温度对热轧退火态TC4钛合金型材拉伸行为的影响

基于单向拉伸试验,研究了变形温度对TC4钛合金型材力学性能、微观组织和断口形貌的影响规律。结果表明:当拉伸速率1 mm/min时,随着温度的升高,TC4钛合金抗拉强度降低,由室温时的940 MPa降低至820℃时的183 MPa,降幅为80.5%。TC4钛合金的微观组织随温度的升高由魏氏组织向等轴组织转变,β相的体积分数从室温的15.4%增加到820℃的35.3%。试样的断裂方式由脆性断裂和韧性断裂的混合型断裂转变为韧窝聚合型延性断裂,最后变为韧性断裂。     

热等静压态TC4钛合金高温变形行为研究

在不同变形温度(T=850～1050℃)和不同应变速率(ε觶=0.001～5s~(-1))下采用Gleeble~(-1)500D热模拟试验机对热等静压态TC4钛合金进行了高温热压缩试验,分析了真应力-真应变曲线特征及热变形参数对显微组织的影响,建立适用于热等静压态TC4钛合金高温流动行为的Arrhenius方程及DMM(动态材料模型)加工图。结果表明:峰值应力随应变速率的增大及变形温度的降低而增大;显微组织随变形温度升高发生马氏体相变,随应变速率增大,β相析出次生α'相,且T=900℃、ε觶=0.01s~(-1)时获得(α+β)双态组织,表明该条件能够改善材料加工性能。误差分析表明,峰值应力计算值与试验值平均相对误差绝对值仅6.77%,证明建立的本构方程能够准确预测材料高温变形时的流动应力。加工图分析表明材料流动失稳区为T=850～950℃、ε觶0.6 s~(-1),最佳加工区间为T=850～950℃、ε觶=0.01～0.1s~(-1)。     

TC4钛合金高温氧化行为

研究了TC4钛合金在650、750、850℃的循环氧化和25~1000℃范围内的连续变温氧化的氧化行为。采用电子天平或综合热分析仪、XRD、SEM和EDS分析了合金的氧化动力学、氧化膜的物相、表面形貌、截面结构及元素分析。结果表明:650℃循环氧化和连续变温氧化动力学曲线符合抛物线规律、750℃循环氧化符合抛物线-直线混合规律、850℃循环氧化符合直线规律。氧化膜由薄而致密的Al_2O_3外层和厚而疏松的TiO_2内层组成。随氧化温度升高,氧化膜厚度增加,但出现裂纹或剥落。     

TC6钛合金的高温拉伸蠕变行为研究

通过高温拉伸蠕变实验,获得了TC6合金的蠕变应变-时间曲线,并计算了其不同应力与不同温度下的稳态蠕变速率、应力指数及在350～450℃范围内的蠕变激活能,借助OM、TEM等手段对合金蠕变前后的显微组织进行了观察和分析,并在此基础上研究了其蠕变变形机制.结果表明:TC6合金的稳态蠕变速率随温度或恒应力的增加而增大,该合金在此温度范围内的蠕变受位错和扩散双重机制的控制,晶界滑动对蠕变也有一定的作用.     

铸态TC21钛合金高温变形行为研究

以铸态TC21钛合金为研究对象,在Gleeble3500热模拟试验机上对TC21钛合金在开坯温度1000～1150℃、应变速率0.01～10 s-1的高温变形行为进行了研究.结果表明,铸态TC21钛合金流动应力随应变速率的提高和温度的降低而升高,具有温度和应变速率敏感性;β区变形激活能为196.277 kJ/mol,变形机制以动态回复为主;低应变速率下(ε≤0.1 s-1),流变曲线呈稳态流动特征,拉长的β晶粒晶界呈锯齿状,晶界处发生连续再结晶;高应变速率下(ε≥1 s-1),拉长的β晶粒晶界平直,为典型动态同复;高应变速率且温度相对较低(ε=10 s-1,T≤1150℃)时,流变曲线呈流动软化特征,原因是局部温升效应及局部塑性流动.     

TC4钛合金退火工艺研究

为了降低TC4钛合金的硬度并获得良好的加工性能,对其进行了普通退火和等温退火实验,并讨论了不同热处理工艺对TC4钛合金的显微组织和力学性能的影响。实验结果表明:两种退火工艺的影响差别不大,普通退火更适合应用于实际。     

TC21钛合金的高温动态拉伸力学行为

在应变速率为0.001～1270s-1、温度为298～1023K条件下对魏氏组织和双态组织的TC21钛合金进行拉伸试验,利用SEM对拉伸试样的断口进行观察。结果表明:TC21钛合金的拉伸力学行为存在显著的温度和应变速率相关性;当应变速率为0.001和0.05s-1的屈服应力—温度曲线存在转折点,且转折点温度随应变速率的增大而升高;当温度低于转折点温度时,相同氧含量的TC21钛合金和多晶纯钛的屈服应力具有相似的温度相关性;微观组织影响屈服应力的幅值和拉伸塑性的大小,但不影响屈服应力的温度相关性和应变速率相关性;除魏氏组织在室温0.001s-1时为穿晶和沿晶混合断裂外,其他工况下的魏氏组织和双态组织均为穿晶韧性断裂;TC21钛合金在拉伸变形过程中未出现绝热剪切带和形变孪晶。     

退火态TC2钛合金板材各向异性研究

研究了不同退火态的TC2钛合金板材不同方向取样拉伸试验的力学性能,分析了各向异性对退火态TC2板材力学性能的影响规律。结果表明:TC2钛合金板材存在明显的各向异性,对比三个不同方向可知在0°方向上的抗拉强度最大,伸长率则为最小,45°方向强度最低;不同退火态TC2板材力学性能有差异,随退火温度的升高,板材不同拉伸方向的抗拉强度和屈服强度均有不同程度的降低;随退火温度的升高TC2板材的各向异性表现不同,退火温度对板材各向异性有一定程度的影响,850℃时板材各向异性较好,强度与塑性匹配较好。     

TC4钛合金的高温压缩变形行为

在DIL805A/T热模拟机上对TC4进行了等温压缩试验,研究了该合金在变形量为55%温度为870、920、970、1020℃、应变速率为0.001~1 s~(-1)的条件下的高温变形行为。使用双曲正弦形式修正的Arrhenius关系来描述TC4钛合金高温压缩变形时最大变形抗力的本构方程。绘制出TC4钛合金的加工图,通过使用金相显微镜观察微观组织验证加工图的有效性。结果表明,应力-应变图可以很好地反映TC4钛合金在不同变形条件下的应力状态,且应力值和试验值有较好相关性(R~2=0.9006),通过观察微观组织得出在920℃、0.01 s~(-1)的应变条件下试样组织为典型的(α+β)组织,组织稳定,韧性好,高温强度高,材料加工综合性能最好。结合热加工与组织分析,TC4钛合金的最佳工艺参数是在900~950℃,0.01~0.1 s~(-1)的应变条件下。     

TC4钛合金电热拉伸变形行为有限元模拟

为研究拉伸速率和温度对TC4钛合金性能的影响,采用电-热-力完全耦合方法,运用林建国统一粘塑性本构模型,使用有限元分析软件ABAQUS,对不同温度和拉伸速率下的TC4钛合金电热拉伸过程进行模拟研究,并选取目标温度为750℃、拉伸速率为1 mm·min-1的这一组模拟结果与试验结果进行对比.对比结果显示:有限元模拟中通电...     

基于DIC方法的TC4钛合金高温拉伸试验

通过搭建基于DIC方法的高温拉伸试验系统,结合材料力学测试技术,开展了TC4钛合金高温拉伸试验,获得了TC4钛合金在23、100、200、250、300和350℃下的拉伸性能和应力-应变曲线等数据.结果表明:TC4钛合金的抗拉强度、条件屈服强度和弹性模量随着试验温度的升高而不断降低,350℃时其保持率分别为68.9％、...     

TC17钛合金高温变形行为研究

采用Gleeble 3500D热模拟试验机对TC17钛合金进行了高温压缩试验。其变形温度为973～1223 K,应变速率为0.001～10 s~(-1),应变0.9。结果表明:TC17钛合金高温流变应力对应变速率和变形温度非常敏感。在温度为1123,1183和1223 K,应变速率为10 s~(-1)时,TC17钛合金的流动应力出现了明显的应力不连续屈服现象。利用Zener-Holloman参数建立了TC17钛合金的高温本构方程,与试验结果对比表明:该方程可以准确地描述TC17钛合金的的高温流动行为。基于动态模型,建立了TC17钛合金的热加工图,并结合微观组织分析验证了加工图的准确性。     

退火态TC4/TC11异种钛合金电子束焊接头组织和力学性能研究

采用真空电子束焊接对10 mm厚的TC4/TC11异种钛合金板进行了连接,并对接头进行了退火处理,工艺为700℃保温2 h空冷。采用扫描电镜观察退火态TC4/TC11接头不同区域的组织,对接头的拉伸性能和疲劳性能进行了测试,对疲劳断口进行了观察。结果表明:退火后接头各区域组织没有发生明显变化,TC4侧的热影响区及焊缝仍然是马氏体,TC11侧热影响区仍是残余的α相和马氏体。与焊态接头相比,退火态接头的伸长率提高约41.3%,强度下降约7%,其疲劳寿命变化不大。退火态TC4/TC11接头疲劳试样大部分断裂于TC4母材。疲劳源起始于试样表面,裂纹扩展区面积较大。     

航空TC4钛合金高温力学性能

在温度200~1000℃、应变速率0.1~4 mm/min条件下对航空TC4钛合金进行高温拉伸试验,研究了拉伸温度和应变速率对钛合金力学性能的影响。采用金相显微镜和SEM进行微观组织及形貌观察、使用显微硬度计进行硬度测试,并用XRD进行物相分析。结果表明:随拉伸温度的升高,该合金的屈服强度和抗拉强度线性降低;伸长率先升高后降低;高温断口呈现蛇形滑移微观形貌,白色絮状物为钛的氧化物;硬度呈折线性变化趋势。随拉伸速率的增大,屈服强度和抗拉强度增大,伸长率先增大后减小。     

TC4钛合金型材挤压过程有限元模拟

利用有限元软件Deform-3D对TC4钛合金L型截面型材的挤压过程进行了模拟。研究了挤压速度对型材成形的影响,分析了挤压过程中型材的应力应变分布。结果表明,L型型材截面拐角处变形量最大,是挤压过程中易于产生缺陷的危险区域。此外,通过微观组织观察验证了有限元模拟的准确性。     

脉冲电流频率对退火态TC4钛合金耐腐蚀性能的影响

通过盐雾测试和微观分析研究了不同频率的脉冲电流处理对于退火态TC4钛合金耐腐蚀性能的影响规律。结果表明:盐雾对TC4钛合金的主要腐蚀方式为点腐蚀,随着脉冲电流频率的增加,TC4钛合金的耐腐蚀性能呈现出先变好后变差的趋势,其中获得最优耐腐蚀性能的脉冲频率为200Hz,此时的电压为50V,通电时间为1min,在该条件下处理得到的TC4钛合金耐腐蚀等级可达到9,而未经处理的原始退火态TC4钛合金耐腐蚀等级仅为5。再结晶和相变决定了TC4钛合金脉冲电流处理前后的耐腐蚀性能。     

TC21钛合金双重退火组织演变行为研究

针对TC21钛合金,基于JMatPro软件模拟出合金等温转变曲线,并依据等温转变曲线制定合金在热变形后的双重退火热处理制度,并分析其组织演变规律。结果表明,当变形条件一致,合金在不同温度下退火后,组织中析出了片状的α相,随着温度升高,析出的α相尺寸也变大;当退火温度超过相变点后,由于过热原因,组织中形成了魏氏体组织。合金经二次退火后,除了生成网篮组织,还保留了退火前的一些组织特征;最后通过SEM观察合金双重退火后的组织,可知在β基体上析出了形状细小的次生α相,且随着温度的升高尺寸变大,这对合金的组织性能有一定的影响。     

TC4钛合金高温变形行为及其流动应力模型

研究变形工艺参数对TC4钛合金高温变形行为的影响.热模拟压缩实验时选取的变形温度为1 093～1 303K:应变速率为0.001～10.0/s;变形程度为60%.结果表明:TC4钛合金在变形开始阶段,流动应力随应变的增加迅速增加,当应变超过一定值后,流动应力开始下降并逐渐趋于稳定,出现稳态流动特征;变形温度升高和应变速率减小使TCA钛合金高温变形时的稳态应力和峰值应力显著降低;应变速率和变形温度会影响TC4钛合金进入稳态变形时变形程度的大小.利用多元回归分析建立TC4钛合金在高温变形时的流动应力模型,模型的计算值与实验数据的平均相对误差为6.25%,该模型较好地描述TC4钛合金在高温变形过程中的流动行为.     

TC4钛合金高温压缩变形行为与组织演变

利用Gleeble-3500热/力模拟试验机进行不同变形参数(变形温度和应变速率)下的高温热模拟单向压缩试验,对得到的真应力-真应变曲线进行分析,研究了不同变形工艺参数对TC4钛合金单向压缩时真流动应力及其压缩组织的影响。通过对变形后试样的金相组织观察,研究了材料在高温变形过程中的动态再结晶和回复过程。结果表明,流变应力随着应变的增加而迅速增大至最大值,随后开始缓慢降低,最后趋于稳定。随着变形温度升高,晶界破碎化程度逐渐增大,条状组织减少,组织中的次生α相含量逐渐增加。     

TC16钛合金的高温塑性变形行为研究

针对TC16钛合金,进行等温恒应变速率高温压缩变形试验,研究该合金在700~950℃,应变速率为1~10s~(-1)条件下的应力-应变及组织演变,通过应力-应变曲线建立了合金的流变应力方程,并利用其应变硬化率θ与应变ε的θ-ε曲线确定其发生动态再结晶的临界应变ε_c。结果表明,当应变速率一定时,流变应力在700~850℃温度区间变形时比850~950℃变形时的递减幅度大;当合金变形量达到50%时,在较高应变速率(如6)ε=10s~(-1))下变形,可使组织中的再结晶晶粒尺寸进一步细化。