基于仿生结构的Al-Ti-Ti2AlNb层状复合材料的组织与力学性能

受生物材料的韧脆复合结构的启发，本文将Al箔、Ti箔和Ti2AlNb箔材堆叠排列，采真空热压烧结技术制备了层级结构的Al-Ti-Ti2AlNb层状复合材料。利用SEM、XRD等技术表征了材料的微观结构，并测试了抗弯与抗压性能。研究发现，本文设计的层状结构复合了Ti、TiAl系列间化合物、Ti2AlNb等多种材料，层级结构明显，界面清晰。抗弯强度与抗压强度分别为1231±71MPa和1341±63MPa，相比同类材料具有显著的优势。分析认为，多层级结构的存在对裂纹的扩展有显著地阻碍作用；相比常规的二元TiAl层状材料，Ti2AlNb层的存在显著提高了力学性能。     

置氢0.11%Ti-6Al-4V合金超塑变形行为及其机制

研究了置氢0.11%的Ti-6Al-4V在800～900℃温度范围和3×10(-4)～1×10(-2)s(-1)应变速率范围内的超塑变形行为,应用光学显微镜研究了变形过程中的组织演变.结果表明:置入0.11%的氢能够显著改善Ti-6Al-4V超塑变形行为,峰值应力较原始合金降低了15～33 MPa,应变速率敏感性指数m值提高至0.497,变形激活能为322 kJ·mol(-1);在840～860 ℃温度范围和3×10(-3)～1×10(-3)s(-1)应变速率范围内,具有最佳超塑性,其延伸率最高达到1530%.0.11%的氢使α相及β相软化的同时促进了动态再结晶,提高了位错的攀移能力并且降低了位错密度;α和β两相比例未发生显著变化,适当的比例在变形过程中有利于两相相互抑制长大.置氢后超塑变形机制与未置氢相同,主要为界面的滑动和晶粒的转动,而位错的运动及动态再结晶为其协调机制.     

置氢Ti-6Al-4V合金组织演变及其对切屑形成的影响

利用金相显微镜、X射线衍射仪和SEM对置氢Ti-6Al-4V合金材料微观组织及切屑形貌进行了观察分析,通过室温压缩实验测试置氢钛合金力学性能,探讨了置氢Ti-6Al-4V组织、力学性能与切屑形态之间的联系,研究了置氢Ti-6Al-4V合金组织演变及其对切屑形成的影响.结果表明:氢含量为0.6wt%时,钛合金置氢炉冷后组...     

置氢TC16钛合金微观组织与变形行为

通过置氢处理得到不同氢含量的TC16钛合金,采用连续升温法研究了氢含量对TC16钛合金相转变温度的影响,利用光学显微镜研究了置氢TC16钛合金的微观组织,应用准静态压缩试验研究了置氢TC16钛合金的变形行为,通过磁脉冲冷镦试验研究了高应变速率下合金的变形行为。结果表明,TC16钛合金相变温度随氢含量的增加而单调递减,当氢含量达到0.30wt.%时,相变温度大约下降150℃;置氢TC16钛合金微观组织发生变化,低氢时出现了马氏体组织,高氢时主要由等轴β相组织构成;置氢TC16钛合金的应变速率敏感性增加,随着变形速率的提高,其变形性能得到改善,在高应变速率条件下压缩变形极限大于86%,通过冷镦试验制备了表面完好的托板螺母,对变形行为进行了验证。     

匀强电场作用下纯铝在480 ℃的拉伸变形行为

从晶体的位错结构出发,研究了电场对纯铝在480℃变形时的作用机理;用光学显微镜和扫描电镜对材料的显微组织和断口形貌进行了分析。结果表明:外加电场可以降低纯铝高温变形时的屈服强度和塑性变形的流变应力,降低了变形时晶粒内的位错密度;同时外加电场有效地抑制了变形时空洞的形成,提高了断裂伸长率;施加匀强电场的强度和极性对于纯铝高温变形过程中位错运动的影响不同。     

泡沫铝及其三明治结构累积叠轧制备

通过累积叠轧法制备泡沫铝.采用称重法研究泡沫铝孔隙结构,利用光学显微镜观察泡沫铝孔隙形貌.发现以TiH₂为发泡介质,当发泡温度660~680℃和发泡时间6~10 min时,利用累积叠轧法制备泡沫铝的孔隙结构特性最好.发泡温度和发泡时间的最佳值与发泡剂用量有关,TiH₂质量分数为1.5%,在670℃发泡8 min,泡沫铝的孔隙率可达到42%,孔径为0.43 mm.以制备的泡沫铝为夹芯,通过轧制复合制备了TC4钛合金/泡沫铝芯和1Cr18Ni9Ti不锈钢/泡沫铝芯三明治板.利用光学显微镜和能谱仪研究了三明治板的界面.面板与芯板间的化合反应形成了界面的反应层,界面实现了冶金结合.      

钛合金空心风扇叶片成形三维有限元分析

随着高旁路涡扇发动机在军用、民用飞机上的应用,采用超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术制造大尺寸钛合金宽弦风扇叶片已经成为涡扇发动机的一项关键制造技术.钛合金空心风扇叶片的成形过程包括3个阶段:扭转成形、热成形、超塑成形.在本研究中,为了分析空心风扇叶片的成形过程,建立了一个三维有限元模型,钛合金的变形行为符合Backofen方程.通过三维有限元模型,分析扭转速率、热成形模具下落速度、超塑成形目标应变速率、板材与模具之间的摩擦系数、芯板和面板的厚度比等参数对成形力的影响规律.研究表明,随着扭转速度、热成形模具的下落速度、目标应变速率、板材厚度比的提高,成形力将提高,而摩擦系数对成形力的影响很小.     

置氢Ti-6Al-4V合金的切屑形成过程与机制

利用金相显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜对置氢Ti-6Al-4V合金的微观组织和相组成及切屑形貌进行了观察分析,采用分离式Hopkinson压杆试验测试置氢Ti-6Al-4V合金的动态力学性能,研究氢对Ti-6Al-4V切屑形成过程及切屑形态的影响,探讨置氢Ti-6Al-4V合金的切屑形成机制。结果表明:置氢后Ti-6Al-4V合金切屑的收缩系数增加,表面层片结构尺寸减小,切屑锯齿化程度减轻;氢含量低于0.4%(质量分数)时,局部材料热塑失稳是形成锯齿切屑的主要原因,随氢含量增加,钛合金切屑的绝热剪切现象减轻,随着氢含量的进一步增加,锯齿切屑的形成是由微裂纹而致。     

基于刚黏塑性本构关系的钛合金空心整体结构成形过程三维有限元分析

建立了钛合金空心整体结构成形过程的三维有限元模型.采用刚黏塑性本构关系,基于Marc有限元程序,分析了工艺参数对成形的影响.研究表明,扭转速度的提高使扭矩仅有较小的变化;当模具速度和应变速率提高时,热成形的成形力和超塑性成形的气压将提高.随成形温度降低,成形力显著提高,当温度高于900℃时,扭转成形的扭矩、热成形的成形力和超塑性成形的气体压力随温度的变化均不明显.在有限元分析的基础上,选取合适的工艺参数制备了钛合金空心整体结构模拟件,成形后的钛合金空心整体结构件面板厚度的实测值和模拟计算值具有相同的变化趋势,两者吻合良好.     

Influence of hydrogenation on microstructures and microhardness of Ti6A14V alloy

The microstructures of Ti6A14V alloy after hydrogenation were investigated by optical microscopy（OM）, X-ray diffraction（XRD） and transmission electron microscopy（TEM）. The influence of hydrogenation on the hardness of α and β phases was analysed by microhardness testing. The influence of hydrogenation on alloying elements diffusion was studied by electron probe microanalysis（EPMA）. The microstructural observation reveals that hydride δ （FCC structure） as well as large number of dislocations precipitate in the specimens with 0.278% and 0.514% hydrogen, and a lot of twins are found in the specimen with 0.514% hydrogen, simultaneously. The result of microhardness testing shows that the hardness of a and β phases increases synchronously with the increase of hydrogen and the hardness increment of β is larger than that of a. According to analysis of EPMA, the diffusion ability of alloy elements Al and V increases after hydrogenation. It is considered that hydrogen solution strengthening and V element diffusion are the main factors causing the hardness of a phase increase with the increase of hydrogen, and the formation of δ hydrides, lattice defects, hydrogen solution strengthening and Al element diffusion jointly cause the hardness of β phase increase with the increasing hydrogen.