EB熔炼扁锭直轧TC4合金板材的组织与性能

采用EB一次熔炼制备的TC4合金扁锭直接进行轧制,对不同轧制火次板材热轧态及退火态显微组织与力学性能进行了研究。结果表明:TC4合金扁锭经过1~3火次直接轧制,粗大铸态组织不断破碎,等轴α相含量逐渐增加,尺寸不断减小,各火次板材力学性能均满足标准要求。随着退火温度增加,各火次成品板材抗拉强度和屈服强度呈下降趋势,伸长率先增加后减小,经850 ℃退火后TC4合金板材可以获得最佳的强塑性匹配。EB一次熔炼扁锭直轧TC4合金板材工业化批量生产中退火温度推荐使用700~850 ℃,显微组织与力学性能可以达到锻坯制备的板材水平。     

退火温度对低成本TC4LCA钛合金板材组织和性能的影响

为提高低成本TC4LCA钛合金板材的强度和冲击性能,选取不同退火温度对典型规格板材进行热处理,研究了其显微组织和力学性能的变化规律,分析了显微组织对强度和冲击性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,TC4LCA钛合金中的长条状初生α相转变为等轴状,β转变组织中析出针状或片状次生α相;退火温度越高,长条状初生α相含量减少,等轴化倾向明显,直至发生粗化;针状或片状次生α相长大。合金的强度先增大后减小、断后伸长率略有降低,冲击吸收能量则呈增大趋势。综合考虑,在800～880 ℃范围进行退火可使TC4LCA钛合金板材获得强度、塑韧性的最佳匹配。     

退火对海绵钛/电解钛熔炼TC4合金铸锭轧制板材组织性能的影响

以海绵钛和电解钛分别作为熔炼TC4钛合金的原材料,将熔炼后的铸锭进行热轧并退火处理,研究不同原料铸锭轧制的TC4合金板材退火处理后的组织与力学性能。结果表明:去应力退火对电解钛与海绵钛TC4合金板材组织的影响不大。再结晶退火后,电解钛与海绵钛TC4合金板材均有再结晶的等轴α相,而电解钛TC4合金的等轴化程度更高,内部组织更均匀。海绵钛TC4合金板材在经550 ℃退火处理后的应力去除效果比电解钛TC4合金的好,其强度略微降低,而塑性提升更为明显。电解钛TC4合金板材在经过800 ℃退火处理后的再结晶效果比海绵钛TC4合金好,其强度略微降低,而塑性得到极大的提升。两种钛合金板材退火后板材的断裂方式皆为韧性断裂。海绵钛TC4合金板材经退火后硬度降低,而电解钛TC4合金板材经退火后硬度增加。     

热处理对激光选区熔融TC4合金性能的影响

用拉伸试验以及冲击试验等方法,研究退火及固溶时效热处理工艺对经激光选区熔融(SLM)技术制备的TC4合金组织与力学性能的影响。结果表明,零件的伸长率、断面收缩率以及冲击吸收能量都有了明显增加,同时零件强度均有所下降。TC4合金经热处理后,固溶时效处理后零件强度下降最小;退火可以提高TC4合金的冲击性能; 850℃退火+炉冷的热处理方式使得TC4合金伸长率达到10%以上,断面收缩率达到30%以上,对TC4合金的塑性以及冲击性能提高效果最好。     

热处理对SP700钛合金板材组织及力学性能的影响

通过调整SP700钛合金板材的热处理制度,获得了不同组织形态的SP700钛合金板材,研究了不同组织形态对SP700钛合金板材的力学性能、断裂韧性等性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,SP700钛合金板材的显微组织依次为等轴组织、双态组织、片层组织;板材的横纵向室温抗拉强度和屈服强度升高,400℃高温抗拉强度升高,断裂韧性升高;当退火温度从770℃升高到870℃,室温伸长率和高温伸长率变化不大,当退火温度从870℃升高到930℃时,伸长率迅速降低;双态组织具有良好的综合力学性能。试样断口的SEM图表明:770℃和870℃退火的试样为延性断裂断口,930℃退火的试样为脆性断裂断口。     

退火工艺对TC4钛合金板材组织和性能的影响

采用不同的退火工艺对热轧后的TC4板材进行热处理,对比分析了退火温度和退火时间对材料组织和性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,TC4钛合金板材的晶粒等轴化程度提高,抗拉强度和伸长率随温度升高变化不大,但是屈服强度下降明显,同时硬度有较大幅度的提高。温度高于900 ℃后,组织类型由等轴组织向双态组织转变。900 ℃保温4 h,组织中的晶粒迅速长大,延长保温时间可以提升TC4钛合金板材的塑性,对强度影响不大。950 ℃条件下延长保温时间,材料的硬度大幅度提高;低于900 ℃时延长保温时间,材料硬度的提高幅度较小。     

TC4ELI钛合金的电子束冷床熔炼技术

采用EBCHR-3150KW大功率电子束冷床熔炼炉，研究了以“TA1纯钛残料+海绵钛+中间合金”通过一次EB熔炼TC4ELI钛合金扁锭的生产工艺，分析了熔炼工艺参数对铸锭化学成分的影响，并对工艺可行性进行了分析，研究了不同热处理制度对板材组织性能的影响。结果表明：TC4ELI钛合金EB熔炼过程中Al元素的实际挥发率达到15%～18%,通过控制原材料制备使其达到宏观均匀、控制成分配比，制定合理的工艺要求，完全可以生产出符合国标GB/T 3620.1-2016要求的TC4ELI钛合金EB扁锭。     

电子束冷床炉熔炼超长超薄TC4铸锭过程中坩埚的尺寸设计

钛锭固液界面形貌对其凝固组织有着很大的影响。本文研究了超长超薄TC4扁锭EB炉熔炼中结晶器三维尺寸对固液界面形貌的影响。结果表明:当TC4扁锭截面长度超过450mm时，结晶器的冷却能力不再增加。当长度超过有效距离时，随着结晶器长度的增加，熔池深度和糊状区宽度不再发生改变。此外，提高结晶器的长宽比有利于提高TC4扁锭的表面质量。计算结果表明，结晶器内长和内宽比应在4:1和6:1之间。当结晶器高度大于300mm时，熔池深度和糊状区宽度不变。因此，通过本文研究可以为EBCHM熔炼超长超薄TC4扁锭的结晶器三维设计提供一定的设计依据。     

电子束冷床炉熔炼超长超薄TC4铸锭过程中坩埚的尺寸设计（英文）

钛锭固液界面形貌对其凝固组织有着很大的影响。研究了超长超薄TC4扁锭EB炉熔炼中结晶器三维尺寸对固液界面形貌的影响。结果表明:当TC4扁锭截面长度超过450mm时,结晶器的冷却能力不再增加。当长度超过有效距离时,随着结晶器长度的增加,熔池深度和糊状区宽度不再发生改变。此外,提高结晶器的长宽比有利于提高TC4扁锭的表面质量。计算结果表明,结晶器内长和内宽比应在4:1和6:1之间。当结晶器高度大于300 mm时,熔池深度和糊状区宽度不变。本研究可以为电子束冷床炉(EBCHM)熔炼超长超薄TC4扁锭的结晶器三维设计提供一定的设计依据。     

固溶时效对海绵钛/电解钛熔炼TC4钛合金热轧板材组织与性能的影响

以海绵钛和电解钛作为熔炼TC4钛合金的原材料,采用工业化电子束冷床炉(EB炉)熔炼为扁锭并直接进行热轧,随后进行固溶时效处理,研究不同原材料铸锭和固溶时效处理工艺对TC4钛合金板材微观组织与性能的影响规律。结果表明：海绵钛TC4和电解钛TC4钛合金的α →β转变都是一个吸热过程,电解钛TC4钛合金α →β转变温度明显高于海绵钛TC4钛合金。海绵钛TC4钛合金在超过相变点温度进行固溶时效处理后,其组织为魏氏组织,其余固溶时效条件下的组织皆为双态组织。随固溶温度的升高,海绵钛TC4钛合金板材的抗拉强度先增加后降低,延伸率持续降低,而电解钛TC4钛合金板材的抗拉强度随固溶温度的升高而增加,延伸率一直降低。二者均在890℃保温30min固溶与550℃保温3h时效后获得最佳的综合力学性能。与海绵钛TC4钛合金板材相比,电解钛TC4钛合金板材在经过固溶时效处理后,材料的强度、硬度提升更为显著。     

退火工艺对激光立体成形TC21钛合金组织和性能的影响

利用BLT-C1000型激光立体成形设备制备了TC21钛合金块体,并对其分别进行了单级和双级退火处理,研究了单级和双级退火工艺对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,激光立体成形TC21钛合金的沉积态组织主要为网篮状组织。单级退火温度影响初生α相板条尺寸,低于550 ℃退火时,初生α相板条长度和宽度变化较小,高于650 ℃退火时初生α相板条长度明显增加,宽度略微降低。屈服强度和抗拉强度随退火温度升高而降低,断后伸长率和断面收缩率随退火温度升高而增大。双级退火时随第一级退火温度升高,初生α相含量降低,随着第二级退火温度的升高,次生α相尺寸增加。综合考虑,双级退火时宜选择870~900 ℃的第一级退火温度和560 ℃的第二级退火温度。     

HIP温度对SLM制备TC4钛合金组织和力学性能的影响

以激光选区熔化技术(SLM)成型TC4钛合金为研究对象,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等测试分析方法,研究了热等静压处理温度对TC4钛合金材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,SLM态TC4钛合金横截面微观组织由等轴状初生β晶粒组成,纵截面微观组织由呈外延生长的柱状初生β晶粒组成。晶粒内部以不同取向的针状α'马氏体相为主,纳米点状β相在初生马氏体间形核生长。在α+β两相区温度进行热等静压处理,TC4钛合金的组织由α相和β相组成。随着热等静压处理温度的升高,板条状α相粗化成短棒状,β相含量增加且发生一定粗化。随着热等静压处理温度的升高,材料的抗拉强度和屈服强度呈现降低的趋势,断面收缩率也呈下降趋势。热等静压处理工艺为910 ℃-110 MPa-2 h的TC4钛合金可获得最优的强韧性匹配。     

退火工艺对热变形TC21合金组织与性能的影响

研究了高温热变形后TC21合金棒材经一重及二重退火后其组织与性能的变化。结果表明:一重退火后,变形的α相在不同程度上发生了再结晶并等轴化,随退火温度升高,α相等轴化更为明显,且等轴α相粗化。二重退火后组织进一步等轴且均匀化,二重退火工艺略微降低了合金的强度,但是明显提高合金塑性。合金经过900 ℃×45 min,AC+590 ℃×4 h,AC处理后,断面收缩率提高了4.11%,伸长率提高了6.71%。     

固溶处理对TC4合金组织和硬度的影响

对TC4合金进行不同固溶处理,研究了固溶温度、保温时间、冷却方式对合金显微组织和硬度的影响。结果表明,随着固溶温度的升高,TC4合金由等轴组织到双态组织再到全马氏体组织转变,硬度逐渐增加;达到高温平衡状态时,延长保温时间对TC4合金显微组织和硬度的影响不明显;当固溶温度分别为925 ℃和975 ℃时,随着冷却速率的降低,α相在冷却过程中发生扩散长大,β转变组织从α'马氏体变为次生α相+β相的片层组织,硬度分别从水冷条件下的359~389 HV0.2降为空冷条件下的318~327 HV0.2;炉冷后得到全等轴组织,硬度较低,约300 HV0.2。     

热处理对EB铸锭直接轧制TC4合金板材组织和力学性能的影响

对电子束冷床炉熔铸的TC4钛合金扁锭,通过3个火次轧制获得了不同厚度的板材,研究了不同退火温度(750、780、810和850 ℃)对板材显微组织和力学性能的影响。结果表明,一火轧制板材的显微组织破碎不充分,提高退火温度未能明显改变初生α相的形态,二火、三火轧制后原始片层组织逐渐完全破碎,等轴状初生α相比例相应提升,随着退火温度的升高,二火板材初生α相逐渐球化,三火板材初生α相在780 ℃开始逐渐长大,次生α相均呈现出增厚变宽的趋势。综合分析认为,一火板材在810 ℃、二火板材在840 ℃、三火板材在750 ℃退火后,获得了较好的强度和塑性匹配;通过对相应合金板材断口形貌分析,室温断裂机制和高温断裂机制均为典型的韧性断裂。     

Ti70合金板的组织与力学性能的各向异性

通过拉伸及低温冲击试验、光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪,对Ti70合金板的组织与力学性能的各向异性进行了研究。结果表明,Ti70合金板热轧及退火后组织未出现明显差异,退火过程中主要以回复为主,但在高密度位错的剪切带上出现了一定数量的再结晶晶粒。退火态Ti70合金板横向屈服强度及低温冲击吸收能量都高于纵向,但抗拉强度低于纵向,表现出了明显的各向异性。退火后Ti70合金板形成了较强的{0002}基面织构,其晶面法向向RD方向(纵向)偏转±30°,向TD(横向)方向偏转±41°。由于基面织构更向RD方向集中,因此造成了Ti70合金板力学性能的各向异性。