TC18钛合金氧化色与力学性能关系研究

通过对TC18钛合金在100～1000℃温度范围内的氧化试验以及力学性能测试试验,研究了其氧化色变化规律,并探讨了氧化色与力学性能的关系。结果表明:经氧化处理后,TC18钛合金表面形成多种不同氧化色,且随氧化温度升高,合金表面颜色逐渐加深,合金力学性能均明显下降。合金表面氧化色与其力学性能存在一定的对应关系:当氧化色为浅绿色即加热温度为650℃时,材料力学性能已不满足TC18钛合金标准力学性能。     

氧化处理对TC21钛合金氧化色及力学性能的影响

研究不同温度氧化处理对TC21钛合金氧化色的影响,并对氧化处理后试样的力学性能及微观组织进行分析和讨论。结果表明:经氧化处理后,TC21钛合金表面呈现出明显的颜色变化,且随氧化温度的升高,合金表面颜色逐渐加深,同时合金力学性能均呈下降趋势。合金表面氧化色与其力学性能有一定的对应关系:经600℃氧化处理后,合金表面呈现出宝蓝色,力学性能满足使用要求;超过600℃后,合金表面颜色逐渐加深,力学性能均不能满足使用要求。     

真空去应力退火对TC18钛合金残余应力及组织性能的影响

在不同温度和时间下对TC18钛合金进行真空去应力退火处理,研究TC18钛合金真空去应力退火前后力学性能及残余应力的变化规律,观察去应力退火后的金相组织和拉伸断口形貌。结果表明:经真空去应力退火后,TC18钛合金的抗拉强度和屈服强度降低,冲击韧性、断裂韧性、伸长率和断面收缩率提高;残余应力消除效果显著;随着退火温度的升高,合金显微组织呈现规律性变化;当温度达到650℃以上时,α相明显减少,亚稳定β相显著增加,导致其强度下降,与力学性能测试结果相吻合;合金塑性提高,与断口形貌分析一致;最后,得到TC18钛合金的真空去应力退火制度为600～650℃和1～4h。     

β锻造参数对TC17钛合金组织性能的影响

基于TC17合金β跨相区锻造试验,研究了始锻温度、变形程度、锻后冷却方式对TC17钛合金组织和性能的影响。试验表明:TC17钛合金的显微组织演变和室温力学性能对于β锻造参数表现出不同程度的敏感性;随着始锻温度的升高,晶粒细化程度增大,不同的始锻温度可显著影响合金的强度;通过增大合金的变形程度可显著改善组织中的残留魏氏组织,进而对强度产生较大影响,合金内部粗晶组织的变形不均匀化进一步增强;锻后冷却方式为缓冷时,晶内次生α相长度增加,可有效提高合金的断裂韧性。在始锻温度为918℃、变形程度为60%、锻后冷却方式为缓冷的条件下,TC17钛合金的室温力学性能匹配较佳。     

微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响

采用直流稳压电源,在Na2SiO3、Na3PO4电解液中对TC4钛合金表面进行微弧氧化处理,研究了微弧氧化对TC4钛合金高温抗氧化性能的影响.结果表明,经微弧氧化的TC4合金高温抗氧化性能明显优于TC4钛合金;在750℃循环氧化100h后,经300V电压微弧氧化60 min的TC4钛合金的氧化增重为7.8 mg/cm2,而未经微弧氧化处理的TC4钛合金氧化增重为30.51 mg/cm2;随着微弧氧化时间增长和电压的增大,微弧氧化TC4钛合金的高温抗氧化性能也增强.     

冷热循环处理对TC18钛合金力学性能和尺寸稳定性的影响

利用冷热循环处理装置对TC18钛合金锻件进行了冷热循环处理工艺实验,并研究了冷热循环处理对该合金力学性能和尺寸稳定性的影响。结果表明,冷热循环处理对TC18钛合金的强度、塑性、断裂韧性及硬度等力学性能影响不大,但对尺寸稳定性具有显著影响;深冷处理温度过低对合金尺寸稳定性不利。从提高尺寸稳定性方面考虑,冷热循环处理工艺应以深冷温度-120℃、保温时间24 h、循环处理次数3次为宜,此时圆环开口尺寸变化率与未冷热循环处理相比降低了13.6%。     

TC4钛合金热力学行为及棒材轧制工艺研究

在Gleeble-1500热模拟机上进行了TC4钛合金压缩试验,分析了不同温度、不同应变速率下TC4钛合金热力学行为,确定了合金棒材最佳开轧温度为950℃,最佳应变速度为1s-1。随后在自行研制的八机架Y型轧机上进行连轧试验,分别得到准12、准6 mm棒材。结果表明,获得的产品组织均匀致密,晶粒细小,产品力学性能满足技术要求。     

热处理对TC4钛合金厚板组织和性能的影响

采用正交试验方法,研究了不同热处理制度对TC4钛合金厚板显微组织和力学性能的影响。结果表明,固溶温度对合金显微组织、室温拉伸强度、塑性和断裂韧性影响很大。相变点下固溶时合金组织为双态组织,相变点上固溶时合金组织为魏氏组织;当固溶温度从975℃相变点下增加到1045℃相变点上时合金的强度变化不大,合金的塑性大幅下降,而合金的断裂韧性逐渐升高;TC4钛合金厚板在975℃/10 min+670℃/1 h热处理,可获得最佳强度-塑性匹配,在995℃固溶处理,670~760℃时效处理可获得最佳强度-韧性匹配。     

退火工艺对增材制造TC18钛合金力学性能和组织的影响

采用显微组织观察和力学性能测试等方法研究了退火工艺参数对增材制造TC18钛合金力学性能和组织的影响。结果表明,增材制造TC18钛合金试块宏观形貌平整,表面没有裂纹等缺陷,表面呈均匀的银白色。试样经600 ℃退火保温2 h后的各项力学性能均满足GJB 2744A—2007指标要求,其规定塑性延伸强度为1036 MPa,抗拉强度为1084 MPa,断后伸长率为9.8%,断面收缩率为30%。增材制造TC18钛合金的组织为典型的柱状晶组织,粗大的β相柱状晶粒内为细长的针状α相及编织细密的α+β相板条组织;随着退火温度的升高,β相柱状晶内的针状α相逐渐粗化。     

基于BP神经网络的TC11钛合金工艺-性能模型预测

材料工艺与性能的关系具有复杂、非线性交互等特点。本文根据TC11钛合金力学性能与其影响因素之间的映射关系,以大量的试验数据为基础,建立了BP神经网络模型。模型的输入包括锻造温度、锻后冷却方式等热加工工艺参数;输出为常用的力学性能指标,即抗拉强度、屈服强度、延伸率和断面收缩率。运用该模型对TC11钛合金力学性能进行了预测,并通过试验数据对模型的预测精度进行了可靠性验证。同时,运用已建立的神经网络模型对TC11钛合金工艺参数与力学性能的关系进行了分析。结果表明,所建立的力学性能预测模型具有良好的外推能力,并且可以很好地反映出该合金的工艺-性能之间的复杂关系。     

TC4钛合金热氧化层微米压痕/划痕试验研究

采用微米压痕实验测试了氧化层的硬度、弹性模量,研究了热氧化工艺对TC4钛合金表面热氧化层力学性能的影响;通过微米划痕实验考察了氧化层的临界荷载以及划擦行为.结果表明:热氧化处理后TCA表面生成由金红石TiO2和少量Al2O3所组成的氧化层,钛合金表面硬度和弹性模量显著增加,弹性模量与硬度的比值降低,表明热氧化工艺可改善钛合金的耐磨性.长时间的高温氧化可以增加氧化层的厚度,但在划擦过程中氧化层发生两次脱落,表明氧化层由外表层和次外层组成,外层结合力差,易发生一次脆性剥落.内层与基体的结合强度较高,但在较大载荷作用下会产生微裂纹,导致氧化层的二次剥落.     

固溶温度对3D打印TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

对3D打印TC4钛合金进行不同温度固溶+490 ℃时效处理,通过显微组织观察和力学性能试验对其微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,3D打印TC4钛合金在原始沉积态时为不均匀的网篮组织,经固溶时效处理后,随着固溶温度的升高,组织中α相先以片状的形式生长于完整的原始晶界附近,再逐渐转变为粗大的板条状,强度逐渐升高而塑性有所降低,当固溶温度为920 ℃时,强度达到最大值,为1100 MPa。当固溶温度超过960 ℃时,α相逐渐被溶解,强度逐渐下降,同时塑性也表现较差。经扫描电镜观察,不同固溶温度下拉伸断口的宏观形貌均呈暗灰色,经890~960 ℃固溶+490 ℃时效处理的TC4钛合金,其微观形貌中存在的大量韧窝,可以判断出其断裂机制为韧性断裂。结合不同固溶时效处理后钛合金的显微组织及力学性能变化可以得出,经920 ℃固溶+490 ℃时效处理后的3D打印TC4钛合金具有较好的综合力学性能。     

温度对TC4钛合金磨损性能和摩擦系数的影响

耐磨性较差成为TC4合金用作高强耐腐蚀油管材料的技术瓶颈,采用SEM和EDS等手段对TC4合金在不同温度下的磨损性能进行研究,分析磨损率、摩擦系数和磨痕形貌随温度变化的规律,探讨磨损机理。结果显示:在室温到400℃的温度范围内,与对磨材料GCr15相磨损,TC4合金的磨损程度随温度的升高而减小,磨痕呈犁沟形貌,磨损经历了预磨损和稳定磨损两个阶段,磨损机理在较低温度时为剥层磨损、黏着磨损和疲劳磨损,在较高温度时为剥层磨损、黏着磨损和氧化磨损。     

TC18钛合金准β锻锻件热处理工艺试验研究

由TC18钛合金准β锻锻件热处理工艺试验研究可知,时效温度对TC18钛合金力学性能的影响更大,通过调整时效温度可得到所需的强度、塑性和断裂韧度匹配。     

钛合金切削过程氧化膜特性研究

高速切削钛合金时，在加工表面会产生氧化膜，对钛合金的力学性能造成影响。对钛合金Ti-6Al-4V进行单因素车削试验，研究切削表面变形特性并对氧化膜表面进行物相分析。结果表明：切削表面会产生严重塑性变形，变形层的厚度随着进给量的增大而增大，切削表面发生氧化反应，形成氧化膜，表面呈现不同的颜色，其成分主要为Al2O3、锐钛矿型 TiO2 和金红石型 TiO2。     

TC4钛合金阳极氧化着色膜显色规律探讨

目的在不同电解液、电压等工艺参数下对TC4钛合金进行阳极氧化,获得彩色膜,分析探讨着色膜颜色随不同工艺参数变化的显色规律,并通过该显色规律分析着色膜显色机理。方法分别选用NaOH电解液、H3PO3电解液、Na2SiO3盐溶液对Ti6A14V钛合金进行氧化着色。通过金相显微镜、SEM、XRD、AFM和3nh色差仪等测试方法,分析氧化膜层显微组织、形貌特征、物相成分、膜层厚度与颜色变化。结果3nh色差仪测得膜层颜色值(L^*、a^*、b^*)随电压具有周期变化规律。在电压参数为120 V左右的起弧电压之前,三种电解液阳极氧化着色膜均是由非晶态的钛氧化物组成,显色规律一致,氧化膜层致密均匀,只是生长速率稍有不同。膜层显色是干涉加强光色与干涉减弱光色的互补光色的共同作用。通过钛合金氧化膜干涉光程差公式修正,推导出了薄膜厚度的理论计算公式,且AFM测试结果与理论计算得出的膜厚基本一致。随着电压继续升高,电解反应剧烈,宏观表面观察到微弧放电现象,电解过程过渡到微弧氧化阶段。结论在低电压阳极氧化阶段,TC4钛合金着色膜层是由致密均匀的非晶态钛氧化物组成,膜层生长方式是随电压均匀层状生长,显色原理主要是薄膜干涉原理。通过控制电压参数,可控制膜层厚度,继而得到理想的颜色。在Na2SiO3盐溶液中的膜层生长速率为1~1.7 nm/V。     

纳米压痕和划痕法测定 TiO2 纳米薄膜的力学性能

目的研究相同工艺条件下阳极氧化法在不同钛合金基底(TA1,TC4,TC4F136)上生成的TiO2薄膜的力学性能差异。方法采用扫描电镜结合原子力显微镜观察3种薄膜的形貌和结构,用UNHT型纳米压痕仪测试TiO2纳米薄膜的力学性能,利用纳米划痕法测试3种钛合金表面生成的TiO2薄膜与基底的结合强度及摩擦性能,用纳米压痕技术测试TiO2的显微硬度和弹性模量。结果电解液及其它电化学条件相同时,不同钛合金基底上形成的TiO2薄膜结构(管直径、管壁厚及管长度)不同。结论阳极氧化法在钛合金基底上生成的TiO2纳米薄膜的力学性能,由TiO2微观结构及其与基底的结合强度决定,微观结构和结合强度归根到底由合金中元素决定。