TC4钛合金超塑性条件的初步研究

前言 等温锻造是近期来国外发展的一种新工艺。它通常利用合金在一定条件下的超塑性状态完成其锻造过程。美国普拉特·惠特尼公司已采用称为“Gatorizing”的等温锻造工艺制成了F100发动机(用于F—15战斗机的新型涡轮凤扇发动机)的压气机盘。由于这种新工艺能获得形状复杂的高精度锻件,而且可用较小吨位的液压机锻造大型锻件,因此该公司认为用“Gatorizing”法锻制钛合金件在经济上是合算的。     

细化晶粒对钛合金超塑性的影响

钛合金是一种重要的结构材料,晶粒尺寸对其超塑性能有着显著的影响,细晶或超细晶是钛合金在低温或高应变速率条件下获得优异超塑性性能的重要组织条件.概述了国内外钛合金细晶超塑性技术的研究进展,介绍了目前常用的制备细晶钛合金的方法(如大塑性变形法及氢处理技术)及其超塑性性能,展望了钛合金细晶超塑性技术未来的发展趋势.通过晶粒的细化,钛合金超塑性能及成形效率得到了极大提高,有利于实际生产中降低工具损耗和生产成本,为钛合金超塑成形技术的进一步推广和应用奠定了基础.     

TC4钛合金超塑性成形—扩散连接组合工艺研究

由于钛合金具有比强度高、耐腐蚀性好等优点,它已成为宇航工业中很有前途的一种金属材料,但是由于存在冷加工工艺性差、成形困难等缺点,在很大程度上阻碍了它的广泛应用。 六十年代末期美国人首先发明了钛合金的超塑性成形-扩散连接组合工艺技术(简称组合工艺或SPF/DB)。七十年代美国空军与主要的几家航空公司签订了一项1400万美元的“B-LATS计划”(即低成本、先进的钛合金结构组合工艺发展计划),以其中的600万美元用于发展钛合金SPF/DB组合工艺技术。现今美国几家主要的航空公司已成功地制造了一些     

TC18钛合金的超塑性行为与变形机制

通过高温拉伸实验研究TC18钛合金在温度为720~950℃,初始应变速率为6.7×10~(-5)~3.3×10~(-1)s~(-1)时的超塑性拉伸行为和变形机制。结果表明:TC18钛合金在最佳超塑性变形条件下(890℃,3.3×10~(-4)s~(-1)),最大伸长率为470%,峰值应力为17.93MPa,晶粒大小均匀。在相变点Tβ(872℃)以下拉伸,伸长率先升高后下降,在温度为830℃,初始应变速率为3.3×10~(-4)s~(-1)时取得极大值373%,峰值应力为31.45MPa。TC18钛合金在两相区的超塑性变形机制为晶粒转动与晶界滑移,变形协调机制为晶内位错滑移与攀移;在单相区的超塑性变形机制为晶内位错运动,变形协调机制为动态回复和动态再结晶。     

电弧增材制造TC4钛合金宏观晶粒演化规律

由于电弧增材制造是目前众多增材制造方法中的研究热点之一,且TC4是研究最广泛的钛合金,因此本工作研究了电弧增材制造TC4直壁墙的宏观组织演变。首先通过单道单层实验修正双椭球热源模型的形状参数,应用修正后的模型模拟四组直壁墙成形过程中的温度场及温度变化速率,通过模拟结果分析组织的演变规律。直壁墙底部为等轴晶组织,上部为柱状晶组织。低焊接电流有助于等轴晶的形成,但等轴晶区的尺寸及等轴晶的大小与线能量密度无关。     

钛钢联合低成本TC4钛合金宽幅板研制

采用"EB铸坯+4 200 mm钢厂宽幅轧机"技术,将EB铸坯短流程、低成本优势与钢厂宽幅轧机及配套装备优势结合起来,研制出46 mm×2 650 mm×8 700 mm大规格低成本TC4钛合金宽幅板。与传统"VAR锻坯+钛厂轧机"技术路线相比,可以省去钛合金大规格板坯高昂的锻造及修磨成本,获得更大板幅钛板及更高得料率,大幅缩短工序流程,提高生产效率,并显著降低制造成本。     

神经网络预测搅拌摩擦加工TC4超塑性行为

目的 研究搅拌摩擦加工工艺改性的Ti–6Al–4V双相钛合金的超塑性变形行为。方法 对360 r/min、30mm/min工艺条件下搅拌摩擦加工处理的TC4钛合金在不同的变形条件下进行超塑性拉伸实验,在实验数据的基础上构建以变形温度、应变速率和晶粒尺寸为输入参数且以峰值应力为输出参数的3–16–1结构的BP人工神经网络模型。应用所构建的BP人工神经网络模型对不同变形条件的Ti–6Al–4V钛合金的超塑性行为进行预测。结果 BP人工神经网络预测的精准度较高,实验应力值与预测应力值吻合度较高,相关系数R=0.991 3,相对误差为1.91%～12.48%,平均相对误差为5.92%。结论 该模型预测的准确性较高,能够客观真实地描述Ti–6Al–4V合金的超塑性变形行为。     

轴向打孔装药爆炸切断TC4钛合金板的研究

为了探究爆炸切断TC4钛合金板的最佳方式,设计了轴向单孔和轴向双孔两种装药结构。采用AUTODYN软件进行了数值模拟,并结合试验分别对单孔装药和双孔装药优劣性以及装药孔径对爆炸切断效果的影响进行了对比分析。通过计算装药量及运用Mises屈服准则,判断了两种装药结构下4组试验方案中TC4钛合金板的切断及损伤情况,且结合测点振速与加速度变化情况说明了应力波在板内的传播规律。结果表明:爆炸切断能力会随着装药直径的增大而增强,且钛合金板的损伤也随之增大;相较于单孔装药,双孔装药更适用于爆炸切断TC4钛合金板。     

TC11钛合金叶片“白斑”的金相分析

我厂生产的TC11钛合金三级压气机叶片,经模锻—双重退火—电解加工—手工抛光—腐蚀工序加工而成。在腐蚀工序中,发现许多叶片在叶身型面上多处出现“白斑”(见图1)。     

TC4-DT合金的超塑性变形及其本构方程

采用CMT4104电子万能拉伸试验机分别进行温度为870℃,应变速率为3.3×10-4s-1的恒应变速率和温度为850~890℃,应变速率为3.3×10-5~3.3×10-3s-1的应变速率循环法超塑性拉伸实验。结果表明:在变形过程中存在动态回复与动态再结晶现象,并采用Avrami方程描述了动态再结晶动力学行为;基于应变速率循环法获得了TC4-DT合金的本构模型,再通过1stopt软件加以回归拟合,得到较为精确的TC4-DT合金超塑性变形本构方程。     

钛合金着色技术的研究

利用正交试验法研究了在磷酸-冰乙酸体系中磷酸、冰乙酸、添加剂、氧化电压、电解液温度、氧化时间等对钛阳极氧化膜的影响,确定了最佳工艺条件.结果表明,在采用以Ce作为添加剂的电解液中处理后所得到的钛合金着色膜呈蓝色、光亮美观,具有优良的耐蚀性、耐磨性和良好的附着力.     

TC4钛合金焊接工艺研究

对TCA钛合金进行A—TIG焊和TIG焊,分析不同的焊接方法和焊接工艺参数对焊后钛合金熔深、熔宽和焊缝熔池区域显微组织的影响,运用了光学显微镜等,对A—TIG焊接头的力学性能、显微组织进行了分析研究。试验结果表明,和常规TIG焊相比,在相同的焊接参数下,A—TIG焊能够有效减小熔宽,显著增加熔深;A—TIG焊能够有效减少焊缝气孔数量;对于TCA钛合金的焊接,A—T1G焊比常规TIG焊具有较明显优势。     

TC4钛合金电子束沉积修复工艺研究

目的 研究TC4钛合金电子束沉积修复工艺对修复试样成形形貌的影响。方法 主要对电子束流、送丝速度和成形速度3种工艺参数进行研究,观察其宏观形貌,从而归纳出工艺参数对电子束沉积修复钛合金TC4的影响规律。结果 在一定范围内,电子束流较小时,母材与修复区熔合不良,产生“V”型孔洞缺陷;随着电子束流增大,热影响区也随之增大。送丝速度主要影响试样的外观成形,较快或较慢的送丝速度都会使修复试样表面成形不良。成形速度较小时,成形表面有密集的鱼鳞纹,修复试样余高较低;成形速度增大时,热影响区随之减小,同时会产生孔洞缺陷。结论 不同的电子束流、送丝速度、成形速度都会对TC4钛合金电子束沉积修复形貌产生重要影响,需要合理的控制工艺参数。     

TC4钛合金表面电子束熔覆Ti40阻燃钛合金工艺研究

目的在TC4表面熔覆一层Ti40阻燃钛合金,并研究熔覆试样的组织与力学性能。方法采用电子束在TC4钛合金表面熔覆一层Ti40阻燃钛合金。采用光学显微镜(OM)分析熔覆试样的显微组织,用显微硬度计分析熔覆试样的显微硬度,用电子万能拉伸试验机分析熔覆试样的力学性能。结果在选定的最佳工艺参数下,熔覆层与基材熔合良好,熔覆层为均匀分布的等轴β晶粒,表面及熔合区组织晶粒细化。添加椭圆形扫描波形能使气孔缺陷明显减少,表层更加均匀,组织更细小。扫描波形对熔覆层显微硬度的整体分布形态影响不明显,Ti40熔覆层在上表面及熔合区附近的显微硬度比熔覆层中部略高。室温下力学性能测试结果表明,加扫描时成形试样的抗拉强度为857.3MPa,相对于基材降低了些许,断裂伸长率达到了42.69%,比TC4钛合金基材提升了约70%。结论采用电子束在TC4表面熔覆Ti40阻燃钛合金,能够获得良好的熔覆层组织以及力学性能。     

斜轧穿孔法制备TC4合金管坯

为了供给市场要求的大直径TC4钛合金异型管壳的二次成形坯料,采用斜轧穿孔加工工艺制备了符合需求的TC4管坯.原始材料为自耗电弧熔炼铸锭,铸锭在β和α+β相区锻造成φ100 mm×700 mm的棒坯.穿孔前棒坯在中频感应炉中经980℃,3 min热处理,然后在加强型两辊斜轧穿孔机上一火穿成φ102 mm×11 mm×1 700 mm管坯.所制成的管坯表面光滑,外径尺寸公差达到0.35 mm,壁厚公差达0.1 mm.管坯退火态室温下Rm=945 MPa,A=14%,Z=33%.其强度比挤压制备的管坯略高,塑性相当.实验结果表明,采用斜轧穿孔法完全可以制备符合标准要求的大直径TC4管坯.     

TC4钛合金冲击弯曲韧度K_(CT)的测试

介绍了TC4钛合金的冲击弯曲韧度KCT值的测试过程及技术难点,并对试验过程和结果进行了进一步的分析和探讨,得到了合理的试验参数和测试方法。     

TC4外压容器的设计计算

在没有TC4材料外压计算曲线的条件下,提出了TC4制容器的外压计算(包括加强圈的设计)的公式及计算方法,据此确定厚度和设置加强圈是安全的.     

TC4钛合金与Nb-W-Mo-Zr铌合金的真空电子束焊接工艺研究

采用真空电子束焊对TC4钛合金和Nb-W-Mo-Zr 铌合金进行了成功焊接,焊接的基本工艺参数为:炉室真空度≤3.0×10-2 Pa,枪室真空度≤1.5×10-3 Pa,焊接电压56～60 kv,束流20～25 mA,工件的移动速度为550～600 mm/min.用扫描电镜对焊接组织进行了观测,并作了X射线无损探伤.结果表明,热影响区和熔合区组织致密,焊缝熔透性好,无气孔.熔合区主要为胞状柬凝固结构,基本无枝晶出现.X射线探伤结果得出,焊缝质量满足国家一级标准.焊接组件在室温下的力学性能为:Rm=595 MPa,RP0.2=482 MPa,A=20%,Z=63%.