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。     

粉末冶金法制备细晶TC4钛合金的微观组织与力学性能

本文采用真空热压烧结+热挤压+退火工艺制备细晶TC4钛合金,对制备过程中钛合金的微观组织与力学性能演变规律进行研究。结果表明,热压烧结态TC4钛合金主要由α和β相组成,α相以等轴状分布,而β相则以细长片层状/针状分布于α相晶粒内部或晶界处。热挤压可以使合金中的α和β相尺寸明显降低,形成板条状细晶,从而使TC4钛合金室温抗拉强度从热压烧结态的837 MPa提高至983 MPa,但此时TC4钛合金的断后伸长率最低,为9.6%。进一步的退火能够使热挤压态TC4钛合金发生回复和再结晶,β相由片层状/针状向颗粒状转变,分布于α相晶界处,从而有利于TC4钛合金塑韧性的提高。因此,经过热压烧结+热挤压+退火处理得到的细晶TC4钛合金具有较为优异的综合性能。     

退火温度对TC4ELI钛合金大规格环材组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、万能材料试验机和金属摆锤式冲击试验机研究了退火温度对TC4ELI钛合金大规格环材(Φ3 384 mm/Φ3 300 mm×1 950 mm)的显微组织和力学性能的影响。显微组织分析结果表明:退火温度在850℃以下时,TC4ELI钛合金大规格环材退火后的显微组织与热加工态的显微组织基本相同;900℃退火后,TC4ELI钛合金大规格环材中部分片层状或针状α相的尺寸增大,同时出现了尺寸微小的等轴α相。力学性能测试结果表明:随着退火温度的升高,TC4ELI钛合金大规格环材的强度和伸长率有所提高;850℃以下退火,TC4ELI钛合金大规格环材断面收缩率变化不大,850℃以上退火,其断面收缩率显著升高。冲击实验结果表明:随着退火温度的升高,TC4ELI钛合金大规格环材的冲击功逐渐增大。经800～900℃保温2 h空冷后,TC4ELI钛合金大规格环材抗拉强度、屈服强度、塑性与冲击功达到较好匹配。     

可在400～500℃使用的TC4-B钛合金棒材研制

通过在TC4钛合金中添加Si、O、Mo、Zr、Sn合金元素,研制出名义化学成分为Ti-6Al-4V-0.3Si-0.3Mo-0.3Zr-0.3Sn-0.15O的TC4-B钛合金。并采用两种镦拔组合变形工艺,制备尺寸为?75 mm圆棒和51 mm×85.6 mm扁方棒。结果表明:经"三三一"工艺锻制的TC4-B钛合金棒材显微组织更为均匀;力学性能明显优于经常规工艺锻制的棒材,其室温拉伸强度可达1 000 MPa以上,500℃时拉伸强度可达636 MPa,伸长率为18%,断面收缩率为61%,可在400~500℃高温条件下使用。     

热连轧工艺制备TC4钛合金无缝管材组织及力学性能研究

采用热连轧机组制备出?108 mm×14.5 mm×L的TC4钛合金无缝管材,测试分析了管材热处理前后的显微组织和力学性能。结果表明：热连轧工艺生产的TC4钛合金无缝管材力学性能优良,组织呈现变形的过渡组织形貌,主要由大量扭曲变形的片层状α相以及未完全破碎的β晶界组成。经热处理后,组织形貌均匀,晶内片层α相变为棒状α相,晶界α相发生再结晶形成球状α相。TC4钛合金无缝管材经固溶时效处理后力学性能得到提升,其R_m≥995 MPa,R_(p0.2)≥931 MPa,A≥15%。     

TC8-1钛合金大规格棒材的研制

为满足我国航空发动机对高温钛合金的需求,开展了TC8-1钛合金铸锭及其大规格棒材的研制。结果表明,研制的820 mm TC8-1钛合金大型铸锭成分均匀、冶金质量良好。制备的130~200 mm大规格棒材的室温及高温力学性能、热稳定性能、持久性能、蠕变性能和显微组织均符合技术标准要求,能够满足某型号发动机用材需求,填补了国内空白。同时测定了TC8-1钛合金的线膨胀系数、热导率等物理性能数据,为该合金的应用提供参考。     

超低间隙TC4-DT钛合金厚板显微组织与力学性能研究

研究了固溶+时效处理对超低间隙TC4-DT钛合金厚板显微组织和力学性能的影响。结果表明,固溶温度会显著影响TC4-DT钛合金厚板组织中初生α相和次生α相的含量及尺寸,提高固溶温度可以适当提高板材的强度及断裂韧度。固溶处理冷却速率较快时(水冷和空冷),会析出细针状和板条状的片层组织,主要提高板材的断裂韧度。当固溶温度为945℃,且经水冷或空冷后可以获得强度-塑性-韧性匹配良好的TC4-DT钛合金厚板。     

激光选区熔化TC4钛合金高温力学性能和显微组织研究

采用万能拉伸试验机以及光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等测试技术,研究了室温至550℃温度范围内激光选区熔化(SLM)成形TC4钛合金的力学性能和显微组织。结果表明:SLM成形TC4钛合金由针状马氏体α′相组成,晶界数量多,塑性变形时位错运动被限制在马氏体内部,因此试验合金具有高强度,室温抗拉强度为1 265 MPa,500℃抗拉强度为834 MPa,优于固溶时效处理和退火处理的TC4钛合金,然而,在500℃以上拉伸变形时,马氏体逐渐转变为平衡态的α相,组织形态由针状向片层状转变,晶界数量减少,材料抗变形能力下降,因此抗拉强度快速降低,550℃抗拉强度只有562MPa。     

Ti-Al-Fe低成本钛合金TIG焊焊接组织和性能研究

研究了Ti-Al-Fe低成本钛合金钨极氩弧焊焊接接头的内部质量、组织和力学性能,并与TC4钛合金进行了比较。结果表明,Ti-Al-Fe低成本钛合金焊缝表面质量良好,焊缝内部融合良好,无焊接缺陷,可焊性好; 2种合金的焊缝区宏观组织均由粗大的柱状晶和少量等轴晶组成,Ti-Al-Fe合金柱状晶组织较细,晶内由针状次生α相和少量的长条状初生α相组成; 2种合金热影响区均为粗大的等轴晶,晶内由大量初生α相和少量针状次生α相及残余β相组成; Ti-Al-Fe低成本钛合金焊缝抗拉强度达到1 204 MPa,比TC4钛合金高111 MPa。     

轧制工艺对TC4中厚板组织和性能的影响

为制定和优化TC4钛合金中厚板轧制工艺,开发综合力学性能优异的TC4钛合金中厚板,某公司基于4 300 mm热轧厂装备特点开展了TC4钛合金中厚板轧制工业试验,研究了轧制温度、道次变形量对其显微组织和力学性能的影响规律。结果表明:在(α+β)两相区,随着轧制温度降低,TC4钛合金中厚板的晶粒尺寸不断减小,强度、塑性和韧性不断增加;随着道次变形量降低,中厚板表层与心部的显微组织更加均匀,塑性和韧性显著提高。经过退火处理(850℃×2 h,AC)后,TC4钛合金中厚板的组织均匀性明显提高,实现了强度—塑性—韧性的良好匹配。     

热处理对TC18钛合金丝显微组织与力学性能的影响

研究了热处理对TC18钛合金丝材显微组织与力学性能的影响。研究结果表明,对于多道次热拉2.0 mm丝材,随着退火温度由760℃升高至820℃,显微组织明显发生了再结晶和晶粒长大过程,并且α相含量显著减少,β相含量显著增多。随着温度的升高,抗拉强度呈明显下降趋势,由760℃时的1 110 MPa下降到820℃时的970MPa。在760℃退火时,保温时间由0.5 h延长到1.5 h,丝材的显微组织晶粒略有长大,力学性能略有降低。     

热处理制度对TB2钛合金带材力学性能及显微组织的影响

研究了固溶处理温度、冷却方式及时效处理温度对0．8mm厚TB2钛合金带材显微组织及力学性能的影响。结果表明：固溶处理时,冷却方式对TB2钛合金带材的力学性能影响较大,真空水淬与真空气淬均能得到较高的综合力学性能,但从可操作性来看,应采用真空气淬的方式冷却;TB2钛合金带材的较佳固溶处理温度为800℃,经800oc×12min真空气淬固溶处理后,可获得较高的强度和延伸率;TB2钛合金带材的较佳时效处理温度为480℃,经480℃X8h／FC时效处理后,其抗拉强度可达1250MPa以上,延伸率达到18％以上,组织中的等轴口晶α粒内均匀分布着细小的相。     

在超低温下使用的TC4 ELI钛合金锻棒的研制

在低温下,TC4 ELI钛合金只能在-196℃下使用。根据某工程的实际需要,开发超低温(-253℃)用TC4ELI钛合金锻棒。从控制氧含量和提高合金纯洁度入手,并在锻造工艺上采用最新"三三一"镦拔组合变形工艺来提升锻棒的组织均匀性,来提高强度和塑性。实验结果表明:高纯洁度是提高TC4 ELI钛合金在-253℃下塑性的基础;"三三一"镦拔变形工艺制得100 mm棒材的超低温力学性能较好,其Rm为1 480～1 510 MPa,Rp0.2为1 240～1 290MPa,A为12.67%～18.67%,Z为27.8%～33.3%,满足工程技术性能指标要求(J901-01-2009)。     

热处理对激光选区熔化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了激光选区熔化(SLM) TC4钛合金沉积态和退火态显微组织的特征及其对力学性能的影响规律。结果表明:合金组织沿激光选区熔化成形高度方向呈现外延生长,形成柱状晶,晶内存在大量的针状马氏体α’相。退火后,晶内的针状α’相转变为α+β板条组织。随着退火温度的升高,组织中α相含量逐渐降低,α片层逐渐粗化,β相含量逐渐升高;室温拉伸强度逐渐降低,塑性逐渐升高,显微硬度逐渐降低。经过800℃×2 h/FC退火热处理后,激光选区熔化成形TC4钛合金具有最佳的强度与塑性匹配。     

热变形及热处理过程中TC17钛合金组织与取向的关联性

为了进一步研究热压缩及热处理过程对组织及取向变化的关联性, 通过对TC17进行热压缩变形及后续热处理, 利用光学显微镜和背散射电子衍射等分析方法, 结合晶粒尺寸、织构分布图、极图以及反极图, 研究变形后及热处理后的TC17的组织结构、晶粒尺寸的变化和取向的演变规律以及两者之间的关联性.结果表明: 随着变形温度升高, 初生α相含量大幅减小, 尺寸减小, 大部分α相晶粒分散分布, 且位于高温β相晶粒的三叉晶界上; 热处理后, α相和β相组织特征清晰, 界限明显, 初生α相依旧存在, 且趋于等轴化, 亚稳定β相发生转变, 形成片层状β转变组织; 热变形使α相织构极密度值减小, 且随之温度增加, α相织构极密度值也变小; 热变形后的α相已不存在明显的强织构, 热变形对α相晶粒的取向影响较大, 很明显的改善了其取向的均匀性; 热变形同样使β相织构极密度值减小, 但效果不明显.β相仍存在取向集中现象, 取向均匀性相对较差.      

发动机用石墨烯增强TC11合金放电等离子烧结制备参数优化及力学性能研究

通过添加石墨烯提高了放电等离子烧结（spark plasma sintering, SPS）制备发动机用耐高温TC11合金的力学性能,研究了不同烧结参数下TC11合金的密度,并观察了合金显微组织,分析了合金力学性能的影响因素。研究结果表明:随着烧结温度增加,试样密度先增加后平稳;提高烧结压力后,试样密度发生了略微上升。随着烧结温度的上升,更多α相转变成了高温β相,形成了相对稳定的β相比例。随着烧结时间的增加,合金室温压缩强度表现为升高的趋势。提高烧结压力后,TC11合金获得了更高的室温与高温力学强度。通过实验最终确定烧结时间5 min、温度900 ℃与压力50 MPa时制备的TC11合金具有最优力学性能。     

热加工工艺对医用TC4合金棒材显微组织的影响

研究了热加工工艺对医用TC4合金大规格棒材显微组织的影响。研究结果表明:采用单一的拔长变形方式或单一的镦拔变形方式,不能全面解决医用TC4合金大规格棒材生产过程中经常出现的显微组织不均匀和成品率低下等问题;采用温度梯度镦拔组合变形工艺(Tβ+(30～70)℃镦拔,变形量50%→Tβ-(10～30)℃镦拔,变形量50%→Tβ-(30～70)℃镦拔,变形量50%),可以有效改善精锻用原始棒坯的组织,从而获得具有均匀细小等轴组织的医用TC4合金70 mm棒材。     

Strengthening in MULTIPHASE (MP35N) alloy: Part I. ambient temperature deformation and recrystallization

The microstructure and mechanical properties of the cobalt-based MP35N alloy (35 pct Co, 35 pct Ni, 20 pct Cr, and 10 pct Mo) were investigated following room-temperature deformation. It was found that the material showed marked work hardening at strains greater than about 0.15 to 0.2, which correlated with the formation of platelike structures on {111} planes. The initial yield strength of 390 MPa was increased to 1385 MPa by cold drawing 48 pct. Electron microscopy showed evidence that the platelike structures were both faulted face-centered cubic (fcc) twins and hexagonal martensite. Secondary strengthening from 1385 to 1935 MPa was achieved by annealing the cold-drawn MP35N at 650 °C for 4 hours. However, no structural change could be detected that could account for this large secondary strengthening. This failure lends indirect support to the proposal that this secondary strengthening could arise from solute partitioning between the fcc matrix and hexagonal martensite. Cold-worked MP35N resisted recrystallization up to a critical softening temperature of 1083 K (810 °C), at which the alloy lost 50 pct of its hardness during a 1-hour anneal. Nucleation occurred readily at and above this temperature. Growth of the new grains at temperatures close to the critical softening temperature appeared to be strongly inhibited by the martensite plates but not by twins. Residual dislocation densities were seen in the recrystallized grains in the vicinity of the disappearing martensite plates. It is proposed that these dislocations arise from local changes in lattice parameters arising from prior solute segregation to the martensite plates. A revision of the earlier solute partitioning model of secondary strengthening is proposed here — that the partitioning occurs locally, adjacent to the preexisting plates. During postanneal deformation, higher stresses are then required for fresh martensite plates (and twins) to be nucleated from the existing plates. Ultrafine grain sizes of only about 1 μm could be produced in MP35N by successive cycles of deformations and anneals at temperatures close to the critical softening temperature.     

火次变形量及退火温度对Gr.9合金管材组织与性能影响

研究了火次变形量和退火温度对Gr.9合金管材显微组织和力学性能的影响,探讨了高强Gr.9合金管材的制备方法。结果表明:采用取消成品轧制道次前退火工序以增加火次变形量的方法及优化去应力退火温度可制备出满足标准要求的高强Gr.9合金管材。增加火次变形量使管材的强度提高,但塑性有所下降;同时使管材流线组织更为明显,晶粒破碎程度更为充分。经过470℃×90 min去应力退火后,火次变形量较大的管材强塑性可达到较优的匹配,从而满足Rm≥862 MPa,Rp0.2≥724 MPa,A50≥12%。     

热处理温度对TC10钛合金棒材组织与性能的影响

以不同变形量热锻TC10钛合金棒坯,得到了直径50 mm的钛合金棒材.分别在780、790、800、810、820℃对TC10钛合金棒材进行固溶热处理(保温时间1h,空冷),研究了热处理温度对TC10钛合金棒材组织与性能的影响.研究结果表明,热锻变形量达到70％的TC10钛合金棒材呈现出良好的强度和塑性;在经过温度为8...