Ti-6Al-4V合金高温变形热加工图的建立与分析

本文根据已有理论建立了Ti-6Al-4V合金的高温变形热加工图,分析了功率耗散效率,为保证该合金加工质量提供依据.     

Thermomechanical Behavior of Ti-6Al-4V Alloy

Ti-6Al-4V, among the Ti alloys, is the most widely used. In the present work, the behavior of Ti-6Ak-4V alloy has beeninvestigated by the uniaxial hot isothermal compression tests and a series of dilatometric experiments were also carried out todetermine the transformation temperatures at different cooling rates. Specimens for hot compression tests were homogenizedat 1050℃ for 10 min and then quickly cooled to different straining temperatures from 1050 to 850℃. Cooling rates were chosenfast enough to prevent high temperature transformation during cooling. Compression tests were conducted at temperaturesfrom 1050 to 850℃ in steps of 50℃ at constant true strain rates of 10~(-3) or 10~(-2) s~(-1). The apparent activation energy forcompression in two-phase region was calculated 420 kJ·mol~(-1). Partial globularization of cr phase was observed in the specimendeformed at low strain rates and at temperatures near the transformation zone and annealed after deformation.     

Ti-6Al-4V合金的蠕变行为及影响因素

通过T6热处理、蠕变性能测试和SEM,TEM组织观察,研究了T6处理对Ti-6Al-4V合金组织结构与蠕变性能的影响.结果表明,锻造态Ti-6Al-4V合金在400℃/575MPa条件下具有较好的塑性和较低的蠕变寿命,并具有明显的温度敏感性.T6处理可明显提高合金的蠕变激活能和蠕变抗力,与锻造态合金相比,T6处理态合金在蠕变稳态期间具有较低的应变速率,并使蠕变寿命由66h提高到548h.锻造态合金的组织结构由a β相组成,T6处理后,合金的组织结构由a相与"网篮"相组成,其中"网篮"中大量针状β相沿不同取向析出是提高合金蠕变寿命的主要原因.蠕变期间,合金的蠕变机制是双取向的位错和位错在a相内发生柱面滑移和锥面滑移.     

氢对Ti-6Al-4V合金室温压缩性能的影响

为了研究氢对Ti-6Al-4V合金室温压缩性能的影响,采用Zwick/Z100型材料试验机对置氢Ti-6Al-4V合金进行了压缩试验,并利用OM、XRD和TEM等材料分析方法对合金的微观组织进行了观察.研究表明:置氢前,Ti-6Al-4V合金由等轴的α相和β相组成,置氢后,出现马氏体组织和氢化物;随氢含量增加,马氏体和剩余β相数量增多;氢提高了Ti-6Al-4V合金的抗压强度和塑性等室温压缩性能,最大增幅分别为33.9%和56.3%;置氢Ti-6Al-4V合金抗压强度的提高主要归因于氢的固溶强化、马氏体相变强化和氢化物强化;塑性指标的提高主要是置氢合金中塑性β相数量的增多所致.     

Ti-6Al-4V合金的室温蠕变行为

研究了Ti-6Al-4V钛合金板材的室温蠕变行为及其对合金后续使用性能的影响.结果 表明:合金的宏观织构、应力水平以及预塑性应变都显著影响其室温蠕变行为.在加载方向上合金的<0001>峰值极密度越高,则其加工硬化指数越大、蠕变指数越小、室温蠕变性能越好.足够大的应力,是合金发生室温蠕变的必要条件.只有在蠕变应力不小于0...     

强迫剪切条件下Ti-6Al-4V合金的绝热剪切失效

采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)加载装置,分别用200 mm和150 mm打击杆以28 m/s速度对Ti-6Al-4V合金帽形试样进行强迫剪切实验,利用OM、SEM、TEM等手段分析了强迫剪切条件下Ti-6Al-4V合金的绝热剪切带演化特征和高应变率剪切变形条件下的失效模式。结果表明,在本文所述实验条件下,Ti-6Al-4V合金的绝热剪切带(ASB)表现为"白亮带";ASB的宽度随加载时间的延长而增加;ASB边缘的裂纹是由于ASB的变形与基体的不协调而产生的,ASB中心部位的裂纹是由于非晶形成而后破碎导致的。     

显微组织对Ti-6Al-4V ELI合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了Ti-6Al-4V ELI合金板材的显微组织对疲劳裂纹扩展速率的影响.用金相显微镜对不同热处理制度下该合金α和β转变组织的变化进行了观察分析.采用MTS-810低周疲劳试验机测试合金的裂纹扩展速率.通过Origin 6.0软件对数据进行处理并绘制裂纹扩展速率(△a/△N)与应力强度因子幅△K的关系曲线.结果表明:在Pairs区范围内,疲劳裂纹扩展速率对双态组织中初生α相含量的多少不敏感,而在近门槛区和快速扩展区,裂纹扩展速率对组织比较敏感;在本实验研究的条件下,细针编织状魏氏组织的da/dN<平直状片层组织的da/dN<双态组织的da/dN.     

增材制造Ti-6Al-4V合金组织调控研究现状

增材制造技术可实现复杂钛合金零件的快速成形,制造的Ti-6Al-4V合金具有较高的强度以及优异的高温性能,被广泛应用于航空、医疗等各大领域。综述了金属增材制造的典型工艺,分析了Ti-6Al-4V合金的相变特征,总结了选区激光熔化制造Ti-6Al-4V的力学性能和组织调控方法,着重分析了热处理温度、冷却速率、变质处理以及超声冲击等对合金组织的影响;展望了增材制造Ti-6Al-4V合金的主要发展方向。     

超塑性变形Ti-6Al-4V合金中接近重位点阵取向α晶界滑动机制的TEM研究

用 TEM 研究了超塑性变形 Ti_(-6)Al_(-4)V 合金中接近重位点阵取向(near-CSL)的α晶界,发现在部分晶界上晶界位错(GBD:)的衍衬象变得漫散,但仍然保持线状特征;某些 GBD 有局部的分解和束集反应;在α晶界与晶内亚结构的交界处,GBS 通过束集反应形成新的组态;构成晶界坎的各个界面上,GBD 排列的位向各不相同,晶界坎可向晶内发射点阵位错。     

真空高温退火对锻态Ti-6Al-4V合金显微组织与超塑性性能的影响

退火处理是改善钛合金显微组织,提高力学性能及超塑成形性能的一种重要工艺。使用真空退火炉在850℃-950℃温度区间内对锻态Ti-6Al-4V合金的进行了高温退火处理,研究了退火态Ti-6Al-4V合金微观组织演变及其在温度为900℃,应变速率为0.01 s^-1时的超塑拉伸性能。结果表明,锻态Ti-6Al-4V合金的初生α晶粒尺寸随真空退火温度的升高而减小,β相比例随真空退火温度升高而增大。当真空退火温度为910℃时,Ti-6Al-4V合金的晶粒尺寸和α相与β相分布较为均匀,其超塑拉伸试验结果表明,该合金表现出最佳的超塑拉伸性能,其拉伸延伸率达到785%,峰值应力仅为26.8 MPa。     

Ti及Ti-6Al-4V的水基凝胶注模成形研究

将凝胶注模工艺应用于金属Ti及Ti-6Al-4V合金粉末的坯体成形,研究了高固相含量的Ti粉和Ti-6Al-4V合金粉末的料浆的制备.结果表明,用凝胶注模工艺制备出了固相含量为54ψ%的钛合金粉末料浆和形状复杂的坯体;粉末的颗粒形状是影响料浆固相含量的重要因素,球形粉末配制成的浆料固相含量最高,近球形次之,片状最低;分散剂柠檬酸铵也可以显著提高浆料的固相含量.     

Hydrogen Treatment of Cast Ti-6Al-4V Alloy

This paper presents the results of an investiga-tion of the effect of hydrogen treatment onmicrostructures and tensile and low cycle fatigueproperties of a Ti-6Al-4V cast alloy.The phasetransformation and the refining mechanism of thecast microstructure during the process of hydrogentreatment were studied.It was found that afterhydrogen treatment,the coarse Widmanstttenstructure of the as-cast Ti alloy was transformedinto a very fine and equiaxed α+β microstructurewithout any GBα phase.The tensile strength andductility and the low cycle fatigue life of thehydrogen treated specimens were significantly im-proved.     

TC21 钛合金高温变形本构方程研究

目的研究变形温度、应变速率等热力参数对TC21钛合金流动应力的影响规律,并构建出TC21钛合金本构方程。方法在热模拟试验机上对TC21钛合金进行了等温恒应变速率压缩实验,分析其真应力-真应变曲线。结果获得了该合金在变形温度范围为760~920℃、应变速率范围为0.001~10 s-1的流动应力数据,采用多元线性回归法建立了该合金的本构方程。结论误差分析表明,该本构方程具有较高精度,可为TC21钛合金锻造过程中的数值模拟和锻造热力参数的合理制定提供理论依据。     

Ti-6Al-4V合金铸件拉伸性能差异原因分析

目的 研究Ti-6Al-4V合金两种不同结构铸件产品之间,拉伸性能存在着较大差异的原因。方法分别对同批次母合金浇注的两种熔模精密铸件进行化学成分分析、金相组织检查和拉伸试棒宏微观断口形貌观察。方法 分析发现,肋板和支承座铸件两者化学成分没有明显差异,断口表面未见明显冶金缺陷。金相组织检查表明：肋板的原始β晶粒尺寸和晶粒内部的α片层间距均,小于支承座的原始β晶粒尺寸和晶粒内部α片层间距。结论 分析结果表明,拉伸性能数据存在差异主要与其晶粒度和晶内片层间距差异有关,该组织差异主要由铸造工艺中不同的冷却速度引起的。通过改变取样位置,试样的拉伸强度可获得明显提高。     

Ti-6Al-4V合金热压缩过程中的动态再结晶

在变形温度为870~960℃、应变速率为5×10^-4 s^-1~5×10^-2 s^-1的条件下对Ti-6Al-4V合金进行单道次等温压缩实验,测出其应力-应变曲线并建立KM模型、Poliak-Jonas模型和Avrami模型,较为系统地描述了这种合金动态再结晶过程中的流变应力、临界应变量、组织演变动力学等的特征。将动态再结晶组织的转变体积分数引入Prasad功率耗散率模型,得到了Ti-6Al-4V合金动态再结晶过程中能量的变化规律并结合微观组织表征揭示了这种合金的动态再结晶机理。结果表明：随着变形温度的提高和应变速率的降低,Ti-6Al-4V合金的动态再结晶临界应变量减小,组织转变的体积分数增大。发生完全动态再结晶时的功率耗散率大于0.34,形核机制为位错诱导的弓出形核机制。     

Ti-6Al-4V钛合金的疲劳裂纹扩展规律

针对熔模铸造Ti-6Al-4V钛合金的等幅疲劳裂纹扩展速率和疲劳裂纹扩展门槛值进行了研究。结果表明：该钛合金CT试样的疲劳裂纹扩展门槛值高于CCT试样的疲劳裂纹扩展门槛值,同一类试样的疲劳裂纹扩展门槛值随着应力比的增加呈下降趋势;疲劳裂纹扩展速率随着平均应力的增加以及应力水平的增加而增大;根据疲劳裂纹扩展试验数据拟合了Ti-6Al-4V钛合金Paris方程和Walker方程中的相关材料参数,以为材料的使用寿命评估及损伤容限设计提供参考。     

Effect of mean stress on fretting fatigue of Ti-6Al-4V on Ti-6Al-4V

Fretting fatigue tests of Ti‐6Al‐4V on Ti‐6Al‐4V have been conducted to determine the influence of stress amplitude and mean stress on life. The stress ratio was varied from R=−1 to 0.8. Both flat and cylindrical contacts were studied using a bridge‐type fretting fatigue test apparatus operating either in the partial slip or mixed fretting regimes. The fretting fatigue lives were correlated to a Walker equivalent stress relation. The influence of mean stress on fretting fatigue crack initiation, characterized by the value of the Walker exponent, is smaller compared with plain fatigue. The fretting fatigue knockdown factor based on the Walker equivalent stress is 4. Formation of fretting cracks is primarily associated with the tangential force amplitude at the contact interface. A simple fretting fatigue crack initiation metric that is based on the strength of the singular stress field at the edge of contact is evaluated. The metric has the advantage in that it is neither dependent on the coefficient of friction nor the location of the stick/slip boundary, both of which are often difficult to define with certainty a priori.