TA15钛合金近β变形三态组织中片状α演化规律

近β变形+热处理工艺为TA15钛合金获得三态组织提供了一种可行途径,作为三态组织的重要组成部分并决定其损伤容限性能的片状α是在近β变形和后续热处理共同作用下产生的,其演化过程十分复杂,而三态组织对各相特别是片状α的含量和形态要求苛刻。本研究采用热模拟压缩实验和定量金相实验研究了不同近β变形条件下(变形温度、变形程度和应变速率)TA15钛合金变形+高低温强韧化热处理(950℃/100 min/WQ+800℃/8 h/AC)后微观组织演化行为,揭示了组织中片状α含量和形貌的演化规律;在此基础上,以高损伤容限性能为目标,研究确定了获得满足三态组织要求并具有优异断裂性能的片状α近β变形条件区间;实验和理论分析表明:针对TA15钛合金,在所确定的近β变形区间内可以获得性能优异的三态组织。研究结果可为TA15钛合金通过近β变形工艺获得三态组织和性能优化的片状α提供指导。     

TA15ELI显微组织及损伤容限性能研究

采用一火β区热轧和一火两相区上部温度热轧获得了片状组织的TA15ELI钛合金厚板，通过两相区900℃、930℃、950℃和β区980℃退火热处理进一步调整合金显微组织和损伤容限性能，测定了不同热处理状态下合金的显微组织特征参数和室温拉伸性能、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率，分析了显微组织对损伤容限性能的影响关系。研究发现：两相区退火，随着退火温度的升高，TA15ELI钛合金组织中初始β晶粒尺寸和α集束尺寸基本不变，α片平均厚度有所增加，合金强度和塑性均有所下降，da／dN降低，KIC提高；合金在β区980℃退火较两相区退火具有更好的损伤容限性能和综合性能。     

不同工艺制备TA15钛合金管材北大核心CSCD

采用锻造法、挤压法、斜轧法3种不同工艺制备TA15钛合金管材,并对比了性能、组织、外观尺寸及生产成本等方面的差异。结果表明:3种工艺均可以制备抗拉强度为900~1130 MPa,伸长率≥9%,断面收缩率≥25%,冲击功≥28 J的TA15钛合金管材,且锻造法制备的管材的表面质量及尺寸精度较挤压法和斜轧法更好;锻造法和挤压法制备的TA15钛合金管材的显微组织为α+β双态组织,而斜轧法制备的TA15钛合金管材的显微组织为粗大的魏氏体组织;锻造法和挤压法制备的TA15钛合金管材均具有良好的强度、塑性及冲击韧性等综合性能,但加工成本较高,适用制作性能要求高的零部件,而斜轧法制备的TA15钛合金管材的塑性较差,但加工成本最低,适用使用要求低的场合。研究为根据不同需求选择合适的工艺提供了理论指导。     

热处理制度对TA15合金组织与性能的影响

研究了不同热处理制度对TA15钛合金显微组织和性能的影响。结果表明:两相区热处理时,获得了双态和等轴组织;β相区热处理,获得了魏氏组织,冷却速率决定了α片层和α集束的尺寸。魏氏组织的拉伸强度水平与双态/轴组织相当,断裂韧度较高,疲劳裂纹扩展速率较低,塑性有所降低。β相区空冷所得魏氏组织,具有中等强度水平,但断裂韧度较高,抗疲劳裂纹扩展性能最好。     

不同组织TA15钛合金等温拉伸微裂纹扩展规律的有限元建模研究

钛合金高温变形过程往往伴随微裂纹的产生与扩展,且其与微观组织形态密切相关,显著影响了钛合金的成形质量和成形极限。为此,利用金相照片建立了基于TA15钛合金真实组织的二维多晶体微观有限元模型,采用微裂纹扩展时间,定量研究了不同组织形态的TA15钛合金等温拉伸过程中的沿晶微裂纹形成与扩展规律。结果表明:微裂纹优先形成于三角或四角晶界处,更容易沿α-β相界扩展;等轴组织随着α相体积分数升高,微裂纹更易产生和扩展;网篮组织与魏氏组织中微裂纹易于沿与加载轴垂直取向的片层α相界面扩展,魏氏组织晶界α相为微裂纹扩展提供了路径;三态组织中微裂纹易于沿片层α相界面扩展,但是等轴α相与片层α相的交织使界面形貌复杂,阻碍微裂纹扩展。相同加载条件下,微裂纹扩展的难易顺序为:三态组织、网篮组织、魏氏组织、等轴组织。     

TA15钛合金魏氏组织变形局域化行为研究

对TA15钛合金魏氏组织在750、800、850、950℃,应变速率为0.001～10s~(-1)的条件下,进行了等温压缩过程数值模拟。结果表明,在压缩变形过程中变形分布不均匀,损伤值随变形温度增大、应变速率减小而减小,且损伤极值主要出现在试样的自由变形区。试样微观组织观察发现,自由变形区的微观组织中存在微裂纹及局部流动带、微孔洞等组织损伤,且损伤程度随变形温度升高、应变速率减小而减弱。     

微观组织对TA15 ELI钛合金损伤容限性能的影响

研究了TA15 ELI钛合金43 mm厚板的等轴组织、双态组织和片层组织的室温拉伸性能、断裂韧性(KIC)以及疲劳裂纹扩展速率(da/dN)等损伤容限性能,通过金相显微镜观测了疲劳裂纹在各类组织中的扩展规律,讨论显微组织对该合金损伤容限性能的影响.结果表明该合金等轴组织和双态组织的室温力学性能和疲劳裂纹扩展阻抗差别不大;相对等轴组织和双态组织而言,该合金片层组织在损失强度较小的前提下(Rm=992 MPa),合金断裂韧性提高,达到111 MPa·m1/2,同时该合金的疲劳裂纹扩展速率也大幅降低,其Paris公式拟合参数为c=1.08×10-8,n=3.23,具有更好的损伤容限性能.     

TA15钛合金零件热校形方法

研究了真空重复退火对TA15钛合金组织性能的影响;基于TA15钛合金典型零件,对其变形校正方法、校正工艺参数进行了分析。结果表明,TA15钛合金随着重复退火次数的增加,材料强度略有下降,塑性略有上升,但变化幅度不大;随退火次数增加,合金再结晶程度更加完全,残留β相的分布更加弥散,组织类型未发生变化,合金组织稳定,TA15钛合金零件可以采用热校形的方法进行变形校正。经对典型零件热校形,确定了TA15钛合金的热校形工艺参数。     

变形参数对TA15合金厚板显微组织及力学性能的影响

通过TA15合金厚板轧制的工艺研究,初步探讨变形温度和变形程度对其显微组织及性能的影响,为批量生产TA15钛合金大规格板材奠定基础。     

基于BP神经网络的TA15钛合金流动应力预测

利用Gleeble 1500热模拟机进行了TA15钛合金不同变形温度、变形程度和应变速率条件下的热压缩试验.在试验数据基础上,应用BP神经网络建立TA15钛合金高温变形本构关系.研究结果表明,通过BP神经网络得到的流动应力具有较高的精度,能够客观地反映TA15钛合金在塑性加工过程中的动态行为,具有重要的工程应用价值.