锻造变形量对TC4-DT钛合金锻件组织与力学性能的影响

TC4-DT钛合金是一种高强高韧损伤容限型钛合金,常被用于新型飞机制造中,而变形量会对该合金的组织产生重要影响,并最终决定其力学性能。为此,本实验以300 mm×180 mm的TC4-DT钛合金棒材为原料,进行3种不同变形量的锻造变形,研究锻造变形量对锻件组织和力学性能的影响。结果表明:变形量太大或太小均会引起锻件内部显微组织不均匀,同时引起锻件不同部位力学性能存在较大的偏差,经综合分析确定TC4-DT钛合金合理的锻造变形量为35%左右。     

形状比对TC4-DT钛合金厚板轧制变形渗透性影响规律

基于热模拟压缩试验得到的流变应力曲线,建立了TC4-DT钛合金厚板单道次热轧模拟仿真平台,对不同压下率和形状比条件下的热轧过程进行仿真分析,以等效塑性应变为0.2作为透性衡量指标,研究了板坯厚度方向变形渗透规律。经拟合,得到TC4-DT钛合金轧制时形状比(SR)与变形渗透深度的经验公式为:y=29.1exp(3.2SR)-60.66。提高形状比可显著改善TC4-DT钛合金厚板心部的变形程度,提高板材的一次合格率。     

热处理制度对TC4-DT钛合金组织与性能的影响

采用4种热处理制度对TC4-DT钛合金锻件进行处理,研究不同热处理制度对其组织与性能的影响。结果表明:经730℃×45 min/AC退火处理后,组织为双态组织,冲击韧性和伸长率较高,断裂韧性较低;经1 010℃×45min/AC退火处理后,组织为魏氏组织,断裂韧性居中,抗拉强度达到最低值;经950℃×45 min/WQ+480℃×6 h/AC处理后,获得细小等轴组织,抗拉强度最大(1 082 MPa),并且断裂韧性和断面收缩率有较大提高,但冲击韧性有所下降;经1 010℃×45 min/WQ+480℃×6 h/AC处理后,获得魏氏组织,断裂韧性最佳(94.5 MPa·m1/2),强度也较高,但冲击韧性、断面收缩率、伸长率达到最低值。     

TC4-DT激光熔丝增材制造微观组织与力学性能研究

激光熔丝增材制造技术在航空航天、海工船舶等领域应用前景广阔.针对TC4-DT材料,在初步优化的工艺参数下,通过激光熔丝增材制造技术制备金属试样,并对试样进行固溶-强化热处理,研究激光熔丝沉积态及热处理态的微观组织、缺陷及室温拉伸力学性能.研究发现,激光熔丝TC4-DT成形态组织为粗大的柱状晶及针状α'马氏体,热处理后转...     

TC4-DT钛合金的相变过程原位观察

利用共聚焦显微镜原位观察了存在强织构和正常两种组织的TC4-DT钛合金从室温升温至1 200℃过程中的组织演变,并且与在室温下采用光学显微镜获得的照片进行了对比研究。结果表明,试样加热温度大于500℃时,无需化学浸蚀即可以进行原位观察。试样加热至950℃(Tβ-35℃)时,可观察到球状α相逐渐消失,加热至1 000℃(Tβ+15℃)后观察不到球状α相,判断α→β相转变的温度区间应在950~1 000℃。此外,正常组织试样加热至1 000℃时已经能观察到β晶界和晶界滑移现象,而存在强织构的组织加热至1 170℃左右时才观察到明显的β晶界和晶界滑移现象。强织构会阻碍晶粒再结晶长大,只有加热至Tβ以上一定温度时,晶粒才能再结晶长大。     

固溶-时效对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

采用不同制度固溶-时效的热处理方式对TC4 钛合金棒材进行热处理,并通过金相观察、力学性能检测研究了固溶-时效对钛合金棒材的微观组织和力学性能的影响.金相观察发现,固溶后大部分α相转变为亚稳相β相、α'相和α"相,时效处理后将亚稳相转变为细小稳定等轴组织与片层组织.力学性能检测结果表明:固溶水淬延迟时间在10s,时效温...     

准β热处理工艺对TC4-DT钛合金组织和性能的影响

通过改变单相区保温时间,研究了5种准β热处理工艺对TC4-DT钛合金组织和力学性能的影响。结果表明:保温40 min及以下时,为网篮组织,而保温50 min及以上时,组织呈现魏氏组织特征,随保温时间延长,晶粒尺寸增大,片状α相更细更长;合金强度和断裂韧性随保温时间的延长呈递增趋势,而塑性逐渐变差。TC4-DT钛合金在单相区保温50 min时,具有较好的强度、塑性以及断裂韧性匹配,强度可达865 MPa,断面收缩率可达31%,而断裂韧性能够达到99 MPa·m~(1/2)。     

TC4-DT钛合金热变形机制及加工图

用Gleeble-1500型热模拟机研究TC4-DT钛合金在850~1 100℃、应变速率0.001~10 s-1、变形量70%条件下的高温压缩热变形行为,分析了该合金的流变应力行为以及显微组织演变规律,建立了该合金的本构关系模型以及热加工图。研究结果表明,TC4-DT钛合金在两相区和β相区的热变形激活能分别为544.03 k J·mol-1和264.32 k J·mol-1,分别大于纯α相和纯β相的自扩散激活能,表明TC4-DT钛合金热变形由高温扩散以外的过程控制。在两相区热变形时,原始组织发生了不同程度的球化,且变形温度越低球化效果越好。在β相区热变形时,低应变速率下(0.001~0.1 s-1)主要发生动态再结晶,而高应变速率(1~10 s-1)下主要发生动态回复,动态再结晶行为受到抑制。TC4-DT钛合金的失稳区主要分布在低温高应变速率区域,变形温度主要在850~940℃,应变速率主要在0.1~10 s-1,功率耗散率η值小于28%。     

TC4-DT钛合金疲劳长裂纹扩展速率的数学描述方程

针对经准β热处理获得的片层组织TC4-DT钛合金的疲劳长裂纹扩展速率实验结果,通过数值分析和线性回归拟合,推导了Paris方程、Forman方程和Elber方程的数学表达式,并对拟合结果的相关系数和误差进行了分析,对比了3种数学方程对片层组织TC4-DT钛合金疲劳长裂纹扩展速率的拟合精度。在此基础上,对已有模型进行优化和修正,提出了F-E分段方程。该方程以片层组织TC4-DT钛合金裂纹扩展速率曲线上转折点对应的应力强度因子幅ΔKt为分界点,分别对实验数据进行数值分析和线性回归拟合,具有较高的拟合精度。     

不同组织形态TC4钛合金力学性能研究

对常见几种组织形态的TC4钛合金的拉伸性能、硬度进行了测试.利用金相显微镜观察各试样的显微组织特点,利用扫描电子显微镜分析拉伸断口形貌,并对几种组织形态力学性能存在差异的原因进行了分析.实验结果表明:具有双态组织的3#试样的强度与塑性匹配最好,且强度最高;5#试样所具有的魏氏体组织,在提高了拉伸力学性能指标的同时,硬度...     

不同锻造工艺对TC4钛合金棒材显微组织与力学性能的影响

研究了α+β两相区锻造、近β锻造和β锻造3种不同锻造工艺对TC4钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明,TC4钛合金经α+β锻造、近β锻造和β锻造3种工艺锻造后,分别获得等轴组织、混合组织以及片层组织;3种组织的强度相当,等轴组织和混合组织的塑性较好,混合组织和片层组织的冲击韧性较好。采用近β锻造方式,可使TC4钛合金棒材获得最佳的综合性能。     

大规格TC4钛合金厚板研制

采用经三次真空自耗电弧熔炼、多向锻造得到的TC4钛合金板坯为原料,以热模拟试验所获得的热加工图为参考,利用西部钛业有限责任公司2 800 mm四辊热轧机成功制备出了宽度为2 300 mm,厚度达到40~70 mm的大规格TC4钛合金厚板,研究了热轧工艺对其组织和室温力学性能的影响。结果表明,轧制温度、道次变形率和应变速率是制备大规格TC4钛合金厚板的关键工艺因素。所制备的TC4钛合金厚板的显微组织为双态组织,由平均晶粒尺寸为25μm的等轴初生α相、拉长的次生α相及晶间β相组成,其室温抗拉强度为925~960 MPa,屈服强度为870~910 MPa,延伸率为12.0%~14.5%。     

TC4-DT损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展特性的研究

研究了典型的损伤容限型钛合金Ti-6A1-4V ELI（TC4-DT）的断裂韧度KIC、疲劳裂纹扩展速率da／dN以及疲劳门槛值△Kth等损伤容限性能与微观组织的关系，讨论了不同应力比（尺值）条件下片状组织与双态组织的疲劳裂纹扩展特性，并与Ti-6A1-4V（TC4）钛合金进行了比较分析。研究结果为高损伤容限型钛合金的微观组织设计和探讨微观组织对损伤容限性能的影响机理奠定了基础。     

热处理对激光选区熔化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了激光选区熔化(SLM) TC4钛合金沉积态和退火态显微组织的特征及其对力学性能的影响规律。结果表明:合金组织沿激光选区熔化成形高度方向呈现外延生长,形成柱状晶,晶内存在大量的针状马氏体α’相。退火后,晶内的针状α’相转变为α+β板条组织。随着退火温度的升高,组织中α相含量逐渐降低,α片层逐渐粗化,β相含量逐渐升高;室温拉伸强度逐渐降低,塑性逐渐升高,显微硬度逐渐降低。经过800℃×2 h/FC退火热处理后,激光选区熔化成形TC4钛合金具有最佳的强度与塑性匹配。     

激光快速成型TC4钛合金的力学性能

金属零件的激光快速成型是结合CAD／CAM、高功率激光熔覆和快速原型制造的先进技术。研究了用激光快速成型技术制造TC4钛合金的力学性能，分析了低温退火和热等静压处理对力学性能的影响，并且测量了成型后试件的含氧量，观察了拉伸试件的断口形貌。研究结果表明激光快速成型制造的TC4钛合金的力学性能高于铸造组织的力学性能，达到了锻造组织的力学性能。     

不同热处理工艺下TC4-DT钛合金的显微组织及力学性能

研究了几种热处理制度对TC4-DT钛合金板材显微组织和力学性能的影响。结果表明:等轴或双态组织具有好的拉伸性能,片层组织能够有效提高材料的断裂韧性;控制单相区固溶的冷却速度以及第二重热处理的温度和冷却速度,可以获得不同尺寸的片层组织;单相区固溶后空冷,再经两相区第二重热处理,空冷的组织中含有粗的初生α片层和细小的次生α片层,炉冷的组织中α片层变厚,单相区固溶后水冷得到马氏体组织,在两相区热处理保温时,马氏体组织直接分解成粗的α片层。采用1 015℃/1 h/AC+955℃/1.5 h/AC+550℃/6 h/AC多重热处理,可以获得粗细相间的片层组织,具有更好的强度-塑性-断裂韧性的综合匹配。     

热处理对航空用TC4钛合金薄板力学性能影响研究

研究了TC4钛合金薄板经普通退火、α+β两相区固溶加时效处理及β单相区固溶加普通退火处理后,显微组织与力学性能的关系。结果表明,普通退火处理对TC4钛合金板材显微组织的影响较小,α+β两相区固溶加时效处理后能够获得双态组织,而β单相区固溶加普通退火处理能获得粗大的魏氏组织;其中双态组织的TC4钛合金薄板表现出优异的拉伸性能,而魏氏组织的TC4钛合金薄板具有较低的疲劳裂纹扩展速率及较高的裂纹扩展阻力。     

固溶-时效对粉末成形TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了固溶温度、冷却方式以及时效温度对粉末成形TC4钛合金相组成、微观组织以及力学性能的影响,分析了固溶-时效热处理过程中微观组织变化及析出强化机制.结果表明,在两相区固溶处理,随固溶温度的升高,初生α相含量不断减少;单相区固溶处理后,初生α相全部溶解,析出相呈片层状;固溶时采用水冷可获得α+α′组织,时效过程中马氏体...     

TC4钛合金轧板的织构对动态力学性能影响

利用分离式Hopkinson压杆试验装置,对具有不同织构特征的TC4合金试样进行动态压缩试验,分析织构特征对钛合金轧板各方向动态力学性能的影响。结果表明,900℃轧制板材的主织构为{1219}<12391>±30°RD,织构强度为10.557,在φ1=15°时出现峰值,有一定的织构分散,其中晶面{1219}平行板材的轧面,与基面{0001}夹角26.6°,晶向由〈1010〉向〈6 331〉方向漫散;950℃轧板的主织构为{1219}〈5321〉±20°RD,织构类型与900℃轧板相似,但织构强度为6.387,相对900℃轧板较弱,晶向由〈7341〉向〈4311〉方向漫散,在φ1=35°出现峰值;1050℃轧制板材的主织构为{12 19}〈1010〉,织构比较集中,织构强度为15.333,晶向〈101-0〉平行板材的轧向,与c轴为90°夹角。950℃轧制的TC4板材,织构强度较弱,其轧向(RD)、横向(TD)、法向(ND)的动态流变应力和动态均匀塑性应变差别不明显。900℃和1050℃轧制的TC4板材,由于织构强度较高,轧板存在明显的各向异性:TD方向的动态流变应力最高,ND次之,RD最低;RD方向的动态均匀塑性应变最大,ND次之,TD最小。     

时效温度对TC18钛合金组织性能的影响

TC18钛合金是一种高强度、高合金化的α+β两相区合金[1],通过对该合金棒材在同一热处理制度下进行固溶后,采用不同的温度进行时效处理,从而找出时效温度对该合金组织性能的影响规律。结果表明:随着时效温度的升高,显微组织中初生α相相应增加,强度按线性降低,塑性按线性升高,冲击韧性总体呈升高趋势,但在530℃至560℃时有突变。