大型TC18钛合金棒材多火次锻造过程的织构演变模拟

使用了一种多尺度耦合的方法来预测织构。首先采用宏观有限元方法,模拟了TC18钛合金棒材在接近实际工艺条件下的多火次锻造过程,并得出了在锻造过程中棒材芯部与边部的等效应变及剪切应力σ_XY分布不均匀的特征。然后,通过宏观有限元模型与介观粘塑性自洽模型（VPSC）多尺度耦合的方法模拟得到了锻造过程中棒材芯部和边部织构的演变情况。结果表明,六方锻造方式使棒材芯部由｛110｝<112>织构过渡到｛111｝<110>织构,并由｛110｝<110>织构过渡到｛111｝<110>织构。整个锻造过程中即是｛111｝型织构与｛110｝型织构相互转变的过程。这种过渡织构在极图中呈现出类似于剪切织构的特点,经分析：这种织构并非是剪切织构,而是锻造过程中由六方锻造方式和｛110｝、｛111｝型2类织构间的相互转变共同作用下形成的。经过棒材的形变过程,边部形成了｛100｝和｛111｝型2种织构。通过对比发现,六方锻造方式不仅不易生成｛100｝型织构,而且有利于｛100｝型织构的减弱和消除。拉伸试验结果表明,六方锻造样品的力学性能均达到标准要求。     

大规格TC18钛合金棒材多火次锻造中β相织构演变规律

对大规格TC18钛合金棒材进行了10火次锻造。选取构成"高-低-高-低"一个锻造循环的4个代表性火次,利用电子背散射衍射(EBSD)技术对棒材中心到边部β相的取向特征进行了研究。结果表明,通过对多火次锻造过程中温度参数和形变参数的配合设置,使得锻造循环完成后中心到边部<100>织构极大弱化,并获得了受力时表现为高强度的有利织构<110>与<111>。950℃对应TC18钛合金棒材锻造时β相的再结晶温度,β相的再结晶织构接近随机织构。在低于950℃锻造时,不同火次下中心区均出现<110>和<111>织构,这是拔长织构和拔长后保留下来的墩粗织构。边部的形变织构为<100>和<111>,这是边部因拔长时形变相对较小而保留墩粗时的压缩织构,并且随着锻造火次的增加,<111>织构比例增多,保证了边部的高强度。     

锻态TC18钛合金棒材中b相组织和织构特征研究

针对a/b型TC18钛合金大型锻棒中心与边部的性能差异,利用EBSD技术研究了b相的组织差异、织构差异及形变程度差异,并考察了b相的这些差异对遵循Burgers关系的ap相取向及球化速率的影响.结果表明,锻态TC18钛合金中的b相处于不同程度的形变状态,随位置不同而具有不同的织构,中心位置b相具有再结晶织构100的特点,并且存在显著的晶粒尺寸不均匀性,这些因素对中心与边部的性能差异有主要贡献.ap相的球化过程主要在b相晶内亚晶界上完成,前期随形貌由片状向方块状的变化,取向关系变化很小;后期向球形过渡时,取向关系偏差较大.b相晶粒内的取向差是衡量加工硬化对强度贡献的有效参数,而a/b两相的取向关系与理想Burgers关系的偏差是揭示球化速度和形变b相晶粒回复程度的有效参数.     

大型TA19钛合金棒材形变及相变织构模拟

密排六方结构相具有显著的各向异性特征,室温时TA19钛合金棒材中一次α相含量占70%以上,因此α相织构对TA19钛合金棒材力学性能的好坏起主要作用,有效的织构预测能够大大地降低生产成本,提高生产效率;也能帮助确定织构形成机制。本文采用宏观有限元模型和介观粘塑性自洽模型(VPSC)多尺度耦合的方法,并考虑β→α相变过程,模拟了大型TA19钛合金棒材接近实际工艺条件下的锻造过程。首先模拟得到了相变点以上棒材心部、R/2和边部的β相形变织构;然后通过分析不同位置的β相织构特征,根据Burgers取向关系得到了棒材冷却过程中发生β→α相变时不同的变体选择规律,得到α相相变织构;最后结合相变后棒材心部、R/2和边部的α相织构特征,分析了不同初始取向的α晶粒在不同滑移系开动时的取向变化,并模拟得到了最终的α相形变织构。通过最终模拟结果与实际锻造结果对比,发现两者吻合良好。说明本模型对钛合金棒材锻造过程中形变及相变织构的预测具有良好的可靠性,这对钛合金锻造棒材中织构的控制与调整具有重要意义。     

TC18钛合金大规格棒材锻造工艺

TC18钛合金是一种高强、高韧钛合金。本文通过对TC18钛合金铸锭经β区加热、开坯锻造,然后采用3种不同锻造工艺在单相区或α+β区进行多火次锻造,从而得到φ400mm棒材,并对所得棒材进行相同热处理后,对获得的显微组织、力学性能等检测结果进行对比分析研究。结果表明采用工艺三所获得φ400mm棒材组织均匀性和晶粒细化程度均优于其他两种方案;采用工艺三所获得φ400mm棒材在保证塑性指标的前提下,强度、断裂韧性指标最高,且断裂韧性指标增加明显,因此,其综合性能最好,完全满足标准及用户使用要求。     

TC11钛合金盘形件锻造过程的有限元模拟

在建立动态接触边界条件的通用处理方法的基础上，采用刚粘塑性有限元法模拟了ＴＣ１１钛合金盘形件的锻造过程。     

刚粘塑性有限元法模拟TC4钛合金锻造过程

本文通过大量Ｇｌｅｅｂｌｅ－１５００热模拟实验机上压缩实验，拟合出ＴＣ４钛合金的高温本构模型，采用自行构造的函数产生有限元模拟的非均匀初始温度场。对ＴＣ４钛合金自由锻造过程进行，屡科学制订工艺，提供了重要参考数据。     

TC18钛合金模锻件锻造成形工艺仿真

采用Deform-3D有限元软件对TC18钛合金模锻件锻造成形过程进行了数值模拟仿真,研究比较了锤锻和液压机模锻两种成形方式的不同.研究结果表明:TC18钛合金模锻件锤锻变形时过热倾向更加明显,锤锻锻件的最高温度比液压机模锻高70℃左右,必须严格控制锻造过程中的温升;锤锻的有效应力分布很不均匀,锤锻锻件的平均有效应力比液压机模锻大30MPa左右,并且存在严重的应力集中区域,而液压机模锻的有效应力变化较为平缓;相比液压机模锻,锤锻锻件的最大和最小有效应变的差值减小了26％,锤锻锻件的变形均匀性得到了改善.     

TB6药型罩锻造过程的织构模拟及与铜和钽锻造的对比

本文模拟了药型罩用TB6钛合金在不同锻造工艺下的织构形成规律,并利用钽与铜的模拟结果对比。首先通过有限元方法模拟分析了TB6钛合金四方拔长过程中不同部位温度、等效应力和等效应变的差异,之后利用VPSC(粘塑性自洽模型)模拟不同材料锻造工艺下的织构演变规律并进行对比分析。结果表明,体心立方β相和钽中心织构与边部存在较大的不均匀性,面心立方铜织构类型波动较小;多边拔长有利于弱化四方拔长过程中产生的平行于轴向的{110}强织构;压缩型织构在以后的拔长过程中依旧可以保留。     

钛合金开坯锻造过程的有限元模拟

运用弹塑性有限元方法对钛合金开坯锻造过程进行三维热力耦合模拟,分析不同条件下各过程中温度、应力和应变的空间分布变化规律.模拟研究发现,道次变形量对开坯效果有着重要影响,变形量太小则会产生搓皮现象;连续锻造过程中两锤之间的重叠对应变分布及坯料质量有着重要影响,接缝处表面附近应变较大,而芯部应变较小,非接缝区域应变分布与之相反,应调整锻锤重叠区域以提高产品质量;方坯锻造应力应变有叠加效应,控制不当将影响产品质量甚至导致缺陷.在综合讨论分析的基础上,对钛合金开坯锻造工艺设计提出调整建议.     

叶片用小规格TC4棒材的组织和织构研究

采用径锻加工方式制备叶片用Φ30 mm的小规格TC4合金棒材,并使用金相显微镜、XRD衍射仪及电子背散射(EBSD)技术研究棒材边部到心部的显微组织、物相组成和微观织构,并分析组织和织构对棒材力学性能一致性以及超声探伤杂波水平的影响。结果表明,径锻棒材内部晶粒得到充分细化,从边部到心部晶粒尺寸逐渐增大,径锻棒材的β转变片层组织被破碎。棒材中含有少量等轴状β相晶粒,分布在α_p的晶界和β转变组织中。棒材边部为■板织构,R/2和心部为■轴向的丝织构,且棒材的织构强度从边部到心部逐渐减弱。棒材抗拉和屈服强度的变异系数仅为0.24%和0.29%,具有优异的一致性。径锻加工小规格TC4棒材的超声波杂波水平为Φ0.8～9 d B,相对于轧制棒材杂波升高,这与径锻棒材显微组织不均匀区域的晶体取向变化有关。     

双重退火对TC18钛合金等温锻件组织性能的影响

研究了双重退火时不同的退火温度对TC18钛合金等温锻件组织性能的影响。结果表明:随着高温退火温度的升高,初生α相含量明显减少,次生片状α大量增加,合金的强度提高,塑性降低。随着低温退火温度的升高,细小弥散的次生α相不断长大粗化,合金强度不断降低。TC18钛合金等温锻造后采用830℃×2h,炉冷至750℃×2h,空冷+570℃×4h,空冷的双重退火工艺时,可得到较佳的显微组织和良好的综合性能。     

TC4钛合金膝关节胫骨平台锻造防护润滑技术研究

介绍了玻璃基锻造用防护润滑剂的技术参数要求、设计原则和FR系列防护润滑剂,研究了适用于TC4钛合金人工膝关节胫骨平台锻造的玻璃基防护润滑剂的组分配比、性能及涂敷厚度,解决了TC4钛合金人工膝关节胫骨平台锻造的防护润滑问题。     

TC4钛合金绝热剪切带的微观组织及织构

应用电子背散射衍射技术(EBSD)研究TC4钛合金绝热剪切带(ASB)的微观组织及其织构演化。原为等轴组织的小圆柱试样用Gleeble-3500热模拟试验机以相对低的应变速率热压缩获得ASB。结果表明,试样组织由基体、过渡区和ASB组成。基体为等轴α晶粒和晶粒间的β相;过渡区为内部包含亚晶的1~4μm宽的拉长组织;试样中心ASB由0.2~0.7μm的再结晶晶粒组成;接近试样边缘ASB存在剧烈拉长的条状组织、大量的亚晶和再结晶晶粒。极图表明,基体具有较强的{0001}1010织构;过渡区包含{1010}1120和{1122}1123织构;中心ASB没有取向集中;接近试样边缘ASB为{1120}1010织构。     

TC18钛合金SHCCT曲线的测定

采用金相法测量了TC18钛合金相变温度,利用L78 RITA型快速加热热膨胀仪,通过热膨胀法测定了不同焊接冷却速率下TC18钛合金的膨胀量曲线,结合金相分析和硬度测试,得到了不同冷却速率下试样的显微组织和硬度,测绘了TC18钛合金的焊接条件下的CCT曲线。结果表明：TC18钛合金的相变温度为（855±5）℃;随着冷却速率增加,析出α相的数量逐渐减少,且由片层状向团簇状结构转变。当冷却速率低于0.8 ℃/s时,α相以片层状形貌析出,当冷却速率高于0.8 ℃/s时,α相以团簇状析出,且析出的片层或团簇状颗粒均随冷却速率的增加而细化;当冷却速率超过10.0 ℃/s后,亚稳β相的转变受到抑制,基本上被完全保留下来。     

锻造工艺对TC11饼材显微组织和性能的影响

采用3 t锤及1250 t压力机两种不同设备及自由锻工艺制取了TC11钛合金饼材,并分别测试了其室温和高温力学性能及超声波杂波水平。研究结果表明:两种锻造工艺所制得的TC11钛合金饼材性能均符合要求,组织均为等轴α+片状α的双态组织或长条α+片状α组织,但后者晶粒较细且组织均匀性较好;在1250 t压力机上生产的TC11钛合金饼材室温和高温抗拉强度分别比3 t锤上生产的分别高出50和20 MPa左右,屈服强度高20 MPa左右,而伸长率、断面收缩率基本持平;在1250 t压力机上生产的TC11钛合金饼材比3 t锤上生产的饼材超声波杂波水平低3 d B。因此在1250 t压力机上生产的饼材性能比在3 t锤上生产的饼材性能更加优越。     

不同铸型对TC4钛合金的微观组织、织构和持久性的影响

研究不同铸型成型下TC4钛合金的微观组织、织构和高温持久性能,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等观察和分析TC4钛合金的显微组织与持久性断裂行为。结果表明：不同铸型工艺TC4钛合金的物相均为α相、β相和ω相组成,其中主要物相为α相(90%左右)。与石墨型相比,陶瓷型有利于β→α相变,α相高出5.3%,晶粒平均直径大(d_mean=37.021μm),晶界较少,晶粒均匀相对稳定,当α相比例增大时,材料强度减小,塑性升高。同时陶瓷型织构强度高,取向明显,织构类型为{11-20}<1-100>,与Y方向呈现约45°的夹角,进一步验证了试样在(101)、(002)、(101)峰强增加的原因,与织构的形成有关;陶瓷型试样的高温持久性优于石墨型,在温度(400℃、430℃、460℃)下,持久性应力断裂寿命分别提高了1.174%、15.401、6.998%,均为韧性断裂,其微观形貌为韧窝花样。此外,温度直接影响TC4钛合金的持久寿命,随着温度升高,TC4钛合金的应力断裂寿命逐渐降低。     

Relationship among forging technology, structure and properties of TC21 alloy bars

1INTRODUCTIONNew alloys have been developed for variousdemands[1].Advanced titanium alloy with highstrength and toughness is one of the i mportant de-velopment directions in the related area[2].TC21titaniumalloy is a new(α+β)high strength andtoughness alloy that belongs to Ti-Al-Sn-Zr-Mo-Cr-Nb-Si system.This alloy was patented inChina[3],and quite promising for the structuralparts of advanced aircraft.Several papers describedits characteristics recently[46].Though forgingtechniques…