,未产生轧制开裂等加工缺陷;温轧加热温度550℃～650℃时,Al,Mn含量控制在标准中上限,Fe,O含量适中;退火温度850℃～900℃时,轧制产品质量和各项性能指标可满足技术标准要求。     

Ti-31钛合金管材冷加工工艺研究

就Ti-31钛合金管材在两辊、多辊冷轧过程中的变形程度、中间及成品退火制度对管材加工成型质量和性能等方面的影响进行了研究。研究结果显示，该合金冷加工性能优良，冷轧道次采用50％的变形量和800℃，1h的退火制度，轧制产品的质量和各项性能指标均满足技术标准要求。     

冷轧及热处理对TA16钛合金管材组织与性能的影响

通过改变冷轧过程中的工艺参数,研究了加工变形量、Q值(相对减壁量和相对减径量的比值)对TC16(Ti-2Al-2.5Zr)钛合金管材拉伸力学性能的影响,同时研究了退火温度对管材拉伸力学性能及显微组织的影响。结果表明:Ti-2Al-2.5Zr合金管材具有良好的冷加工性能,当冷轧变形量在25%时可获得较佳的强塑性匹配;当轧制Q值在1.2～2.0变化时,管材强度、塑形均随Q增大而提高,可获得综合性能优异的管材。此外,研究发现随着退火温度的升高,管材强度、塑性及屈强比均呈现下降趋势。     

热处理对Ti-6Al-4V棒材固溶时效性能的影响

概述了对飞机转动件叶片用Ti-6Al-4V(TC4)钛合金棒材通过采用不同固溶时效热处理制度的实验,以研究TC4用钛合金棒材不同热处理制度与组织、固溶时效性能之间的关系,通过对比试验得出工业化生产满足宇航结构件和转动部件用TC4棒材制定合理的固溶时效热处理制度。     

Ti-6．5Al—3．5Mo-0．3Si及其改进型钛合金

介绍了Ti-6．5Al-3．5Mo-0．3Si及其改进型钛合金的成分、加工和热处理工艺及性能等，为合理选择其加工和热处理工艺及使用该合金提供依据。     

钛合金管冷弯回弹及其控制研究现状

钛合金管被广泛应用于航空航天等领域的液压管路系统中。然而,高的屈弹比会导致钛合金管冷弯后产生显著的回弹,而过度回弹会严重影响管路的装配及密封性能。为此,对近年来钛合金管冷弯回弹及其控制问题的研究工作与成果进行了综述,重点介绍了研究钛合金管冷弯回弹问题时通常采用的两种方法及相应的研究成果,主要包括理论解析法和有限元模拟法,并指出应对钛合金管材小角度下的弯曲及回弹进行深入研究,进一步提高管材弯曲理论研究的水平,将有限元模拟法与实验验证充分结合。