钛合金超塑成形／扩散连接技术在飞机结构上的应用

70年代初发展起来的钛合金超塑成形／扩散连接技术,即SPF/DB(SuperplasticFormingandDiffusionBonding)技术,利用社合金在特定的显微组织、温度及拉伸量下,其延伸率超过100％,甚至可达1000％的特性,进行超塑成形;在同等条件下,通过原子间相互扩散而起到连接作用。由于超塑成形与扩散连接外部条件一致,SPF与DB组合即SPFQB技术．铁合金起塑成形在超塑温度和专用的SPFpB机床上,用惰性气体,将工件在封闭的模具内吹塑成形．利用SPFDB技术,可以克服钛合金冷加工工艺性差、成形困难的缺点,成形出整体的无连接件形状复杂的…     

TA15钛合金板材单向拉伸超塑变形行为研究

采用TA15钛合金板材,研究了在860～980℃,8.3×10-4～1.7×10-3s-1条件下进行的超塑拉伸性能。结果标明:随着变形温度的升高,延伸率先增加后降低;在940℃、应变速率为1.7×10-3s-1、垂直轧制方向获得最大延伸率为1370%。随着变形温度的升高和拉伸速度的降低,等轴α晶粒尺寸增大。变形温度为940℃时诱发次生α相的析出,少量的层片组织对提高延伸率具有一定的作用。     

钛合金超塑板制备研究进展

超塑成形/扩散连接(SPF/DB)技术为钛合金在航空航天领域的应用打开了一条通道,该技术的发展也对所需的钛合金超塑板提出了更高的要求。介绍了国内外在TC4钛合金超塑板、新型钛合金低温超塑板和新型短时高温钛合金超塑板方面的研究进展。指出,我国经过三十多年的持续技术攻关和应用经验积累,钛合金超塑板的生产技术水平基本与国际先进水平同步,尤其是自主研发的特种轧制技术,能够有效控制钛合金超塑性板材的晶粒度和各向异性,保证后续SPF/DB工艺的需要。最后对我国钛材研发企业提出了几点建议,指出了未来钛合金超塑板研究的工作重点。     

TA15钛合金的普通退火

研究了退火温度对TA15合金棒材、锻件拉伸性能和显微组织的影响。结果表明 :大规格棒材、锻件的强度随退火温度升高而提高 ,升幅在 60MPa左右。强度的提高与亚稳定β相在临界温度以上的分解有关     

热处理工艺对TA15钛合金冲击性能的影响

热处理工艺是调整TA15钛合金显微组织和力学性能的重要手段之一。以往文献较多地研究了热处理制度对TA15钛合金拉伸性能的影响。研究了退火温度对TA15钛合金锻件、棒材显微组织和冲击性能的影响,目的是通过改变退火温度调整合金的显微组织参量,改善TA15钛合金冲击性能。其结果表明:提高退火温度可以增加初生α相尺寸和次生α相片层厚度,从而提高合金的冲击性能。特别是对小规格锻件,退火温度从810℃提高到850℃,冲击值可提高10 J.cm-2以上。     

TA15钛合金挤压薄壁型材拉伸性能及差异性研究

针对"直接热挤压"和"热挤压+脉冲锻打"TA15钛合金薄壁型材的室温力学性能及差异开展实验研究。通过对型材不同位置切取的试样进行拉伸试验,获得了型材抗拉强度和屈服强度分布规律,并对性能数据分布的均匀性和一致性进行深入分析。结果表明,"直接热挤压"态型材的抗拉强度和屈服强度数值分布较分散,强度离散系数大于3.5%;而"热挤压+脉冲锻打"态型材的抗拉强度和屈服强度数值分布相对集中,不同批次型材之间的力学性能一致性较好,强度离散系数均小于3%。进一步分析表明,2种状态型材之间的性能差异与型材表面状态、表面细晶层和截面尺寸有关。脉冲锻打能够改善型材表面细晶层分布的均匀性和截面尺寸精度,从而改善型材力学性能分布的均匀性和一致性。     

TA15钛合金管材温拉伸工艺研究

本文主要对Ta15钛合金管材温拉伸时变形量对管材的性能、模具参数对尺寸精度、润滑工艺对表面质量的影响进行了研究。通过研究表明采用本次确定的拉伸工艺能够生产出尺寸精度和性能指标完全达到标准要求的管材。     

TA15钛合金冷轧板材异常组织剖析

主要针对中试试验中TA15钛合金冷轧板材异常性非等轴组织形貌进行分析,为进一步稳定其轧制工艺及进行工业化生产提供帮助。     

Fe元素对TA15钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了添加少量的Fe元素(0.2%,质量分数)对TA15钛合金力学性能的影响。对比分析了未添加Fe元素的TA15合金和添加了0.20%的Fe元素的TA15合金(TA15-Fe)的拉伸性能、冲击韧性、断裂韧性、高温持久性能,并利用能谱仪测试了合金中主要元素的分布情况。研究结果表明:添加少量Fe元素对TA15钛合金的显微组织没有明显影响;两种合金的冲击韧性和室温、高温断裂韧性也基本无差异;而TA15-Fe钛合金的室温、高温抗拉强度较TA15钛合金提高约15 MPa,但在500℃下的持久寿命显著降低。这是由于Fe元素在β相内富集,起到固溶强化作用,从而提高了合金的抗拉强度;到了500℃Fe元素扩散迅速,从而加速了基体内原子和空位的运动,导致持久过程中位错攀移阻力下降,因此持久寿命降低。     

烧结温度对SPS制备TA15钛合金组织与拉伸性能的影响

利用放电等离子烧结法(SPS)制备TA15钛合金试样,并采用扫描电子显微镜、自动转塔显微硬度计和电子万能试验机研究烧结温度对合金显微组织、硬度与力学性能的影响。结果表明,烧结温度对TA15钛合金微观组织具有显著影响,当烧结温度在900℃以上时,TA15钛合金由等轴组织转变为魏氏组织,且原始β相尺寸增大,魏氏组织中片层间距更加细密。在烧结温度850℃、烧结时间5 min、烧结压力40 MPa条件下,TA15钛合金具有最佳的力学性能,室温抗拉强度和屈服强度分别为1032.15、943.39 MPa,延伸率为17.72%。     

TA32钛合金板材的超塑性能研究

研究了真空环境中TA32钛合金板材在温度950℃、应变速率5.32×10^-4~2.08×10^-2 s^-1条件下的超塑性变形行为。结果表明,在不同应变速率条件下,合金的流变应力曲线特征和显微组织演变显著不同。在应变速率较低(5.32×10^-4~3.33×10^-3 s^-1)条件下,拉伸真应力-真应变曲线呈传统超塑变形的稳态流动特征,变形后的合金中初生α相晶粒尺寸较大;在高应变速率(8.31×10^-3 s^-1~2.08×10^-2 s^-1)条件下,拉伸真应力-真应变曲线中流变应力增大到峰值后快速单调递减直至试样断裂,合金变形过程中初生α相发生动态再结晶,晶粒尺寸较低应变速率条件下显著细化。950℃时,TA32钛合金板材均具有超塑性变形能力,超塑性延伸率在145%~519%之间;当应变速率为5.32×10^-4 s^-1时,具有最佳的超塑性,拉伸延伸率可达519%。断裂区形貌分析发现,TA32钛合金板材的超塑性断裂模式为空洞聚集-连接-长大型断裂。     

TA15钛合金薄板平直度控制工艺初探

根据长期积累的钛及钛合金轧制经验以及TA15钛合金的性能特点,设计了TA15钛合金薄板的1^#轧制方案,并按照1^#轧制方案试制了140kgTA15钛合金薄板。分析影响薄板板形的主要因素为：①热轧工作辊的冷却;②单向轧制。提出了解决薄板平直度的2。轧制方案,并按照2^#轧制方案又试制了205kgTA15钛合金薄板。结果表明,改进后的2^#轧制方案制备出的TA15钛合金薄板,满足18mm／m平直度要求,板形的一次检验合格率为94％,且各项性能指标达到标准要求。     

超大规格TA15钛合金棒材锻造工艺研究

分别采用一次镦拔、两次镦拔和直接拔长3种开坯锻造工艺锻制了400 mm TA15钛合金棒材,并对比分析了棒材的低倍组织、显微组织、力学性能以及探伤杂波水平。结果表明,在铸锭开坯时通过两次镦拔变形增加β相区的变形量,在中间锻造及成品锻造时保证变形量分别大于40%和30%,再经800℃×2 h/AC热处理后,可以得到边部、1/2R处及心部组织均匀细小的Ф400 mm TA15钛合金棒材,且各项力学性能符合用户标准要求,探伤杂波水平可达Ф3.2 mm-9 dB。     

TA15合金及其在飞机结构中的应用前景

总结分析了TA15合金的成分、组织、力学性能、工艺性能和相关使用性能。TA15合金作为一种新型的近α型钛合金,具有较好的综合力学性能以及优良的锻造、热处理和焊接工艺性能。TA15合金可用来制造飞机隔框、壁板等工作温度较高、受力较复杂的重要结构零件。     

钛合金-不锈钢相变超塑性扩散连接接头分析

探讨了TA17钛合金和OCr18Ni9Ti不锈钢相变超塑性扩散连接工艺；分析了接头微观组织结构，元素的扩散及断口形貌。结果表明，钛合金和不锈钢两侧的元素有不同程度的扩散，在界面处形成β-Ti、TiFe和TiFe2。控制金属间化合物厚度在5μm以内可以提高接头强度。接头受力的主要物相是以β-Ti为基的固溶体，该物相的面积对接头的强度影响很大，面积越大，接头强度越高；反之越低。     

TA15合金应变速率循环超塑性研究

采用应变速率循环法（基于时间间隔）研究了TA15合金的超塑性。在变形温度分别为850,900,950℃,应变速率范围为5×10^-6～5×10^-4s^-1的实验条件下,考察了工艺参数对流变应力、m值及其超塑性的影响。结果表明,TA15合金具有较好的超塑性,最佳变形温度为900℃,伸长率为846％。