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。     

退火温度对TC4钛合金动态断裂韧性的影响

采用示波冲击法,对750℃、相变点以下(20～60)℃、相变点以上10℃等7种不同热处理状态TC4钛合金的动态断裂韧性进行了测试,结合金相组织观察及扫描电镜断口形貌观察,分析了初生α相含量及次生α相形貌对TC4钛合金动态断裂韧性的影响.结果表明,对于初生α+β转变组织的TC4合金,初生α相含量在47％～50％范围,次生...     

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。     

退火温度对激光选区熔化成形TC4钛合金组织及力学性能的影响

采用激光选区熔化技术(SLM)制备TC4钛合金,借助光学显微镜、扫描电镜和万能材料试验机等测试手段,研究了退火温度对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:SLM成形TC4样品横截面组织主要由六边形网格分布的等轴晶组成,纵截面主要由外延生长的柱状晶组成,晶粒内部包含大量针状马氏体α'相;随着退火温度的升高,组织内针状马氏体α'相发生分解,α相、β相开始聚集长大,退火温度800℃以上时,组织由魏氏体组织向网篮组织转变;随着退火温度的升高,合金的力学性能宏观呈现强度下降,伸长率上升的规律。综合比较几种退火制度发现,800℃×2 h/FC处理后的TC4合金获得相对最佳的综合力学性能。     

TC4钛合金精锻过程中的组织演变与力学性能

研究了精锻过程对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,精锻导致TC4合金等轴组织在锻造过程中不断细化,材料强度不断提高;但随着精锻变形程度的增大,粗大的β晶粒和魏氏组织α片层不断发生扭曲而破碎,并在变形程度到50%时出现细小的β转变组织特征,导致材料强度和塑性随变形程度的增大而增大。     

TC4钛合金高温变形时的微观组织演变

基于TC4钛合金压缩变形时的微观组织观察和定量金相实验,研究了变形工艺参数(变形温度、应变速率和变形程度)对微观组织演变和组织参数(初生α相晶粒尺寸和体积分数)的影响。结果表明: 在α+β两相区,随着变形温度的升高,初生α相晶粒尺寸呈波浪状变化,初生α相逐渐减少;随着应变速率的增加,初生α相形貌由等轴状转变为长条状,微观组织参数的变化规律与温度有关,当变形温度高于1203 K时,初生α相晶粒尺寸逐渐减小,而低于1203 K时,初生α相晶粒尺寸呈波浪状变化。当变形温度高于1223 K时,初生α相体积分数呈波浪状变化,而低于1223 K时,初生α相体积分数逐渐减小;随着变形程度的增加,二次α相逐渐减少,初生α相晶粒尺寸呈先减小后略有增大的趋势,而初生α相体积分数变化较小     

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。     

退火温度对TC4钛合金组织及超塑性的影响

研究了不同退火温度对TC4钛合金显微组织及超塑性的影响。结果表明:随着温度的升高,合金组织逐渐转变成等轴α和晶间β组织,同时高温超塑性也随之发生先升高后降低的变化。退火温度820℃时,等轴α及晶间β组织明显且较细小,高温超塑性伸长率最高达589%。     

退火温度对TC18钛合金组织及织构演变规律的影响

随着钛合金锻件的大型化,锻造过程中应力场、温度场不均匀问题更加突出,锻件局部形成锋锐织构的可能性大大增加,易对产品的可靠性及安全性造成危害。本文利用EBSD技术,对比了工业生产的大规格TC18钛合金棒材不同位置中心及表层的组织及织构差异,通过观察两者在不同保温温度下α相及β相的组织及织构特征,研究退火后组织及织构演变规律。结果表明：在两相区,β相主要发生回复,部分α相发生再结晶,β相晶粒尺寸及织构基本不发生变化。接近相变点时,大尺寸回复态β晶粒易于利用尺寸优势吞并其他晶粒;部分α相,特别是晶界处取向接近的片层α相,易于通过合并发生晶粒长大;特殊取向的α相更易发生相变,相变的α相不会形成新的β晶核。在单相区,β相发生再结晶及晶粒长大,且无择尤现象,β相织构明显减弱。     

厚板TC4钛合金电子束焊接头组织演变及力学性能

电子束焊因其真空环境、能量密度大、焊缝深宽比大等优点,被广泛应用于钛合金焊接。系统研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接接头组织演化及其力学性能。结果表明:熔合区中部由粗大原始β柱状晶组成,内部为αGB、块状α集束和部分网篮组织构成的混合组织,靠近热影响区的熔合区由等轴原始β晶粒构成;热影响区存在较显著的组织不均匀性,随着距熔合区距离增大,β转变组织(次生α片层+残余β相)含量逐渐降低,初生α相含量逐渐升高;熔合区平均显微硬度比母材高约50 HV,接头抗拉强度达到906 MPa,接头强度系数达到96%,拉伸断裂位置位于熔合区内。     

TC4钛合金蜂窝板高温力学性能

采用钎焊工艺制备了TC4钛合金蜂窝板,对试样在室温和高温下进行异面压缩、三点弯曲性能测试和分析,并对不同温度下的试件强度及破坏模式进行分析。研究表明,钛合金蜂窝板的异面压缩模量与强度随着测试温度的升高而下降,440℃时保有室温时的35.2%、61.7%。但测试温度对破坏模式没有影响。而三点弯曲测试中,随着测试温度的升高,破坏模式发生改变,抗弯曲强度不断下降,最大挠度不断增加。且L向试件的弯曲性能明显高于W向试件。室温下弯曲试件面板为韧性断裂,钎焊区为脆性断裂,而300℃下试件面/芯脱粘区的断口为解理断口。     

TC4钛合金型材热挤压过程坯料温度演变规律研究

采用数值模拟方法对TC4钛合金H形截面型材热挤压过程进行热力耦合分析,获得了坯料温度的分布情况及不同工艺参数对坯料温度的影响规律,结果表明:坯料温度进入稳定挤压阶段显著升高,产热与散热达到动态平衡状态;过渡圆角处坯料的温度明显高于坯料的其他部位;坯料的温升随挤压速度、摩擦因子、挤压比以及模具预热温度的增大而增大,但随坯料预热温度的增大而减小;而坯料的温降呈相反变化规律;最终获得优选挤压工艺方案。     

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。     

循环热处理温度对TC4钛合金组织和力学性能的影响

通过淬火条件下两相区不同温度范围内的循环热处理发现,在两相区经不同温度范围循环后,TC4合金的魏氏组织的形貌均有所改善,随循环热处理下限温度的降低,效果愈明显.经双重退火后,随循环下限温度的降低,次生针状α相减少.通过拉伸试验和对断口形貌的分析发现,960℃×10 min(→)750℃×10 min+双重退火后,韧性最好,强度略有降低.     

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。     

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。     

TC4钛合金扩散焊接头的力学性能

加强筋宽度为3 mm的含型腔扩散焊零件会因焊缝区域出现微小气孔、夹杂等缺陷而导致失效,但由于含型腔坯料的厚度为40 mm,加强筋宽度仅为3 mm,检测声波难以有效到达加强筋位置,且加强筋结构处存在复杂声反射结构波,造成加强筋内部焊缝缺陷难以有效检出。利用ϕ0.4 mm的平底孔模拟气孔缺陷,采用相控阵扇扫成像技术对3 mm宽度的加强筋焊缝处平底孔缺陷进行扫查。根据扇形扫描相位分布特点,提出一种相位相干的加权方法,通过加权处理抑制加强筋复杂反射造成的非缺陷结构波干扰。结果表明：当探头主声轴方向与焊缝平行且探头偏离缺陷正上方,即缺陷偏离扇扫图像中心19°时,可以将缺陷与非缺陷结构波分隔开;但探头偏离缺陷正上方的程度越大,缺陷幅值越低。相位相干处理后,非缺陷回波得到抑制,缺陷仅偏离扇扫图像中心13°即可。与原始扇扫图像相比,偏转角度变小,缺陷的成像质量提升。

     

TC4钛合金的力学性能及热处理模拟

采用分子动力学方法建立了TC4模型，基于混合嵌入式原子法势函数计算了Ti、Al和V不同原子之间的相互作用力，通过拉伸与剪切模拟计算得到了拉伸、剪切应力-应变曲线。通过温度的设置，完成了热处理工艺中加热、保温、冷却各个阶段的模拟。在单独退火的模拟基础上进行了同时固溶与时效的模拟，比较了不同固溶温度(800、954和1020℃)和时效温度(400、538和620℃)对TC4拉伸和剪切力学性能的影响。结果表明，退火和固溶时效处理提高了TC4模型的拉伸与剪切强度，最大拉伸强度一般随着固溶温度的升高而升高；在538℃时效时，剪切强度同样随固溶温度的升高而升高，但在954℃固溶温度时，剪切强度随时效温度的升高而下降。HCP模型沿[0001]晶向的拉伸强度大于■晶向，并且拉伸强度随着拉伸速率的升高而升高。     

形变影响TC4钛合金组织演变的温度依赖特性研究

本文采用等应变速率高温拉伸变形试验,研究了TC4钛合金在不同形变温度下微观组织和性能的演变行为,着重探讨了形变对钛合金组织演化、相变的影响作用及其随温度的变化规律。结果表明,α+β两相区变形,随形变温度升高,峰值应力及所需应变降低。形变对微观组织演化的影响作用随形变温度变化而改变：两相区中低温段（900℃以下）,形变促进初生α相再结晶,细化初生α相尺寸;两相区高温段（900℃以上）,形变促进次生α相球化,其作用随温度升高先增强后减弱。形变影响β→α相变进程,提高次生α相形核率,尤以两相区中低温段变形更为显著,从而使得片层状次生α相数量增加、间距明显细化。随形变温度升高,组织中α相总量先下降后上升,导致硬度先降低后升高,耐蚀性先升高后下降。其中900℃变形时,TC4钛合金α相总量最少（约57%）,硬度略有降低而耐蚀性达到最优。     

退火温度和冷却速率对TC4钛合金组织和性能的影响

采用室温拉伸试验和冲击试验方法,对TC4钛合金分别进行940、960、980℃退火,并在980℃退火后采取不同的冷却方式得到的试样进行强度(σ_b、σ_(0.2)),塑性(δ、ψ)和冲击韧性(a_k)的测试,结合扫描电镜进行组织和形貌观察,得到了在相变点以下退火温度和冷却速率变化时,TC4钛合金的组织、强度、塑性和冲击韧性的变化规律:随着退火温度的升高,材料的强度、塑性和冲击韧性呈降低趋势;随着冷却速度的加快,材料的强度呈升高趋势,塑性和冲击韧性呈下降趋势。