低成本高性能钛合金研究进展

基于钛合金材料在新一代航空航天飞行器上大量使用,以满足减重、延长寿命的设计和使用要求,因此钛合金低成本化以及钛合金材料成形的低成本化已成为国内外钛工业领域研究的重要方向。发展具有我国自主知识产权的航空用高性能低成本钛合金材料及其加工技术,是提高我国钛合金材料在航空领域用量和应用水平的重要途径。介绍了国内外主要钛合金生产国一些低成本钛合金的研发背景、典型力学性能以及实际应用情况,指出了降低航空用高性能钛合金材料的发展思路。     

电子束冷床炉单次熔炼钛合金铸锭研究进展

电子束冷床炉单次熔炼钛合金技术是一种先进的钛合金铸锭低成本制备技术,引起了国际钛工业越来越多的关注。本文对电子束冷床炉单次熔炼钛合金技术从成分及组织控制、实际生产情况及电子束冷床炉单次熔炼直接轧制板材的性能评价等方面进行综合评述。     

制备工艺对TA7钛合金板材外观、力学性能和组织的影响

TA7钛合金可被用于制造飞机蒙皮、喷气发动机焊接轮环等中等强度的焊接结构件,但由于存在成形塑性差、易开裂、成品率低等问题,TA7钛合金板材的加工难度较大。为此,针对TA7钛合金板材的生产工艺进行了探索性实验,对比了3种不同制备工艺对TA7钛合金板材开裂情况、显微组织及力学性能的影响。结果表明:开坯轧制在低温区域进行,一火轧制后板材表面开裂明显,成品板材晶粒细小,但组织均匀性不高;开坯轧制在相变点附近的高温区域进行,一火轧制后板材开裂程度明显改善,成品板材晶粒有所长大,但组织均匀性依旧较差;开坯轧制在低温区域进行,且后期采用换向轧制得到的板材表现出最优的综合性能。此外,3种工艺制备的TA7钛合金成品板材的室温力学性能相差不大。     

TA15钛合金中板组织与力学性能研究

采用一次换向+四火次轧制、二次换向+四火次轧制和一次换向+三火次大变形轧制3种工艺制备了厚度10.0mm的TA15钛合金中板,研究了轧制工艺对板材显微组织和力学性能的影响。结果表明：3种TA15钛合金中板显微组织均为α+β两相区加工组织,但采用二次换向+四火次轧制的样品B显微组织中初生α相尺寸最为细小、等轴化程度最高;3种TA15钛合金板材室温和高温力学性能均符合GJB 2505A—2008标准要求,但采用一次换向+三火次大变形轧制的样品C室温和500℃高温抗拉强度横纵向差异最小,500℃高温持久性能最佳。     

TA6钛合金板材换向轧制工艺研究

通过设计两种换向轧制工艺,采用2 800 mm四辊可逆热轧机成功制备了满足GJB 2505A—2008标准要求的3.5 mm厚TA6钛合金薄板,并研究了轧制工艺对TA6钛合金板材显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:采用这两种不同轧制工艺轧制TA6钛合金板材,当总变形量为72%时,板材内部均为混乱的魏氏组织,且组织均匀性差,纵横向抗拉强度差值大于50 MPa;随着变形量增大,组织不断细化,强度不断提高,当变形量达到89%以上时,与B工艺相比,采用A工艺得到的板材组织均匀性更好,且纵横向抗拉强度差值小于20 MPa。采用A工艺制备的TA6钛合金板材退火后为细小均匀的再结晶组织,且力学性能满足GJB 2505A—2008标准要求。     

低成本高性能粉末冶金钛合金

粉末冶金是短流程制备低成本、高性能钛及钛合金的有效方法。低成本氢化脱氢（HDH）钛粉可用于制备粉末冶金钛合金制件,但由于受间隙原子含量高、烧结致密度低和微观组织粗大等因素影响,使粉末冶金钛制品的组织性能优势得不到发挥。实验采用氢化脱氢钛粉—冷等静压—真空烧结的技术路线制备了Ti-6Al-4V烧结坯,间隙原子含量低（O<0.16 wt.%, N<0.05 wt.%, H<0.015 wt.%）,具有均匀细小的近等轴?组织,良好的室温拉伸性能（UTS>930 MPa, YS>870 MPa, El>14%）。实验同时表明了HDH工艺制备低间隙原子含量钛粉的可行性,间隙原子含量的增加主要源于粉末及压坯的操作、转移和储存过程。得益于粉末冶金钛合金的细晶和近终成形特点,它无需通过开坯锻造,并且近成型的烧结坯能够提高材料利用率,减少后续热加工变形量及加工道次。因此,以粉末钛合金烧结坯替代锻坯进行后续的塑性加工能够大幅度降低钛合金构件及型材的成本。     

细晶TA15钛合金板材制备工艺及其超塑性研究

研究了β淬火和换向轧制对TA15钛合金板材显微组织和力学性能的影响,并对显微组织最为均匀细小的板材进行了超塑性能测试。结果表明,增加β淬火工艺,可以提高板材显微组织的均匀性,细化晶粒尺寸,提高板材的室温拉伸强度;采用换向轧制工艺,能够显著减小横纵向组织差异,提高组织均匀性,使板材横纵向性能差异减小;对同时采用β淬火和换向轧制工艺制备的板材进行超塑性拉伸试验,在850~920℃、0.001~0.01 s-1试验条件下,板材具有良好的超塑性能,且超塑性能对拉伸温度和拉伸应变速率均较为敏感。不同的应变速率下,温度对超塑性能的影响规律不同。     

利用成分不良的TC4钛合金铸锭制备合格板材的工艺研究

为了充分利用某批因添加回收料较多而造成O含量较高或不均匀的TC4钛合金铸锭,以该批铸锭为研究对象,研究了不同锻造工艺对锻坯组织及成品板材力学性能的影响。结果表明:经三火次锻造获得的7 mm厚热轧板材的力学性能不稳定且有较多不合格;经六火次锻造可获得以等轴和短棒状α相为主的双态组织,轧制后得到的4.5mm厚成品板材的伸长率可达12.5%~19%,且强度较高;经四火次锻造可获得以长条状α相为主的组织,轧制后得到的4.5 mm厚成品板材性能合格,伸长率为12.5%~17%。综合分析知,通过四火次锻造加三火轧制可得到组织均匀、性能稳定的TC4钛合金成品板材,实现对O含量较高或波动较大的TC4钛合金铸锭的应用,且生产成本较低。     

聚变堆中面向等离子体的钼板材制备工艺研究

通过对比采用轧制方法和锻造方法生产的钼板材的组织和力学性能,研究了面向等离子体钼板材的制备工艺。结果表明:采用板坯轧制方法生产的钼板材经过完全再结晶退火之后,尽管密度较大,但轧制面方向上金相组织晶粒较粗大,强度值明显偏低;采用钼棒坯经过大加工率锻造加工后生产出的钼板材同样经过完全再结晶退火处理后三向晶粒组织和强度值均匀,可满足聚变堆中钼板材料的使用要求,且进一步加大锻造加工率,可进一步提高板材的强度和密度。     

热加工工艺对Ti70板材组织和力学性能的影响

文章对Ti70钛合金进行了不同轧制工艺条件下的轧制试验，并结合后续的退火试验，对不同轧制工艺以及热处理工艺对板材的微观组织、力学性能的影响进行了表征分析。轧制工艺条件主要包括火次加热温度、单道次变形量、成品热处理温度。试验结果表明适当降低成品火次轧制温度，在较低温度下发生了较大变形，畸变能大、形核点多，因而随后退火后再结晶更加充分，组织更细小、均匀，α相等轴化程度更高，能够有效提高板材强度约30 MPa。同时采用700℃热处理时，板材强度和塑性匹配较好。     

一种短流程TC25G钛合金高均匀棒材的制备方法

<正>申请号：CN202211414438.5申请日：20221111公开（公告）日：20230303公开（公告）号：CN115722618A申请（专利权）人：西部超导材料科技股份有限公司摘要：本发明属于有色金属加工技术领域,涉及一种短流程TC25G钛合金高均匀棒材的制备方法。根据合金反复再结晶细化晶粒的原理,优化设计工艺路线,通过加热温度、变形量和变形方式的优化设置以及加热和锻造参数的精确控制,获得组织均匀一致的TC25G钛合金棒材。     

基于氢化脱氢钛粉制备低成本高性能钛合金

粉末冶金是短流程制备低成本、高性能钛及钛合金的有效方法之一。采用氢化脱氢(HDH)制粉—冷等静压成形—真空烧结致密化的技术路线制备了间隙原子含量低(O 0. 16%、N 0. 05%、H 0. 015%,质量分数)、具有均匀细小近等轴α组织且室温拉伸性能(R_m为840～950 MPa、R_(P0. 2)为770～900 MPa、A为12%～16%)良好的Ti-6Al-4V合金烧结坯,证明了HDH工艺制备低间隙原子含量钛粉的可行性,而间隙原子含量的增加主要源于粉末及压坯的操作、转移和储存过程。由于粉末冶金钛合金具有细晶和近净成形的特点,无需开坯锻造,并且近净成形的烧结坯能够提高材料利用率,减少后续热加工变形量及加工道次。因此,以粉末钛合金烧结坯替代锻坯进行后续的塑性加工能够大幅度降低钛合金构件及型材的成本。     

800mm四辊可逆热轧钛合金板材轧机浅析

介绍了800mm四辊可逆热轧钛板机组,包括它的工艺参数、设备组成、主要技术参数的选择及工艺特点,根据钛合金材料的轧制机理,简要分析了钛板热轧机组在一定的温度范围内进行可控轧制的特点。对钛合金板材新工艺加工的进一步开发具有一定意义。     

装甲钛合金的研究与应用现状

综述了国内外装甲钛合金的研究现状,主要论述了抗弹性能及抗毁伤机理、附加装甲结构单元技术、应用基础研究等;介绍了抗弹性能考核评价及板材验收规范,主要包括抗弹性能考核评价方法、抗弹性能指标体系建立、板材验收标准制定情况等。通过对装甲钛合金应用现状和发展趋势的分析,加深人们对装甲钛合金材料和应用技术的理解,推动装甲钛合金材料的工程化应用。在进一步论述装甲钛合金应用现状的基础上,提出了未来装甲钛合金研究发展趋势。     

钛及钛合金板材真空蠕变矫形炉研制及其应用

为了满足我国航空航天等领域对钛及钛合金板材的需求,占领国内外钛及钛合金板材的高端产品市场,宝钛集团有限公司研制了真空蠕变矫形炉。该设备属国内首创,与国外同类设备相比自动化程度、主要技术性能指标、使用效果以及生产的钛及钛合金板材质量均已达到国际先进水平。自2007年到2009年3年间为宝钛集团新增产值57 560万元,新增利润8 000万元,不仅满足了国内航空航天等领域的需求,还为国外客商提供了大量的产品,使我国的钛及钛合金板材加工技术上了一个台阶,提升了中国制造的影响力。     

1000MPa级大规格宽幅高强高韧钛合金板材研制取得阶段性成果

<正>2022年8月,宝鸡钛业股份有限公司(以下简称宝钛)与中国科学院金属研究所共同承研的1000 MPa级大规格宽幅高强高韧钛合金厚板研制项目取得阶段性成果,项目团队在宝钛成功研制出单重8.7 t, 规格为55 mm×2200 mm×15 700 mm的1000 MPa级高强高韧钛合金板材。研制过程中,项目团队攻克并掌握了超大型高强高韧钛合金铸锭熔炼、大型宽幅超厚高强高韧钛合金板坯制备、宽幅超长高强高韧钛合金板材轧制等一系列关键技术,     

热加工及热处理工艺对TC21钛合金板材微观组织和力学性能的影响

对TC21钛合金板材进行不同工艺的热轧制及热处理试验,阐明了不同工艺条件下微观组织的演变规律,明确了板材强塑性、冲击功以及断裂行为与不同显微组织之间的对应关系。研究表明,随着轧制温度从930℃升高至1060℃,板材显微组织依次由板条组织变为等轴组织再变为双态组织,该过程中板材强度降低,塑性变化不大,冲击韧性无明显的规律性,960℃和1060℃轧制时板材冲击韧性较高;通过热处理同样可以有效调控显微组织,随着固溶温度从900℃升高至960℃,再经相同工艺时效处理后,原始的α相向β相转变,并在固溶温度为960℃时析出细小的α板条,该过程中强度先升高后降低,塑性和冲击韧性则先降低后升高。960℃轧制得到的TC21钛合金板材经过960℃×2 h/AC+590℃×4 h/AC热处理后,可获得较好的强韧匹配。     

退火温度对钛合金板材组织及硬度的影响

钛合金板材因具有优越的性能而被广泛的应用于我国航空航天领域,并取得了显著的成效。随着钛合金板材应用领域的扩大,对钛合金性能提出了更高的要求。本文基于退火试验,对钛合金板材的显微组织和硬度进行了研究,结果表明,退火温度对钛合金板材的显微组织影响较大,对钛合金板材的硬度影响不太明显,但总体上硬度差异与钛合金板材的显微组织变化相吻合,即二者之间存在一定的变化规律。     

国内高温钛合金板材研究现状

钛合金具有比强度高、密度低、耐蚀性、抗氧化、抗蠕变性能好等特点,已经成为航空航天领域的首选材料。随着高温钛合金板材在航空、航天高温承力结构件等方面的推广应用,国内对高温钛合金板材的关注度也逐步提高。本文简要介绍了国内高温钛合金材料的发展历程,并综述了典型牌号的高温钛合金板材研究现状。     

钛棒线材短流程制备新技术

从钛及钛合金的熔炼、铸造特性、等离子冷床炉的工作原理等方面分析了钛棒坯进行半连续铸造的可能性,从三辊行星轧机的工作原理、材料在变形时的受力状态、钛合金的塑性变形特性等方面对铸造钛棒坯三辊行星轧制可行性进行了分析。指出,真空等离子冷床炉半连续铸造棒坯——三辊行星轧机开坯轧制是一种钛棒线材的高效率、短流程加工新技术,是今后的研究发展方向。