TC11钛合金的真空渗碳工艺

研究了TC11钛合金经过不同温度、压力和时间真空渗碳后的渗层深度、表面硬度和显微组织。结果表明,提高温度、压力和延长时间可增加TC11钛合金渗碳层深度及表面硬度。TC11钛合金在1100 ℃×1.6 kPa×60 min条件下渗碳后,渗层深度约为0.25 mm,表面硬度约为470 HV0.2。     

热工艺对TC6钛合金显微组织的影响

研究了轧制温度和热处理工艺对TC6合金显微组织的影响,找出了轧制温度和热处理工艺与合金显微组织的联系规律,结果表明轧制温度和热处理温度选择在880℃左右得到等轴组织,在下两相区轧制后进行固溶处理将有一个较宽的显微组织选择范围.     

表面强化对工业纯钛显微组织的影响

工业纯钛经喷丸,滚压强化后,疲劳强度得到不同程度的提高,逐层TEM亚结构对比分析结果表明,工业纯钛疲劳强度的提高和强化层组织中孪晶的形成有关,工业纯钛疲劳前后组织中主要是位错数量的变化,而强化试样疲劳前后组织的结构既有位错,孪晶数量的变化,又有孪晶－晶界,孪晶－孪晶之间的交互作用,喷丸较滚压强化效果显著的部分原因是表层形成了准孪晶栅栏。     

渗碳工艺下纯Ti板显微组织及晶粒长大动力学

研究不同渗碳工艺对纯Ti板微观组织和表面强化的影响,分析了晶粒长大阶段动力学特征。根据不同热处理温度(600、700、800℃)及时间(3、6、9h)下光学显微组织的转变规律,纯Ti板渗层硬度随渗碳温度升高和保温时间延长的变化趋势,确定500℃+1h真空预处理和700℃+6h渗碳处理为较佳渗碳工艺。分析了长大阶段晶粒平均尺寸变化,计算不同温度下晶界迁移速度,确定长大动力学时间指数和晶粒长大激活能分别为0.5、72.02kJ·mol-1,表明晶粒长大阶段激活能主要由空位激活能和晶界扩散激活能共同作用引起。     

渗碳时间对梯度硬质合金显微组织和抗弯强度的影响

采用预烧结-后续渗碳的方法制备钴相呈梯度分布的硬质合金,通过对试样显微组织的观察和抗弯强度的测试,研究渗碳时间对梯度硬质合金显微组织和抗弯强度的影响。结果表明:试样富钴层钴相含量随渗碳时间的延长而增加,试样的抗弯强度随渗碳时间出现了峰值现象,即当渗碳时间少于140min时,试样的抗弯强度随渗碳时间的增加而增加,在渗碳处理140min时出现最大值,当渗碳160min后,试样的抗弯强度开始下降。分析认为,富钴层中金属钴的良好塑性变形能力能有效地吸收来自外部裂纹扩展的能量,提高合金的抗弯强度,同时当渗碳时间过长时(超过140min),WC与η相晶粒出现了聚集长大,造成钴相分布不均匀,并局部形成Co池,导致试样抗弯强度的下降。对于直径为10mm的矿用梯度球齿,其合理的渗碳时间应控制在120～140min。     

退火温度对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

对TC4钛合金分别进行了920℃、940℃、960℃、980℃保温1 h空冷的退火,随后进行了金相检验、拉伸试验和拉伸断口分析,以揭示退火温度对合金显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：不同温度退火的TC4合金组织主要由初生α相和次生α相组成,随着退火温度的升高,初生α相含量减少;随着退火温度的升高,合金的强度升高,塑性降低,980℃退火的合金抗拉强度和屈服强度最高,为973 MPa和961 MPa,而塑性最差,断后伸长率为2%,断面收缩率为8%;在920℃和940℃退火的合金拉伸断口有大量韧窝,具有韧性断裂特征,960℃和980℃退火的合金拉伸断口韧窝数量明显减少,出现明显的撕裂棱和解离台阶,具有韧-脆性断裂特征。     

渗碳时间对TC4钛合金显微组织和强化效果的影响

研究了渗碳工艺对TC4钛合金表面渗碳层组织、组成相及强化效果的影响,特别对不同的渗碳时间对渗碳层厚度、微观组织、相组成及其形成机理进行了深入的探究。结果表明:钛合金表面经渗碳后均形成Ti C陶瓷层+扩散层。表面呈众多胞状结构、小沟槽及纳米微孔的形貌特征,微观组织为众多取向各异、亚微米级的Ti C相晶粒。随着渗碳时间的延长,渗碳层厚度明显增加,经3h渗碳后能获得均匀且致密的Ti C陶瓷层。Ti C陶瓷层硬度高达1195 HV0.2,可有效提高钛合金的表面硬度和耐磨性。     

高能喷丸时间对TC4疲劳性能的影响

采用离心式喷丸机对TC4圆棒试样进行高能喷丸表面纳米化,研究了TC4表面纳米化及其对疲劳性能的影响,并进行了旋转弯曲疲劳试验;同时,通过SEM观察、硬度测试和XRD分析等对高能喷丸工艺提高疲劳极限的效果、表面损伤的影响等进行了分析.结果表明:采用离心式喷丸机进行高能喷丸使TC4材料的表面晶粒细化到18～22nm,并有效地提高了其疲劳极限;随喷丸时间延长,晶粒尺寸进一步减小,但表层损伤程度加大,如何降低表面损伤,是高能喷丸提高疲劳极限的关键因素.     

喷丸强化对TC4-DT钛合金组织性能的影响

研究了喷丸强化对TC4-DT钛合金材料组织的强化效果;采用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜分析材料喷丸强化层.分析研究了喷丸强化处理前后的显微硬度和表面粗糙度.结果表明,随喷丸强度增大,材料表面塑性变形程度增大,喷丸强化表层有大量高密度位错和变形带;硬度和粗糙度都随喷丸强度的增加而增大.     

高能喷丸后TC4合金表面组织性能研究

利用高能振动喷丸法对TC4钛合金进行了表面细化的研究。用光镜、扫描电镜、透射电镜和硬度计等手段分析并研究其表层变形层金相组织、晶粒尺寸及显微硬度。结果表明,TC4钛合金经高能喷丸处理后,材料表面形成一定厚度的细化晶粒组织,且喷丸强度越高,表层平均晶粒尺寸越细、形变层越深;高能喷丸处理后,随距被处理表面距离增加,硬度增加程度越来越小,随喷丸时间延长表面硬度有增加趋势。     

喷丸结合振动光整加工工艺对钛合金疲劳性能的影响

目的提高钛合金的疲劳性能。方法采用喷丸结合振动光整加工工艺对TC4钛合金进行了表面加工处理。对未加工试样、经过喷丸处理后的试样和经过喷丸与振动光整加工工艺处理后的试样,分别进行了表面粗糙度、表面层残余应力测试,并对三种状态下的试样进行了旋转弯曲疲劳试验。对比了不同工艺处理后试样的表面粗糙度、表层残余应力及疲劳强度。结果与喷丸工艺相比,采用喷丸结合振动光整加工工艺对试样进行处理后,试样的表面残余压应力值提高了39 MPa,残余压应力峰值、残余压应力层的厚度略有降低。喷丸结合振动光整加工工艺在不明显改变试样残余压应力场的条件下,使试样的表面粗糙度得到大幅降低。疲劳试验结果表明,喷丸工艺使TC4钛合金的疲劳强度提高了16.3%,喷丸结合振动光整加工工艺使TC4的疲劳强度提高了23.8%,比喷丸后TC4钛合金的疲劳强度高出7.5%。结论在喷丸工艺的基础上,喷丸结合振动光整加工工艺通过改善TC4钛合金的表面完整性,使TC4钛合金的疲劳强度得到进一步提高。     

TC4在不同温度下固态渗碳化硼研究

为改善钛及钛合金的表面性能,研究了TC4在不同温度下固态渗碳化硼后的渗层显微组织及硬度.结果表明:渗层表面为致密分布的化合物层,而在基体内部则形成沿晶界分布的板条状或等轴状的颗粒扩散层;表面碳化硼处理可显著提高TC4的表面硬度,而且由表及里具有良好的硬度梯度;断口形貌分析发现材料由韧性断裂转变成脆性断裂.该工艺设备简单,操作方便,效率高,成本低.     

TC4侧铣表面完整性对试件疲劳性能的影响

目的 提升钛合金的抗疲劳性能,丰富典型航空难加工材料疲劳失效的基础理论,为实际航空结构件的抗疲劳制造提供参考。方法 以TC4钛合金为研究对象,采用单因素实验法,通过侧铣及试件疲劳性能测试,对比分析了铣削参数（包括铣削线速度vc、每齿进给量fz及径向切深ae）对表面完整性及表面完整性各指标（主要包括表面粗糙度、表面显微硬度及表面残余应力等）对试件疲劳性能的影响规律。结果 表面完整性的测量结果显示,表面粗糙度随fz和ae的增加而增大,随vc的变化不显著;表面显微硬度随fz的增加而增大,随vc和ae的增加而减小;同时,加工表面均呈现残余压应力状态,且表面残余应力的幅值随vc的增加而减小,随ae的增加呈先增大后减小的变化,随fz的变化不明显。试件疲劳性能测试的结果表明,表面显微硬度是影响TC4钛合金试件疲劳性能的主要因素。结论 在实验条件下,随着表面显微硬度的增加,试件的疲劳性能逐渐提升,并且当vc=20 m/min、fz=0.08 mm/z和ae=0.1 mm时,试件的疲劳性能最佳。     

TC4钛合金热氧化层微米压痕/划痕试验研究

采用微米压痕实验测试了氧化层的硬度、弹性模量,研究了热氧化工艺对TC4钛合金表面热氧化层力学性能的影响;通过微米划痕实验考察了氧化层的临界荷载以及划擦行为.结果表明:热氧化处理后TCA表面生成由金红石TiO2和少量Al2O3所组成的氧化层,钛合金表面硬度和弹性模量显著增加,弹性模量与硬度的比值降低,表明热氧化工艺可改善钛合金的耐磨性.长时间的高温氧化可以增加氧化层的厚度,但在划擦过程中氧化层发生两次脱落,表明氧化层由外表层和次外层组成,外层结合力差,易发生一次脆性剥落.内层与基体的结合强度较高,但在较大载荷作用下会产生微裂纹,导致氧化层的二次剥落.     

钛合金TC4电解加工表面质量的试验研究

钛及其合金在航空和宇航工业中有重要的作用,但在电解加工过程中存在着特殊性.其特殊性体现在:加工表面易形成钝化膜使加工困难以及非加工表面易形成点蚀影响表面质量.对钛合金TC4进行了电解加工试验,对样件进行了分析、比较并研究了影响表面质量的工艺因素.结果表明:采用脉冲电源,选择浓度合适的NaCl电解液和恰当的电参数加工能获得较好的表面质量.     

改善低氧TC4-LC及重熔TC4钛合金性能的热处理工艺

通过显微组织分析和力学性能测试,研究了退火、固溶、固溶+时效、β热处理等热处理工艺对自产低氧TC4-LC钛合金和重熔的高氧TC4钛合金组织和性能的影响。结果表明,氧含量对合金力学性能的影响显著,相同成分下力学性能取决于微观组织;热处理只能在一定程度上提高低氧TC4-LC合金的力学性能,不能满足TC4钛合金的力学性能要求;重熔TC4钛合金经不同制度热处理后,强度大幅度提高,塑性除退火处理后有所提高,其它热处理不同程度降低,退火和固溶+时效处理后的力学性能均可以满足TC4钛合金力学性能的要求。     

喷丸工艺对TC4钛合金梯度纳米晶结构的作用规律

目的通过改变喷丸的压力或时间,在钛合金表面制备出剧烈塑性变形(SPD)层较厚、硬度较高的梯度纳米晶结构。方法改变喷丸压力(0.3~0.6 MPa)或喷丸时间(15~60 min),调控TC4钛合金表面梯度纳米晶结构的变形层厚度和纳米晶晶粒尺寸。利用金相显微镜观察塑性变形层截面的组织形貌,通过X射线衍射仪(XRD)和透射电子显微镜(TEM)确定喷丸表面纳米晶的晶粒尺寸,通过显微硬度计对塑性变形层的截面硬度进行研究。结果一定喷丸压力(0.6MPa)下,SPD层和总变形层厚度分别在喷丸25、30 min时达到饱和值78μm和143μm。一定喷丸时间(25 min)下,SPD层和总变形层的厚度随喷丸压力的增加而增厚,在0.4 MPa时达到饱和,分别为78μm和120μm。当SPD层厚度进入饱和阶段后,表层晶粒大小和硬度强化程度都趋于稳定;在0.6 MPa下,当表面α相细化至稳定阶段时,晶粒尺寸为30~90 nm,表面硬度提高约30%。结论喷丸SPD层及总变形层的厚度随喷丸时间的延长或喷丸压力的增大而增厚,当SPD层厚度趋于饱和后,表面晶粒尺寸和硬度强化程度都已饱和。