TC4钛合金惯性摩擦焊接头组织及断裂韧性与裂纹扩展特性分析

文章采用了XRD、SEM、EBSD等显微表征技术分析了焊态及焊后热处理态下焊接接头各区域的微观组织特征,并研究了焊接接头的断裂韧性和疲劳裂纹扩展性能。结果表明,焊缝区以再结晶组织为主,热力影响区等轴状初生α_p相转变为棒状结构,热影响区组织与母材基本相同,热力影响区与热影响区的原始β晶粒内部分区域形成了取向差角度约为60°的针状马氏体α′相,热处理促进了残余亚稳态β相分解,在片状α_s相间形成了大量断续分布组织。焊缝区α晶粒内大量的平行或交叉分布的片状α相和复杂的相界面结构可有效阻碍裂纹的扩展并改变裂纹的扩展路径,提高焊接接头的断裂韧性及抗疲劳裂纹扩展能力。     

考虑韧性损伤的Ti6554电塑性本构模型建立及应用

建立了修正Johnson-Cook电塑性本构模型,使用FORTRAN语言开发了用户硬化子程序UHARD,并耦合指数形式的韧性损伤断裂准则,使用ABAQUS有限元软件进行了数值模拟。为验证本构模型与有限元模型的合理性,设计了脉冲电流辅助单向拉伸实验,通过控制脉冲电源的频率、占空比以及试验机的拉伸速度,分别在12、13和15 A·mm^-2电流密度下对Ti6554试样进行拉伸,直至断裂。结果表明,模拟与实验的载荷-位移、温度-时间曲线吻合情况良好,试样在15 A·mm^-2电流密度下的流动应力较小,温度攀升较缓,颈缩区域更广,颈缩现象提前发生,材料刚度退化最慢,最后通过扫描电子显微镜观察了3种电流密度下试样的断口形貌,发现试样均为韧性断裂。     

四氧化二氮与几种金属材料的相容性研究现状及展望

介绍了火箭推进剂常用的一种氧化剂——四氧化二氮,就目前国内外对四氧化二氮与3种比较常用的金属材料(不锈钢、铝合金、钛合金)的相容性研究现状进行了简单的评述,并对四氧化二氮的腐蚀研究前景进行了展望。     

钛合金薄板不同连接方法的拉剪和疲劳性能

以钛合金板材为对象进行压印连接、自冲铆接和电阻点焊连接,对这三种接头进行拉-拉疲劳试验,比较其疲劳性能.结果表明,电阻点焊接头的静力学性能远高于另外两种接头.压印接头和自冲铆接头的疲劳性能较好,其中在长寿命循环时压印接头的疲劳性能更有优势.以200万次为疲劳极限时,三种接头可承受疲劳载荷顺序为压印接头最高,自冲铆接头其次,点焊接头最低.分析是由于点焊接头的热影响区性能差,残余应力叠加等原因造成.而压印和自冲铆接头内部存在板材间隙等,在疲劳加载过程中存在相对滑动和一定的形变量,起到缓解应力集中的作用,因此接头的疲劳性能较好.     

异种钛合金协同送丝等离子增材制造试验

采用双丝协同等离子增材系统实现了TC4-TA2异种钛合金的增材成形,期望制备的增材构件具有良好的沉积形貌及优异的力学性能. 采用了体视显微镜、扫描电镜、EDS、XRD、拉伸及硬度等测试方法分析其组织及性能. 结果表明,增材构件中存在两种微观组织形态,即分布在沉积层交界处的α相集束组织和分布在沉积层中心的α + β相片层组织. 构件在竖直和水平方向上的抗拉强度分别为998和1 037 MPa,断后伸长率为9.2%和5.7%,断裂呈现为脆性解理断裂. 试验结果证明,等离子增材制造技术能够实现异种钛合金协同增材成形.     

GTi70与TC4异种钛合金材料激光焊缝组织与性能分析

研究了GTi70与TC4异种钛合金材料激光焊接性能,通过接头常温、高温拉伸强度检测,焊缝组织XRD、OM、SEM检测分析,拉伸断口以及剪切断口形貌SEM分析,论证了异种材料的可焊性. 试验结果显示,异种材料接头常温拉伸强度高于GTi70母材,500,600和750 ℃高温拉伸强度高于TC4母材,焊缝拉伸断口、剪切断口均为韧性断裂,两种材料激光焊接性能良好. 脉冲激光焊缝组织更为细小,焊缝热影响区较窄,母材损伤小,焊缝强度与塑性优于连续激光焊缝.     

等离子喷涂CuAlNi/hBN涂层与钛合金的界面扩散及表面氧化性能

采用离心喷雾造粒、手工包覆法制备了CuAlNi/hBN(hexagonal boron nitride)复合粉体,并采用大气等离子喷涂技术制备了CuAlNi/hBN复合涂层。采用SEM和EDX对涂层的结构和性能进行了表征,结果表明:CuAlNi/hBN复合涂层为层状结构,涂层和基体间结合良好。700℃时,涂层中的Ni和Cu元素向钛合金基体中进行了少量的扩散,随着温度升高到800℃,涂层中大量的Cu、Al、Ni均向钛合金发生了扩散。在700℃时,涂层表面发生了少量的氧化,随着温度升高到800℃,整个涂层均发生了氧化,涂层表面氧化层从外到内分为两层,外层为Cu+Cu O层,内层为Cu O+Al2O3层。     

钛合金表面CrAlTiN单层涂层冲蚀损伤机理研究

目的主要开展钛合金表面制备Cr Al Ti N单层涂层后的撞击实验,探究不同条件下钛合金表面的冲蚀损伤规律,揭示钛合金表面的冲蚀损伤机理。方法采用多弧离子镀技术在TC4钛合金表面制备Cr Al Ti N单层涂层,并利用空气炮发射速度为300m/s的单个钢珠,在不同角度(30°、45°、60°、90°)下对涂层进行撞击损伤模拟。采用扫描电镜对撞击形貌进行观察,结合撞击表面的元素分析结果,探究钢珠撞击涂层表面的冲蚀损伤机理。结果 90°攻角下,涂层的破损主要由撞击产生的裂纹和涂层表面"液滴"的剥落共同作用引起。45°、30°攻角与60°攻角的撞击相似,损伤主要由两部分组成:一部分是垂直作用产生的裂纹和撞击导致的液滴剥落引起的涂层损伤;另一部分是切向作用引起的摩擦磨损和摩擦过程中产生的温度效应导致的钢珠熔覆。能谱图点44处主要含有Fe2O3、Ti N两种物质,说明该点的涂层已经破坏,并且在切削磨损的同时,钢珠撞击的损伤还伴随着氧化磨损。结论在300m/s的速度下,冲蚀损伤最严重部位为钢珠与涂层接触部位。冲蚀过程中会因温度效应使钢珠熔覆在涂层表面,涂层表面越粗糙,则熔覆物越多。涂层的损伤主要源于垂直分量导致裂纹的萌生和切向的犁削作用。     

不同应变速率和脉冲电压下0.3％置氢Ti-6Al-4V钛合金压缩变形力学分析

利用固态充氢法制备0. 3%置氢的Ti-6Al-4V钛合金,在万能力学测试机上研究应变速率和脉冲电压对其压缩变形行为的影响。研究结果表明:0. 3%置氢Ti-6Al-4V钛合金的微观组织相对于未置氢钛合金组织形态发生了明显改变。当施加脉冲电压后,钛合金的伸长率都发生了大幅提高,随着电压升高到80 V时,0. 3%置氢钛合金具有显著高于未置氢钛合金的屈服强度。当应变量增加后,钛合金压缩过程中温度发生先升后降的变化。当对钛合金施加脉冲电压后,会形成大量浅韧窝,对0. 3%置氢Ti-6Al-4V钛合金施加脉冲电压后可以提高其塑性,发生准解理穿晶断裂。     

钛合金砂型铸造工艺研究

以莫来石为主要造型材料、以惰性材料制造面层制备复合砂型,用真空凝壳炉熔炼浇注,成功生产了钛合金壳体铸件。结果表明,铸件表面无化学粘砂、无裂纹、冷隔缺陷。X射线检查,铸件内部无裂纹、夹渣缺陷。铸件的化学成分、力学性能均达到标准要求。该工艺与石墨型铸造工艺相比,铸件表面质量和内部质量得到明显改善,铸造成本降低近50%。