喷丸强化对TB6钛合金疲劳性能和表面完整性的影响

为了提高TB6钛合金零件的疲劳抗力,研究了喷丸强化对TB6钛合金疲劳性能的影响,并采用白光干涉仪、X射线应力测量仪、显微硬度计及扫描电子显微镜等仪器对其表面完整性进行分析,探讨喷丸强化机制。结果表明:相比未处理的试样,喷丸处理试样的旋转弯曲疲劳寿命显著提高。喷丸强度对TB6钛合金的疲劳性能影响显著,随着喷丸强度的增加,残余压应力层和硬化层深度相应增大,对疲劳性能有利;而同时表面粗糙度也在增大,局部应力集中效应会抑制疲劳性能的改善。     

TB6与TC4钛合金高周疲劳性能对比研究

采用热模锻造方式制备出TB6与TC4钛合金行星齿轮架毛坯,并对毛坯进行热处理,然后切取试样,测试其高周疲劳性能,对比分析疲劳断口形貌。研究表明：TB6钛合金试样疲劳强度平均值为723.0 MPa,其在存活率90%、置信度95%条件下的疲劳强度下极限为677.1 MPa; TC4钛合金试样疲劳强度平均值为437.7 MPa,其在存活率90%、置信度95%条件下的疲劳强度下极限为405.8 MPa。从疲劳断口形貌上来看,TB6与TC4钛合金均以解理断裂为主,且二者均具有一定的韧性。TB6钛合金锻件疲劳强度的波动性小于TC4钛合金锻件,且高周疲劳性能更好,可以作为行星齿轮架的备选材料。     

喷丸强化对TC11钛合金高周疲劳性能的影响

主要研究TC11钛合金喷丸前后高周疲劳性能的改变情况,并对比研究了喷丸前后宏微观影响因素的变化。在疲劳试验前后采用X射线应力衍射仪(XRD)、金相显微镜、扫描电镜(SEM)、超微小显微硬度计等分析研究了喷丸强化对TC11钛合金高周疲劳性能的影响,并结合升降法和成组实验法测试喷丸前后两种不同表面状态下TC11钛合金的高周疲劳性能,拟合成两种不同表面状态下的疲劳S-N曲线。疲劳试验结果表明喷丸后在表层形成明显的残余压应力场和喷丸硬化现象,将裂纹萌生驱赶至次表面,显著提高了TC11疲劳强度和寿命。经喷丸后TC11钛合金试样疲劳强度极限达到616.5 MPa,而未喷丸试样疲劳强度极限仅为448 MPa,与之相比喷丸后疲劳强度极限增加了168.5MPa,提升幅度达37.6%。喷丸不仅使得试样表面完整性更为良好,减少了表面应力集中区,还使得表层组织中α相分布的致密度增加。喷丸硬化致使表层显微硬度值发生变化,形成一个深度有近260μm的梯度分布层,表面硬度达到HV433,较未喷丸相比也有近HV50的提升。喷丸后疲劳源深度达到258μm,较未喷丸试样的38μm相比增加达220μm。     

TC4-DT钛合金高周疲劳行为研究

对TC4-DT钛合金的高周疲劳性能及断口形貌进行了研究。结果表明：TC4-DT钛合金的S-Ⅳ曲线（应力比R=-1）不出现呈水平线的疲劳极限,10^7次不被破坏的条件疲劳极限为550MPa,置信度为95％;疲劳裂纹源均出现在试样的表面,疲劳裂纹扩展区较大说明材料具有较高的断裂韧度;疲劳裂纹扩展区由许多解理小刻面组成,解理面上可见疲劳条带及二次裂纹,以解理断裂为主;断裂区断口表面由许多互相连接的凹坑所组成,主要表现为韧窝断裂。     

硼含量对Ti-1023合金高周疲劳性能的影响

研究了硼元素含量对Ti-1023合金高周疲劳性能的影响。无硼的Ti-1023合金高周疲劳S-N曲线位置最低,添加0.05%的硼元素后,合金的疲劳极限仅增加了2 MPa,但高周疲劳S-N曲线高应力段明显上移。当硼元素含量为0.1%时,Ti-1023合金的疲劳极限提高10%以上,S-N曲线的位置最高,其疲劳性能得到全面提高。进一步添加硼元素后,S-N曲线位置基本不变。无硼的Ti-1023合金疲劳条带较为清晰,添加硼元素后,Ti-1023合金疲劳试样裂纹源全部位于表面,裂纹前沿区域脆断痕迹明显,解理断面趋于平整,疲劳条带越来越模糊。这是由于添加硼元素后,Ti-1023合金内部的临界裂纹尺寸会减小,使其抵抗疲劳裂纹失稳扩展的能力降低,综合考虑,Ti-1023合金中硼元素的添加量不宜超过0.1%。     

轧制温度对TB6钛合金棒材组织和力学性能的影响

采用三辊螺旋轧机,在Tβ-40℃、Tβ-30℃和Tβ+160℃三种不同温度下对TB6钛合金棒材进行轧制,研究轧制温度对棒材组织和力学性能的影响。研究结果表明,经Tβ-40℃轧制后的组织为等轴组织,Tβ-30℃轧制后的组织为双态组织,Tβ+160℃轧制后的组织为网篮组织;具有等轴组织和双态组织的TB6钛合金棒材的拉伸强度相当,均高于具有网篮组织的,而等轴组织的塑性与网篮组织的相当,但低于双态组织的;综合分析知,经Tβ-30℃轧制后的TB6钛合金棒材的综合力学性能最优。     

过热区对大尺寸TB6钛合金棒材组织与性能的影响

尺寸为210 mm×210 mm的TB6钛合金方形棒材经固溶加时效处理后,心部形成过热区。研究了过热区对TB6钛合金棒材组织与性能的影响。结果显示,距棒材表面深度为60 mm以内的区域为正常的球状等轴组织,深度超过65 mm的心部过热区为针状网篮组织。过热区的形成主要是由于心部区域在固溶处理时的冷却速度低于临界冷却速度,没有生成亚稳β相,而直接生成α+β相造成的。棒材横截面上过热区面积占比约18.4%,相比正常区域,其抗拉强度最大降低22.9%,屈服强度最大降低28.5%,布氏硬度降低4.2%,但是具有较好的塑性、较高的平面应变断裂韧度与较强的抗疲劳裂纹扩展能力。过热区的存在增大了棒材横截面组织与性能的不均匀性,降低了TB6钛合金棒材及后续所制锻件的安全系数,必须予以避免。     

TB6钛合金等温锻后热处理工艺研究

采用等温锻压机对TB6钛合金方棒进行等温锻造,锻造完成后对锻件进行水淬和空冷2种不同方式的冷却,再对水淬的锻件进行时效处理,空冷的锻件进行固溶+时效处理。研究了等温锻后热处理工艺对TB6钛合金组织和力学性能的影响。结果表明,等温锻后水淬,α相尺寸较小,等温锻后空冷,α相尺寸较大;水淬后β基体上无感生α相,空冷后β基体上有感生α相形成;水淬+时效后析出的次生α相比空冷再经固溶+时效后析出的次生α相更加混乱。TB6钛合金经等温锻后水淬+时效处理,其强度和塑性与等温锻后空冷至室温再进行固溶+时效的水平相当,且平面应变断裂韧度更高。     

烧结矿MgO含量对含钒钛炉料熔滴性能影响

利用高温熔滴炉模拟实际高炉软熔带的运行情况.探讨在承钢炉现有炉料结构条件下,炉料中不同Mg O含量对含钒钛高炉炉料软化温度、熔化温度、最大压差、熔滴综合指标等高温物理性能的影响.结果表明：Mg O质量分数由1.92％增加到2.40％后,炉料的软化温度无明显变化;炉料的滴落温度td 升高,熔化温度区间Δtds增大;炉料的最大压差ΔPmax升高,炉料透气性变差;炉料熔滴的总特性值S增大,熔滴性能变差.     

表面机械处理对Ti-54M合金高周疲劳性能的影响

Ti-54M合金是美国由TIMET（Ti-5A14V-0．6Mo-0．4Fe）合金发展而来的一种α＋β两相钛合金,其切削加工性（切割速度和切割工具寿命）可与Ti-6A14V合金相媲美。该合金用电子束冷床炉单次熔炼制得,可以混合少量的Ti-6A1-4V合金或其他含有元素Mo、V和Fe的合金。除了原材料的弹性性能之外,Ti-54M合金的切削加工性能优于Ti-6Al-4V合金。     

TB6钛合金多重固溶时效热处理工艺研究

采用扫描电镜、金相显微镜等分析方法,研究了TB6钛合金锻棒多重固溶时效热处理对显微组织、室温拉伸性能和断裂韧性的影响.结果表明:多重固溶时效热处理可以显著提高合金的塑性和断裂韧度,而对强度的影响不大.随着循环热处理次数的增多,强度、塑性、断裂韧度都是先升高达到峰值后开始下降.强度与断裂韧性均在三重固溶时效热处理时达到最高值,比常规热处理分别提高了9%与30%左右;塑性在双重热处理时达到最高值,比常规热处理提高了40%左右.     

固溶温度对TB10钛合金力学性能的影响

研究了固溶温度对TB10(Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al)钛合金在热处理过程中力学性能变化规律。结果表明:当TB10钛合金在740～840℃之间固溶,并在520℃时效时,在相变点以下固溶,随着固溶温度的升高,材料的强度降低、塑性升高,但在800℃时网状晶界α相恶化了材料的塑性,在相变点以上固溶时,材料的强度和塑性随着固溶温度的升高而下降;时效后的TB10钛合金随着固溶温度升高,材料的强度升高、塑性下降;当固溶温度为740℃时,时效态的材料强度和塑性比固溶态略有升高,固溶温度越高,时效强化效果越显著,时效态材料的塑性比固溶态的低,但在800℃时由于晶界α相的网状被破坏使时效态材料的塑性比固溶态的高。     

影响K4130合金高周疲劳性能的因素

研究了晶粒度、第二相及夹杂物含量与K4130合金高周疲劳性能的关系.研究结果表明晶粒度大小和第二相的形态及分布对合金的疲劳性能有一定的影响,非金属夹杂物是产生疲劳裂纹的危险地区,它大大降低了K4130合金的疲劳寿命.     

高强高韧TB10钛合金棒材研究

介绍了Φ60mm×Lmm~Φ165mm×Lmm高强、高韧TB10钛合金锻棒和Φ120mm×Lmm,Φ140mm×Lmm圆柱加锥形空心盲孔锻件的研究结果。结果表明:合金棒材在高强(Rm≥1100MPa)状态下,获得了Rm-KIC-αKU2的良好匹配关系。为满足Φ165mm×Lmm高强、高韧TB10钛合金锻棒的高冲击使用要求,采用了创新的热处理工艺,获得了中强状态下最佳的Rm-KIC-αKU2匹配关系。用Φ85mm×Lmm锻棒研究了该合金创新热处理工艺的裂纹扩展速率da/dN,当log(ΔK)≤1.45(ΔK=28.18MPa·m1/2)时,Ti-6-22-22S合金比TB10合金低,log(ΔK)>1.45(ΔK=28.18MPa·m1/2)时,TB10合金比Ti-6-22-22S合金低。     

激光冲击强化对Ti6Al4V钛合金表面完整性和四点弯曲疲劳性能的影响

研究了激光冲击强化对Ti6Al4V合金表面完整性和四点弯曲疲劳性能的影响,采用扫描电镜、显微硬度仪、X射线应力测量仪及透射电镜等仪器对材料表面完整性进行了分析,采用MTS疲劳试验机对试样进行了疲劳性能测试,并采用扫描电镜分析了疲劳断口,并探讨了激光冲击强化机制。结果表明：采用功率密度为15.9 GW/cm2的激光处理试样后,其四点弯曲疲劳中值寿命较未强化试样提高了4.2～23.5倍;且激光功率密度越大,试样的疲劳中值寿命越长。激光冲击强化表现出比喷丸强化更优的疲劳寿命增益效果。分析发现：经激光冲击强化后,Ti6Al4V合金表面形成了深度约为600~1400 μm的残余压应力场,表面硬度比未强化区域提高了约10%,而亚表层内部的位错密度比未强化试样显著提高,以上表层性能和微观组织的变化对四点弯曲疲劳寿命的提高具有重要作用。     

不同稀土含量Ti-600合金的高周疲劳性能

研究了不同稀土含量的Ti-600合金光滑试样在应力比R为0.1,加载频率为100 Hz左右时的室温高周轴向应力疲劳性能,并分析了稀土元素对该合金疲劳断裂行为的影响。研究结果表明:10~7周次疲劳后,含0.1%(质量分数)Y和含0.2%(质量分数)Y的Ti-600合金以及Ti-1100基体合金的条件疲劳强度极限分别为537、500、605 MPa。这表明添加稀土元素Y后,合金的疲劳极限降低,且其疲劳极限随稀土元素含量的增多而减小。所形成的稀土氧化物Y_2O_3粒子尺寸差别较大,其椭球长轴尺寸为几百个纳米甚至几个微米,并且Ti-600合金的裂纹萌生与稀土相颗粒的断裂有关。     

TB6钛合金升降温过程温度场的模拟

建立了某规格TB6钛合金坯料升降温过程的数学模型，利用商业有限元软件DEFORM对其升降温过程中的温度场进行有限元数值模拟。得到了TB6钛合金坯料在炉中升温和空冷降温过程中任意一点的温度曲线，进而把该模拟方法应用于不同规格TB6钛合金坯料在升降温过程的温度场模拟。结果表明：模拟的数据与实测数据吻合良好，此模型可用于加工前热处理工艺制定的依据。