TC4钛合金负角度零件超塑成形及性能研究

在前期材料实验的基础上对TC4钛合金负角度零件超塑成形过程进行仿真,获得压力-时间曲线和壁厚分布,并根据仿真结果中接触摩擦力分布情况,预测了模具磨损。对仿真获得的压力-时间曲线进行修正,并将修正后曲线作为实际加载曲线进行超塑成形实验,获得负角度零件。比较了零件型腔底端壁厚的实际结果与仿真结果,同时,研究了成形零件的负角度壁壁厚分布、显微组织、力学性能。结果表明:取件温度为300℃时,零件外形及表面质量较好;实际零件型腔底端壁厚分布与仿真结果趋势相同,两者最大误差为4.4%;零件最小壁厚在负角度过渡圆角处,其值为0.66 mm,最大减薄率为67%;负角度壁壁厚标准差为0.186 mm,说明此部位壁厚分布比较均匀;成形后材料的晶粒尺寸长大明显,而室温屈服强度、抗拉强度、延伸率从原始材料的951,1045 MPa,13.9%下降至853,955 MPa,10.8%,说明经过超塑成形后,材料由于晶粒长大而导致力学性能下降。     

基于金属加工复杂零件的体积旋压成形工艺过程分析

体积旋压是一种多因素耦合作用的几何、物理、边界复杂非线性成型过程,其成型效率受到多参数的影响。为了更好的深入了解异形盘件的体积旋压工艺,本文基于金属加工复杂零件的体积旋压成形工艺过程分析,并对体积旋压工艺中金属材料等效塑性应变的变化情况做了分析。本文对体积旋压成型的规律进行的一定研究,可为进一步认识体积旋压工艺机理和探究最优工艺路径提供了有价值的经验。     

TC4-DT钛合金热变形机制及加工图

用Gleeble-1500型热模拟机研究TC4-DT钛合金在850~1 100℃、应变速率0.001~10 s-1、变形量70%条件下的高温压缩热变形行为,分析了该合金的流变应力行为以及显微组织演变规律,建立了该合金的本构关系模型以及热加工图。研究结果表明,TC4-DT钛合金在两相区和β相区的热变形激活能分别为544.03 k J·mol-1和264.32 k J·mol-1,分别大于纯α相和纯β相的自扩散激活能,表明TC4-DT钛合金热变形由高温扩散以外的过程控制。在两相区热变形时,原始组织发生了不同程度的球化,且变形温度越低球化效果越好。在β相区热变形时,低应变速率下(0.001~0.1 s-1)主要发生动态再结晶,而高应变速率(1~10 s-1)下主要发生动态回复,动态再结晶行为受到抑制。TC4-DT钛合金的失稳区主要分布在低温高应变速率区域,变形温度主要在850~940℃,应变速率主要在0.1~10 s-1,功率耗散率η值小于28%。     

盒形零件的应变测试与数值模拟

对某深冲型农用车油箱进行了应变测试,用Dynaform软件对该零件进行计算机模拟计算,对模拟结果和实测结果进行了对比,讨论了材料性能和成形工艺参数对零件成形的影响,得到了零件成形的合理工艺参数和最佳的材料性能参数(n≥0．23,r≥2．0)。     

金属注射成形——21世纪的金属零件成形工艺

金属注射成形(Metal lnjection Molding,简称MIM),进入21世纪以来,得到了快速发展,应用范围越来越广,引起了人们广泛关注,称之谓21世纪的金属零件成形工艺。本文简要介绍了MIM工艺的生产过程,优势,材料及工艺设计准则。     

钽合金零件的摆辗成形工艺

钽合金具有高密度、耐高温、强度高和良好的加工性能、断裂韧性、耐蚀性等优点,是航空、航天、化工、核工业、高温技术等领域不可缺少的重要材料,具有很好的应用前景.研究了摆辗成形钽合金零件的方法,讨论了摆角、摆辗时间等参数对摆辗成形的影响,分析了摆辗成形时出现壁厚尺寸偏差和折叠缺陷的原因,同时也提出了相应的解决措施.     

环形件立弯成形过程的理论与实验研究

针对环形件立弯冷成形过程中的断面形状问题开展了理论与实验研究,采用三维弹塑性有限元法研究了金属在变形过程中的三维流动,分析了立弯成形中性面偏移对环形件厚度变化的影响,并对成形过程进行了计算机模拟,模拟结果对冷弯环形件生产具有指导作用。     

注射成形钛零件的研究

金属粉末注射成形(MIM)是一种极具竞争潜力的钛零件低成本近终形规模制造技术,控制氧、碳污染和收缩畸变是工艺过程的关键。通过不同种类钛粉的组合,可调整体系的粉末形状和粒度组成,降低初始氧含量,改善注射、脱粘和烧结过程的工艺特性;优先选择可通过溶解、蒸发和低温裂解去除的有机粘结剂;溶剂萃取,高真空和高纯、低露点Ar气有利于高效低污染脱粘,脱粘终点为0.16%~0.20%C;增加相对密度有利于提高强度,降低氧、碳污染程度可显著加大伸长率,而烧结过程中的温度和真空度是主要因素;MIM-Ti的基本力学性能与I/M-Ti 3~4级相当,尺寸精度可控制在±(0.18~0.20)%。     

电子束熔丝成形的TC4钛合金的组织与性能研究

研究了采用电子束熔丝成形(EBRM)技术制造的TC4钛合金件的组织特征及力学性能,结果表明:经EBRM技术得到的TC4钛合金件宏观组织为异常粗大的β柱状晶。经热处理后,显微组织由片状初生α相、β转变组织及晶界α相组成;室温拉伸性能呈现明显的各向异性,但各方向的强度和塑性均满足AMS 4999A—2011标准要求,其中,x、y向抗拉强度与自由锻件实测水平相当;室温冲击韧度达到70 J/cm2,约为自由锻件及铸件实测值的两倍;光滑试样轴向加载高周疲劳性能优于经β热处理的锻件;轴向加载低循环应变疲劳性能与锻件相当,但优于铸件。     

TC1深型腔负角度零件超塑成形模具设计与优化

钛合金在航空、航天等工业中有广泛的应用,其中TC1钛合金在变形温度为860℃,应变速率为7.5×10-4 s-1时,延伸率最大可达710%,具有良好的超塑性,通过超塑性气压成形工艺可成形形状较为复杂的零件。根据深型腔负角度钛合金法兰盘零件的特点,提出了超塑性气压成形工艺,并根据零件尺寸特征设计了弧形底面和平底两种的模具,同时,根据TC1拉伸力学特性建立了材料的高温本构关系,应用MARC有限元对其超塑成形过程进行了模拟。结果表明,弧形底面模具成形零件最薄处为1.2 mm,壁厚分布标准差为0.198 mm,变薄率为40%,在成形过程中最大应力约6.6 MPa;而平底模具成形的零件最薄处仅为0.82 mm,壁厚分布标准差为0.303 mm,变薄率高达59%,在成形过程中最大应力约7.8 MPa。因此弧形底面模具厚度分布较均匀,壁厚减薄较小,最大应力较小,降低了应力集中程度,是该类零件超塑成形工艺较为理想的模具。     

置氢Ti-6Al-4V钛合金超塑性研究

通过采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行超塑性变形试验,研究变形温度和应变速率对置氢TC4合金超塑变形性能的影响,利用XRD,SEM和TEM分析热氢处理改善钛合金超塑性能的机制.结果表明:置氢可降低超塑成形流变应力、变形温度,提高应变速率和m值;但只有适量的氢才有利于改善钛合金超塑性,即存在一个最佳置氢量;置氢0.35%H(质量分数)的TC4合金在800℃和3×10-3 s-1条件下仍有一定超塑性.分析表明,置氢钛合金超塑变形过程除晶粒转动和滑动机制外,位错滑移和孪生也作为辅助超塑变形机制.     

通过成分调整提高中强钛合金的力学性能

本研究在成熟应用的Ti-6Al-4V合金基础上发展了一种基于Ti-Al-V-Fe-Si系的两相钛合金-TC4F合金，并通过对该新合金的材料制备与初步研究表明，通过添加少量的合金元素Fe和Si，新合金的综合力学性能得到提高，合金的强度、塑性和断裂韧性得到良好匹配，从而满足了设计要求。新合金的最佳热处理工艺为获得魏氏组织的β退火。     

冲击波作用下Ti-6Al-4V合金层裂及相变研究

冲击波加载技术可以对材料产生瞬时高温、高压和高应变率等极端作用,对于研究其物理、化学性能都是不可或缺的重要手段。本实验使用一级轻气炮加载,以不同冲击速度的飞片对Ti-6Al-4V合金进行气炮冲击,利用X射线衍射、扫描电镜等多种测试方法进行表征,研究冲击波手段对Ti-6Al-4V合金层裂和晶相的影响,并初步分析出Ti-6Al-4V合金冲击损伤和冲击相变的机制。经过对不同冲击速度的样品研究和分析后发现,样品中出现微损伤,经历了成核、长大、连接等过程,在冲击应力达到一定程度时发生了层裂;通过冲击作用后样品的结晶程度更加完好,晶面生长更加完整;另外,冲击样品发生了从α,β相到α′相的晶相转变,α'相是一种韧性相,从而在一定程度上提高了Ti-6Al-4V合金的冲击韧度。     

Ti-6Al-4V合金绝热剪切带的演化

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术,对双态组织和片层组织Ti-6Al-4V合金帽形试样进行动态加载实验,通过控制加载时间(50,60和80μs)来研究绝热剪切带随时间的演化过程.微观分析结果表明:两种组织中绝热剪切带的宽度有一个发展过程,随着入射波加载时间的延长,绝热剪切带逐渐变宽;当加载时间为60μs时,两种组织钛合金中的绝热剪切带演化过程相同,均是在剪切应力下微观组织的拉长、细化和碎化;当加载时间为80μs时,双态组织中绝热剪切带的演化过程仍然是带内晶粒的进一步细化,而片层组织中的绝热剪切带中可能发生了动态再结晶.绝热剪切带演化过程的不同导致了绝热剪切带宽度的差异.     

Ti-6A14V合金表面改性技术

Ti-6Al4V合金作为一种重要的钛合金,其使用量占到了钛合金总使用量的75％～85％,但其耐磨性差、阻燃性差、疏水疏冰性能差、生物相容性不理想等性能缺陷在一定程度上限制了其在某些领域中的应用。首先对Ti-6Al4V合金在各个领域应用时,其性能缺陷的表现形式及危害进行了概述,然后介绍了目前改善Ti-6Al4V合金性能缺陷所普遍采用的以及具有创新性的表面改性技术,评述了部分表面改性技术的优缺点,最后提出了需对Ti-6Al4V合金表面改性技术进一步研究的方向。     

Process window for electron beam melting of Ti-6Al-4V

Selective electron beam melting (EBM) is a powder-bed based additive manufacturing technique for the fabrication of dense metallic parts. As a free-form deposition process EBM offers a high degree of freedom in design and a highly efficient utilization of material. For a widespread industrial application the achievable build rate is a critical factor. In this paper the process window for Ti-6Al-4V is explored by varying beam current and scan speed in a wide range. The EBM specimens were characterized by their density, porosity size and distribution, chemical composition, microstructure, hardness and tensile strength. Key findings include: (1) the minimum line energy necessary to achieve full density, (2) parameter sets for increased build rates at full density, and (3) formation of α'-martensite at high scan rates.     

置氢0.11%Ti-6Al-4V合金超塑变形行为及其机制

研究了置氢0.11%的Ti-6Al-4V在800～900℃温度范围和3×10(-4)～1×10(-2)s(-1)应变速率范围内的超塑变形行为,应用光学显微镜研究了变形过程中的组织演变.结果表明:置入0.11%的氢能够显著改善Ti-6Al-4V超塑变形行为,峰值应力较原始合金降低了15～33 MPa,应变速率敏感性指数m值提高至0.497,变形激活能为322 kJ·mol(-1);在840～860 ℃温度范围和3×10(-3)～1×10(-3)s(-1)应变速率范围内,具有最佳超塑性,其延伸率最高达到1530%.0.11%的氢使α相及β相软化的同时促进了动态再结晶,提高了位错的攀移能力并且降低了位错密度;α和β两相比例未发生显著变化,适当的比例在变形过程中有利于两相相互抑制长大.置氢后超塑变形机制与未置氢相同,主要为界面的滑动和晶粒的转动,而位错的运动及动态再结晶为其协调机制.     

Roll bonding behaviour of Ti-6Al-4V sheets during pack rolling

Low density, excellent corrosion resistance, moderate strengths at high temperatures make titanium based alloys candidate materials for advanced aerospace structures. Advanced joining techniques are emulating for fabrication of complex aerospace structures. Roll bonding is one such solid state joining technique where bonding between two rough and clean surfaces is obtained under high temperature and pressure. The work horse dual phase titanium alloy Ti-6Al-4V finds extensive structural application in aerospace and space industries. In the present study, two Ti-6Al-4V sheets are stacked together and encapsulated in a mild steel can followed by evacuation and hot crimping. The pack is extensively deformed to ∼84% reduction in thickness employing conventional hot rolling mill. Partially roll bonded 0.74mm thick sheets were obtained and microstructural evolution was studied using light microscopy and scanning electron microscopy. The incompletely bonded interface was analyzed through elemental mappings by Electron Probe Micro Analyzer and compared with completely bonded region. The partially bonded region revealed the presence of aluminium oxide at the interface which possibly could have hindered complete bonding at that region. The room temperature tensile properties of as- roll bonded Ti-6Al-4V nearly approaches the base material properties.     

Ti-6Al-4V在步进轧制中的显微组织变化

对步进轧制在940℃α β区轧制Ti 6Al 4V合金棒材的锥形体取变形量不同的部位,利用光学显微镜、透射电镜观察其组织形貌及位错组态,分析了其变形机制,探讨了材料显微组织随变形量变化的规律及其形变硬化、回复、再结晶的演变过程.实验表明利用步进轧机加工,所得Ti 6Al 4V合金棒材芯部和边部的组织较均匀.     

Fretting wear behaviour of plasma nitrided Ti-6Al-4V fretted against unnitrided Ti-6Al-4V and alumina counterbodies

Ti-6Al-4V samples were plasma nitrided at 520°C in two environments (nitrogen and a mixture of nitrogen and hydrogen in the ratio of 3:1) for two different time periods (4 h and 18 h). Fretting wear tests were conducted on unnitrided and nitrided samples for 50,000 cycles using two counterbody materials (unnitrided Ti-6Al-4V and alumina). Gross slip prevailed at a normal load of 4.9 N while mixed stick-slip prevailed at 9.8 N. Tangential force coefficient values of plasma nitrided samples were lower than those of unnitrided samples. The tangential force coefficient nearly stabilised after thousand cycles in case of samples tested against Ti-6Al-4V counterbody. On the other hand, it showed a continuously increasing trend in case of specimens tested against alumina counterbody. The samples nitrided for 4 h exhibited higher hardness and lower tangential force coefficient compared to the specimens nitrided for 18 h. The samples nitrided in nitrogen-hydrogen mixture environment exhibited higher hardness and lower tangential force coefficient compared to the specimens nitrided in nitrogen. The samples plasma nitrided in nitrogen-hydrogen mixture for 4 h exhibited the highest hardness and the lowest tangential force coefficient. The wear volume of the plasma nitrided samples was lower than that of the unnitrided samples. Owing to tribochemical reactions, the wear volume of unnitrided and nitrided samples fretted against alumina ball was higher than that of the samples fretted against Ti-6Al-4V. A consistent trend was not observed regarding which nitriding condition would result in lower wear volume at different loads.