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。     

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。     

固溶处理对TA15X钛合金钻杆材料组织与性能的影响

通过力学性能测试、SEM断口分析、OM金相观察等方法,研究了油气工业用TA15X钛合金钻杆材料的固溶工艺及其组织性能变化.结果表明:随着固溶温度的升高,空冷后合金中α相体积分数由68.3%下降到28.2%,相尺寸逐渐减小,晶界α相消失,片层组织演化为近网篮组织.抗拉强度和屈服强度变化不大,延伸率下降至8.5%;水冷后β相转变的针状马氏体α′体积分数由30.5%增加到36.7%,且针状马氏体α′尺寸变得细长.抗拉强度由950 MPa提高至1 145 MPa,屈服强度由860 MPa提高至954 MPa,延伸率下降至5.5%.当固溶温度为900℃的时候,强度提高100 MPa,空冷后延伸率也可达13%,强韧性匹配较好.     

Ti-Nb合金在冷变形中的微观组织和力学性能研究

研究采用钨极电弧炉熔炼Ti-35Nb-2Ta-3Zrβ钛合金,采用偏光显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等试验设备,分析不同拉伸变形率下合金的微观组织结构和相转变规律.运用双辊轧机制备不同冷变形率下的合金,并进行室温拉伸等力学试验.试验结果表明:随着拉伸变形率的增加,合金会发生β→α″相转变,且合金中α″马氏体逐渐增多,增多到一定程度后保持稳定,α″马氏体的微观形貌由针状转变为粗大的片体;经过冷变形加工后,合金表现出良好的强度和塑性.     

SP700钛合金板轧制过程的组织演变和力学性能研究

研究了22 mm厚SP700钛合金板轧制过程中的组织演变和力学性能。结果表明:SP700钛合金板的显微组织由不连续的晶界α相和晶内针状组织组成;经过热轧和冷轧后,显微组织不均匀,由等轴组织和变形组织组成,等轴组织由等轴α相和等轴β相组成,变形组织由条状α相和变形β相组成;冷轧并退火后,显微组织十分均匀,由等轴组织组成。室温拉伸试验结果表明:SP700钛合金板冷轧后,抗拉强度达1 100 MPa以上,纵横向强度差为64 MPa,伸长率为5.0%～6.5%,塑性差为0.17%。退火后,强度降低,塑性显著提高;纵横向强度差为69 MPa,塑性差为6.84%。     

固溶-时效对粉末成形TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了固溶温度、冷却方式以及时效温度对粉末成形TC4钛合金相组成、微观组织以及力学性能的影响,分析了固溶-时效热处理过程中微观组织变化及析出强化机制。结果表明,在两相区固溶处理,随固溶温度的升高,初生α相含量不断减少;单相区固溶处理后,初生α相全部溶解,析出相呈片层状;固溶时采用水冷可获得α+α′组织,时效过程中马氏体分解形成的次生弥散相实现合金强化。粉末成形TC4钛合金经950℃/1 h/WQ+500℃/4 h/AC热处理后,综合性能匹配良好,抗拉强度为1231 MPa,屈服强度为1126 MPa,延伸率为10.75%。     

热处理制度对SLM成形TA15钛合金组织及性能的影响

实验采用选区激光熔化成形（SLM）技术制备了TA15钛合金试样,研究了热处理制度对TA15钛合金试样微观组织和拉伸及冲击性能的影响。研究结果表明,单重热处理方式下,随保温时间的延长和退火温度的升高,微观组织α’马氏体逐渐分解,次生α相和β相的体积分数则逐渐增加,试样拉伸强度整体呈下降趋势,但断裂韧性呈现先升高后降低的趋势。其中在850℃保温4 h热处理制度下,试样具有较优的综合性能,其抗拉强度为1 033 MPa,冲击功为38 J。双重热处理制度下,显微组织主要是以网篮状为主的α+β两相组织,微观组织均质化程度更高,表现为宏观性能分散性较小,其抗拉强度均值达1 029 MPa,冲击功为40 J。     

电子束熔丝成形的TC4钛合金的组织与性能研究

研究了采用电子束熔丝成形(EBRM)技术制造的TC4钛合金件的组织特征及力学性能,结果表明:经EBRM技术得到的TC4钛合金件宏观组织为异常粗大的β柱状晶。经热处理后,显微组织由片状初生α相、β转变组织及晶界α相组成;室温拉伸性能呈现明显的各向异性,但各方向的强度和塑性均满足AMS 4999A—2011标准要求,其中,x、y向抗拉强度与自由锻件实测水平相当;室温冲击韧度达到70 J/cm2,约为自由锻件及铸件实测值的两倍;光滑试样轴向加载高周疲劳性能优于经β热处理的锻件;轴向加载低循环应变疲劳性能与锻件相当,但优于铸件。     

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。     

热处理制度对选择性激光熔化成形TC4钛合金的组织与力学性能的影响

采用金相显微镜、扫描电子显微镜和电子万能材料试验机研究热处理制度对选择性激光熔化成形技术(SLM)成形TC4(Ti6Al4V)钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:激光成形样品的组织主要由呈外延生长的粗大柱状晶组成,原始柱状β晶粒的显微组织由大量的针状α′相组成;随退火温度升高,条状α相的宽度先增加后降低,强度降低,塑性增加;在(α+β)两相区固溶时,随固溶温度升高,α相的长宽比增加,α相的间距减小,α束集变大,强度升高,塑性降低;对比该7种热处理制度,800℃保温2 h炉冷为最佳热处理工艺,经该工艺处理的试样综合力学性能较好。     

基于电子束增材制造的TC4钛合金成形件热处理性能研究

将电子束选区熔化制备的试件增加热处理工艺,利用扫描电子显微镜和金相显微镜研究了热处理后TC4钛合金试件的组织特征;并通过试件力学性能的变化,揭示了不同热处理工艺选择对电子束选区熔化成形产品的影响.结果 表明:不论是空冷处理还是炉冷处理,试件在相变点温度以下加热其抗拉强度提升,在相变点温度以上加热其抗拉强度会下降.通过观察微观组织与分析拉伸断口可知,TC4钛合金试件在经过950℃和1000℃热处理的组织由于β相转变为魏氏组织而抗拉强度下降;而加热至850℃时由于未达到相变点温度,其内部为网篮组织而性能稳定.恰当的热处理工艺能使增材制造成形的TC4钛合金的抗拉强度等力学性能更优.     

β热模锻TC17钛合金整体叶盘的显微组织与力学性能

采用β热模锻工艺生产了某型号航空发动机压气机用TC17钛合金整体叶盘,分析了整体叶盘的显微组织并测试了力学性能。结果表明,β热模锻工艺生产的整体叶盘具有典型的网篮组织,原始β晶粒沿变形方向拉长,无明显再结晶;晶界α相呈弯折断续分布,晶内针状α相呈网篮状编织。这种网篮组织的TC17钛合金β锻造整体叶盘具有较优的综合力学性能,室温拉伸、高温拉伸、蠕变、断裂韧性和高周疲劳性能均符合设计要求,且有较大的富裕量。     

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%。     

SiCf/TC11复合材料拉伸行为研究

采用磁控溅射先驱丝法和热等静压工艺制备SiC_f/TC11复合材料，研究了SiC_f/TC11复合材料室温和500℃拉伸性能及断裂机制。结果表明，SiC_f/TC11复合材料室温和500℃抗拉强度分别为1 530 MPa和1 553 MPa，明显高于基体TC11钛合金，与TC11钛合金相比，抗拉强度分别提升了～57%和～133%，纤维增强效果显著。通过观察SiC_f/TC11复合材料室温、500℃拉伸断口和纵剖面断裂特征，指出了室温和500℃拉伸断裂机制主要包括反应层多次断裂、纤维一次断裂、纤维多次断裂、纤维-基体界面脱粘、纤维拔出、W芯-SiC界面脱粘、基体断裂、包套断裂等，揭示了SiC_f/TC11复合材料室温和500℃拉伸载荷下多组元失效断裂过程。     

热处理工艺对近α钛合金组织与性能的影响

研究了固溶和时效工艺参数对一种近α钛合金Ti-5Al-2Nb-2Zr-1.5Mo显微组织与力学性能的影响.结果表明:在α+β两相区,随着固溶温度的升高,初生α相含量(体积分数,下同)减少,亚稳相含量增加,冷却过程中分解的针状马氏体α'相使合金的硬度升高;时效温度的变化通过影响α'相分解析出次生α相的尺寸、数量及分布方式影响合金的力学性能,合金经960℃固溶,500℃时效4 h后维氏硬度达到峰值374,屈服强度和抗拉强度分别达到874,982 MPa.     

热处理对热挤压TC4钛合金T型材组织和性能的影响

研究了9种双重退火工艺对热挤压TC4钛合金T型材显微组织及力学性能的影响。结果表明:1金相组织基本保留了β单相区热加工组织,第一阶段退火制度相同时,随着第二阶段退火温度的升高,晶内部分长条α相变厚,晶界上有序排列的针状α相也开始粗化;第二阶段退火制度相同时,随着第一阶段退火温度的升高,晶粒明显长大,晶界更加清晰,β相向α相转变,β相含量减少;2抗拉强度、屈服强度和延伸率均能够满足航天长桁用型材的要求,其中经750℃×4h/AC+500℃×1 h/AC双重退火处理的,强度和塑性指标最高。     

退火制度对TC25钛合金棒材组织和力学性能的影响

研究了不同退火制度对TC25钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明：TC25钛合金棒材组织随退火温度的升高逐渐由等轴组织转变为双态组织,经920~940℃/1 h AC＋550℃/6 h AC双重退火处理后获得等轴组织,经960~980℃/1 h AC＋550℃/6 h AC双重退火处理后获得双态组织。TC25钛合金棒材的较佳热处理温度为960~980℃/1 h AC＋550℃/6 h AC,经该制度处理后棒材的室温拉伸性能和高温（500℃）拉伸性能均优良。     

大规格TC4钛合金厚板研制

采用经三次真空自耗电弧熔炼、多向锻造得到的TC4钛合金板坯为原料,以热模拟试验所获得的热加工图为参考,利用西部钛业有限责任公司2 800 mm四辊热轧机成功制备出了宽度为2 300 mm,厚度达到40~70 mm的大规格TC4钛合金厚板,研究了热轧工艺对其组织和室温力学性能的影响。结果表明,轧制温度、道次变形率和应变速率是制备大规格TC4钛合金厚板的关键工艺因素。所制备的TC4钛合金厚板的显微组织为双态组织,由平均晶粒尺寸为25μm的等轴初生α相、拉长的次生α相及晶间β相组成,其室温抗拉强度为925~960 MPa,屈服强度为870~910 MPa,延伸率为12.0%~14.5%。     

应变量对TC17钛合金高温性能及片状α相演变的影响

在两相区对TC17钛合金进行了变形量分别为0、20%、40%、60%、80%的等温变形,同一制度热处理(820℃×4 h/WQ+630℃×8 h/AC)后,测试了400℃拉伸性能,观察了显微组织,研究α+β两相区应变量对TC17钛合金高温拉伸性能和片状α相演变影响研究。结果表明:TC17钛合金在两相区经历不同的应变量变形和同一热处理后,组织演变的主要特征是片状α相球化,球化分数随应变量的提高而增加;400℃拉伸强度和塑性则随着应变量提高而提高;定量分析α相球化分数与400℃拉伸性能的关系发现两者之间符合线性关系,通过数据拟合建立了抗拉强度、屈服强度、延伸率、断面收缩率与α相球化分数关系的数学表达式。     

不同加热制度下TA15钛合金变形组织及微观取向分析

在Gleeble—3500型热模拟机上对近α型TA15钛合金进行等温压缩实验,研究不同加热制度对TA15钛合金热变形后微观组织、晶界取向差和晶粒取向的影响。研究结果表明,在两相区(900℃)变形时,常规加热制度下变形后TA15钛合金微观组织主要由原始等轴α相、再结晶α相和马氏体α'相组成,当晶界取向差为40°、60°和90°左右时晶界比例出现峰值;而β相区加热制度下合金变形微观组织主要由片状马氏体α'相、β相和晶界处细小的α相组成,当晶界取向差为60°和90°左右时晶界比例出现峰值,晶粒择优取向性增强。在β单相区(1 050℃)变形时,常规加热制度下变形后合金微观组织中β晶粒晶界清晰,集束特征明显;而β相区加热制度下合金变形微观组织主要由长宽比较大的α'相组成,原始β晶粒消失,当晶界取向差为60°和90°左右时晶界比例出现峰值,晶粒择优取向性减弱,各向同性增强。