石墨烯增强钛基复合材料制备工艺与性能研究

以多层石墨烯为增强体,通过熔炼锻造(MF)和粉末冶金(PM) 2种工艺分别制备出规格为Φ10 mm的石墨烯增强钛基复合材料棒材。石墨烯在凝固过程中以TiC枝晶形态析出,变形后呈细小颗粒,其中Ti和C原子比约为2∶1。石墨烯和球形钛粉经过机械合金化和变形加工,在基体中反应形成薄片层。MF工艺对应的棒材拉伸强度可达476 MPa,延伸率保持在28%; PM工艺对应的棒材拉伸强度可达487 MPa,延伸率保持在30%。PM工艺可形成尺寸较小的薄片状石墨烯增强体,强化作用提升,同时塑性没有显著下降。     

真空自耗电弧熔炼过程中搅拌线圈参数对TC17铸锭成分和组织影响的数值模拟与实验验证

采用MeltFlow VAR软件建立了真空自耗电弧熔炼（VAR）过程中温度、电磁、流动和溶质场的耦合模型,通过数值模拟与实验验证的方法研究了搅拌电流和周期对TC17钛合金铸锭成分和组织的影响规律。结果表明,铸锭中心的Cr元素浓度从底部逐渐升高,在铸锭头部100 mm范围内出现激增,与铸锭边缘和1/2半径处表现出不同的趋势。施加搅拌磁场,有利于铸锭心部Cr元素的降低和1/2直径处等轴晶区域宽度的减小。增加搅拌线圈电流或延长搅拌磁场的周期,可以降低铸锭心部Cr元素含量并减小1/2直径处等轴晶区域宽度。这主要是因为搅拌磁场引起的角速度,加剧了熔池内湍流的速度。采用工程化规格的TC17铸锭实物解剖可知,铸锭下部柱状晶生长方向发生扰动的位置与Cr含量上升的位置相对应,均与该位置搅拌磁场的作用相关。数值模拟结果与实验数据吻合较好。     

轧制温度对IMI550钛合金棒材组织和力学性能的影响

研究了3种轧制温度对IMI550钛合金22 mm棒材组织和力学性能的影响。实验对具有相同初始状态的原材料采用相同的轧制变形量,轧制温度分别为Tβ-60℃、Tβ-25℃、Tβ+15℃。试验结果表明:IMI550钛合金棒材经Tβ-60℃轧制后的组织为等轴组织,Tβ-25℃轧制后为双态组织,Tβ+15℃轧制后的组织为网篮组织;等轴组织、双态组织和网篮组织的室温和400℃高温拉伸强度没有明显变化,并且等轴组织和双态组织的塑性也相当,但网篮组织的塑性较差,网篮组织的蠕变性能最好,双态组织的其次,等轴组织的最差。     

轧制和热处理工艺对TC4钛合金棒材超声声速的影响

为实现对TC4钛合金棒材超声声速的控制，对比研究了轧制和热处理（包括固溶处理、固溶时效处理和三重热处理）对TC4钛合金棒材超声声速的影响。结果表明：轧制温度和变形量对TC4钛合金棒材超声声速影响较大，随着轧制温度的降低和轧制变形量的增大，超声声速逐渐降低；热处理温度和冷却方式对棒材超声声速也有一定的影响，随着固溶温度的升高和时效温度的降低，超声声速逐渐升高；与固溶时效处理相比，经三重热处理后的棒材超声声速更高，且第一重热处理采用水冷的棒材最终超声声速高于采用空冷的棒材。     

变形量对TC25钛合金饼坯组织和力学性能的影响

将Ф240 mm TC25钛合金坯料在T_β+25℃温度下保温一段时间后锻制成饼坯,研究20%、40%和60%三种典型变形量对饼坯的组织和拉伸力学性能的影响。结果表明,三种变形量的饼坯显微组织均由多个平直的束状α相互相交错形成网篮组织;随着变形量的增加,平直的束状α相减少,α相方向性减弱,长条α相尺寸减小;同时,随着变形量的增加,拉伸强度增强。     

基于内变量的Ti555211合金热变形本构模型

利用Gleeble-3800热模拟实验机,在应变速率在0.001~1 s-1以及变形温度在750~950℃范围内对Ti555211合金进行等温恒应变速率压缩实验。本工作基于位错变化密度的内变量方法建立了Ti555211合金热变形本构模型,通过真应力-真应变曲线分析了变形温度和变形速率对流变应力和微观组织的影响规律。结果表明:所建立的本构模型与实验值的平均相对误差为15.25%,相关系数为0.94277,从而为制定新型Ti555211近β钛合金锻造工艺提供科学的理论依据。     

高强WSTi544221合金组织与性能研究

研究了轧制变形量对WSTi544221合金棒材显微组织和力学性能的影响,并对Φ10 mm规格的棒材进行不同制度的固溶+时效处理,对比了不同热处理状态下棒材的组织和力学性能。结果表明,随着轧制变形量的增大,WSTi544221合金棒材的晶粒细化程度增大,强度逐渐提高,但塑性变化不大。经870℃×1 h/WC+520℃×6 h/AC固溶+时效处理后,强度与塑性可以获得良好匹配,当抗拉强度达到1 610 MPa、屈服强度达到1 531 MPa时,延伸率和断面收缩率可分别保持在12%和43%。     

基于神经元网络的热暴露对TC4钛合金拉伸性能影响预测

对TC4钛合金热处理态、200、400和500℃热暴露不同时间的拉伸性能进行了研究,并利用BP人工神经元网络方法建立了不同温度与时间热暴露下试样拉伸性能的预测模型。结果表明:大多数热暴露与拉伸测试条件下合金的强度与塑性性能并未发生严重的恶化,热暴露前后试样拉伸塑性的差值大多在±7.5%左右波动,断面收缩率最多降低了约13%。对所建立的BP人工神经网络模型预测精度的分析表明,当隐含层神经元个数为11时,该模型的预测效果最佳。该模型能够很好地预测TC4合金不同热暴露条件下拉伸性能的变化。     

轧制和热处理工艺对TC4钛合金棒材超声声速的影响

为实现对TC4钛合金棒材超声声速的控制，对比研究了轧制和热处理（包括固溶处理、固溶时效处理和三重热处理）对TC4钛合金棒材超声声速的影响。结果表明：轧制温度和变形量对TC4钛合金棒材超声声速影响较大，随着轧制温度的降低和轧制变形量的增大，超声声速逐渐降低；热处理温度和冷却方式对棒材超声声速也有一定的影响，随着固溶温度的升高和时效温度的降低，超声声速逐渐升高；与固溶时效处理相比，经三重热处理后的棒材超声声速更高，且第一重热处理采用水冷的棒材最终超声声速高于采用空冷的棒材。