工业纯钛TA2失效评定曲线研究

分析了工业纯钛TA2的拉伸力学性能,按照多段幂次方法处理得到材料的特征参数值,分别基于整体和塑性二段EPRI方法建立失效评定图,用断裂试验验证了基于EPRI建立失效评定曲线的有效性,并与标准规范中的通用评定曲线进行比较。结果表明:对于工业纯钛TA2,各评定标准的通用曲线是偏于保守的,本工作的研究成果有望更准确的用于含缺陷钛制承压设备的安全评定。     

工业纯钛TA2的焊接

本文通过分析TA2的焊接特点,提出了在生产过程中焊接该材料的注意事项及预防措施,并通过焊接工艺评定试验验证了其可焊性,成功应用于生产中,取得了良好的效果。     

含环向穿透裂纹正交各向异性TA2管道失效评定曲线

运用三维有限元弹塑性分析计算了含环向穿透裂纹各向同性和正交各向异性TA2管道的极限载荷,J积分以及失效评定曲线。研究了不同几何尺寸和不同裂纹尺寸的管道以及正交各向异性对失效评定曲线的影响。结果表明:正交各向异性管道与各向同性管道的极限载荷,J积分有明显差异。如果将正交各向异性材料视作各向同性,当内压与极限载荷比L_r0.9时,评定结果会比较保守,相反当L_r0.9时,评定结果会有一定的危险。对正交各向异性材料而言管道轴向力学性能强于环向时比较危险。因此对含环向穿透裂纹管道进行失效评定时,材料正交各向异性的影响不能忽略。     

工业纯钛TA2的焊接

通过对工业纯钛TA2焊接特点的分析及焊接温度场的确定,拟定了TA2钨极氩弧焊焊接工艺,着重对其钨极氩弧焊的保护措施、焊接规范参数的选择进行了实验与分析。通过实验对比,制定出了合理的规范参数,得到了满意的焊缝质量。     

工业纯钛TA2中低温蠕变特征研究

工业纯钛TA2中低温蠕变行为存在显著的温度及应力相关性。基于外加应力水平和蠕变应变的变化关系,确定不同蠕变温度下的门槛应力水平。根据短时蠕变实验数据,利用包含稳态蠕变速率的本构方程外推稳态蠕变速率,而后进行两组相对长时的蠕变实验,证明了工业纯钛中低温蠕变是存在稳态蠕变阶段的。利用稳态蠕变速率与应力关系,计算出工业纯钛室温蠕变应力指数为6.96,也说明了外推稳态蠕变速率的可靠性。由中低温蠕变激活能随着蠕变进行变化不大（≈60KJ/mol）,且一直大于以位错为变形主导机制的变形激活能（30-40KJ/mol）,表明孪晶对于工业纯钛中低温蠕变发展整个阶段均起重要作用。根据蠕变后试样孪晶结构随温度的变化解释了TA2蠕变行为的温度相关性,同时也证明了孪晶对于TA2蠕变行为的重要性.     

纯钛TA2表面等离子Nb合金化工艺研究

研究了纯钛TA2表面等离子Nb合金化工艺实验。分析了预轰击时间、放电气压、源极电压、工件电压、工件温度和保温时间等参数对渗层Nb含量的影响,在此基础上得到优化的工艺参数。结果表明:预轰击时间较长能够获得Nb含量较高的渗层;气压65 Pa可以得到最佳质量的渗层;合理的源极电压为600～500 V,工件电压为400～200 V;温度、时间的影响规律符合一般的扩散定律,适宜的处理温度为1000℃,保温时间为4 h。     

TA2钛板的复合氧化及耐蚀性

研究了TA2钛板复合氧化 (热氧化与阳极氧化的迭加 )获得氧化膜的形貌、成分和耐蚀性。结果表明 ,迭加方式不同 ,氧化膜形状特征不同。经复合氧化处理后 ,氧化膜外层由TiO2 和Ti2 O3 组成 ,内层由Ti2 O3 和TiO组成 ;随深度的增加 ,TiO2 含量逐渐减少 ,TiO含量逐渐增加 ,Ti2 O3 含量先增加后减少。复合处理后 ,TA2耐蚀性显著提高。     

TA2工业纯钛负压下间歇式气体渗氮

研究了负压条件下,不同氮氩混合比对TA2工业纯钛组织与性能的影响。结果表明：渗氮层主要由α-Ti、TiN0.3和TiN相组成。有效硬化层深度为 30～50 μm,氮氩比在1:5和1:1时渗层硬度较高且梯度平缓。腐蚀电位随氮分压的增大先提升后降低,腐蚀速率则先降低后增大。当氮氩比为1:1时,TA2渗氮层具有最优的综合性能。     

TA2受电弓角断裂失效分析

采用化学成分分析,拉伸试验,金相显微镜和扫描电镜等方法对TA2受电弓角断裂原因进行了分析。结果表明:TA2受电弓角的断裂为疲劳断裂,疲劳源位于螺栓孔处弯管的外壁,断口有清晰的贝纹线特征,疲劳扩展区观察到疲劳辉纹;螺栓孔的左侧靠外壁处有明显的挤压变形痕迹,螺栓孔受到高频次的碰撞或外力挤压是TA2受电弓角发生疲劳断裂的主要原因。最后提出了相应的改进措施。     

医用TA2纯钛剧烈塑性变形中的微观组织与力学性能变化

对TA2纯钛剧烈塑性变形过程中的微观组织与力学性能的变化规律进行了研究.结果 表明,原始的TA2纯钛由等轴的单一仅相构成,平均晶粒尺寸约为48 μm.ECAP变形和复合变形(ECAP+冷轧)可以有效细化晶粒,增加位错密度.在复合变形后,TA2纯钛的晶粒尺寸最为细小(约200 rim),位错密度更高,组织更加均匀.其屈服...     

工业纯钛室温下的应变速率敏感性及Hollomon经验公式的改进

通过实验研究了工业纯钛TA2在室温下应变速率范围为1×10-4～1×10-2s-1的拉伸力学性能。发现TA2的拉伸力学性能存在显著的应变速率敏感性,随着应变速率的增加,材料的强度提高、塑性下降,应变速率敏感性指数较高。通过对Hollomon经验公式σ=Kεnεm的推导和TA2实验数据的分析发现应变速率敏感性指数m和应变硬化指数n分别会受到应变和应变速率的影响,并且它们之间均呈指数关系。因此对Hollomon经验公式提出了改进,得到了TA2在室温下改进的Hollomon模型。与传统的Hollomon经验公式及Johnson-Cook模型相比,改进的Hollomon模型的预测结果与实验结果更加吻合,能更准确地表现材料的拉伸力学性能。     

TA2工业纯钛表面搅拌摩擦加工组织及性能

对TA2工业纯钛成功实现了搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing, FSP),研究FSP后搅拌区、热机影响区、热影响区组织特征,对比分析FSP加工区与母材的显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明：TA2工业纯钛表面经FSP后,搅拌区晶粒发生了剧烈的塑性变形、混合和破碎,实现组织结构的致密化、均匀化和细化;加工区平均硬度相对母材提高37.5%,当摩擦磨损圈数分别为1000、1500、2000 r时,摩擦磨损质量损失分别比母材减少31.4%、36.6%和46.4%,经FSP后TA2工业纯钛表面硬度和抗摩擦磨损性能明显提高     

工业纯钛TA2室温蠕变条件下裂纹尖端的参量表征与估算

通过试验、理论分析和有限元模拟对工业纯钛TA2室温蠕变条件下裂纹尖端应力应变场的参量表征及估算进行了研究。试验研究表明,在室温条件下,工业纯钛TA2存在明显的第1阶段蠕变现象。理论分析和有限元模拟表明,对TA2裂纹体进行保载时,裂纹尖端的应力应变场为HRR场,提出采用与时间相关的J积分来表征,并给出了估算方法。通过有限元计算,获得了TA2室温蠕变条件下CT试样的时间相关J积分值,论证了采用J积分来表征室温蠕变条件下TA2裂纹尖端应力应变场的合理性。将有限元计算与估算方法获得的J积分进行了比较,验证了估算方法的有效性和准确性。     

工业纯钛TA2的低温蠕变行为(英文)

对工业纯钛TA2在150℃（精对苯二甲酸装置钛冷凝器的工作温度）下的蠕变行为进行了研究。单轴拉伸蠕变试验结果表明,150℃下TA2材料蠕变第1阶段服从指数规律 ε = βt°。第1阶段蠕变衰减速度（时间指数口值）分别在160-200MPa和220-240MPa的试验应力范围内呈分阶段恒定的趋势。在较低的应力条件下（低于200MPa）,蠕变第1阶段的衰减速度较大,第2阶段存在蠕变饱和现象,且随着应力的降低,达到饱和所需的时间缩短。由此可以推论,第2阶段蠕变饱和的出现与第1阶段蠕变衰减速度密切相关,且在低温和较低的应力条件下,蠕变行为主要以第1阶段为主。     

纯钛(TA2)表面纳米化及其热稳定性研究

利用超音速微粒轰击(SFPB)技术对纯钛(TA2)试样进行了表面纳米化处理,并对SFPB处理后的试样进行不同温度的热处理。通过X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)、显微硬度计和透射电子显微镜(TEM)分析测试,研究纯钛表面SFPB处理后的纳米化机理及其热稳定性。结果表明:经SFPB处理后试样表层形成了尺寸约为20nm随机取向的等轴晶粒,变形机制以孪生为主,且随层深增加,形变孪晶逐渐由多系转变为单系。纳米化后在450℃热处理时,纳米晶未发生明显粗化,因而具有良好的热稳定性。     

预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹尖端应变场的影响

钛制承压设备在制造和服役过程中会产生塑性变形,影响其抗疲劳性能。为了研究预应变对工业纯钛TA2疲劳裂纹扩展行为的影响,本文对原始材料、预应变量为10%、20%和30%的材料进行疲劳裂纹扩展试验,结合数字图像相关(Digital image correlation, DIC)技术获取裂纹尖端应变场,研究预应变对裂纹尖端应变场的影响。结果表明：随着预应变量的增加,稳态疲劳裂纹扩展阶段的扩展速率减小,裂纹张开位移减小,裂纹张开载荷增大,裂纹尖端塑性区、塑性变形量以及循环塑性应变累积量均减小。因此预应变抑制了裂纹尖端的塑性变形及循环塑性累积,致使裂纹闭合效应愈加明显,从而抑制了裂纹的扩展。研究结果对钛制承压设备的安全评定具有参考意义。