基体硬度和热学性质对冷喷涂TC4钛合金涂层组织和力学性能的影响

钛合金蜂窝壁板在服役中受损急需修复,现有的修复手段以熔化焊为主,易导致严重冶金缺陷,而冷喷涂的相对低温可使此问题得以避免。采用冷喷涂在AA2024铝合金和TC4钛合金基体上制备了TC4钛合金涂层,借助SEM、XRD、维氏硬度试验、三点弯曲试验研究了基体硬度和热特性对涂层微观组织和力学性能的影响。结果表明,与AA2024基体相比,硬度较高、比热容和导热系数较低的TC4基体与TC4涂层间界面的起伏较小,颗粒表面温度较高,颗粒接触面形成宽度约为5μm的绝热剪切带,促进了冶金结合。因此,TC4基体表面冷喷涂涂层的孔隙率较低,沉积特性较好;涂层平均微观硬度较高,弯曲性能较好,断口平整,呈脆性断裂,未发生相变。本实验证实了通过喷涂修复钛合金构件的可行性。     

TC4钛合金低压真空氮化改性层的制备与性能

采用低压真空渗氮的方法,在TC4钛合金表面制备了与基体结合良好的改性层.通过金相观察、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)分析了表面改性层的组织结构,并对改性层的显微硬度及耐磨性进了测试.结果表明:TC4钛合金经低压真空渗氮处理后,表面可获得由TiN和Ti2 AlN组成的氮化物改性层,组织均匀致密,氮化物颗粒细小,硬化层与基体结合良好,表面硬度为1100～1200HV,心部硬度为300～320HV,硬化层深度可达60～70μm,硬度梯度平缓,耐磨性优良.     

医用TC4ELI钛合金板材缺陷分析

某医用TC4ELI钛合金板材在进行低倍检查时发现其存在贯穿的亮带缺陷,通过金相检验、扫描电镜分析、能谱分析和硬度测试,对缺陷种类和形成原因进行了分析。结果表明:该缺陷为富钛+间隙元素偏析缺陷,是由钛合金铸锭生产过程中海绵钛粒度不均匀、中间合金混料分布不均匀导致的;建议通过控制原料和熔炼工艺来减少或消除该缺陷。     

TC4钛合金低倍组织中亮条的分析

TC4钛合金低倍组织中经常有亮条缺陷，从而引起航天产品的失效，本文对亮条的断口特征，金相组织，化学成分和显微硬度进行了分析，证实亮条是原材料化学成分偏析，并讨论了亮条的产生原因和预防。     

不同温度下等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦磨损性能EI北大核心CSCD

采用等离子渗氮技术提升TC4钛合金的耐磨性并探究最优渗氮温度。利用LDM 1-100型等离子渗氮设备,在650,700,750,800,850℃和900℃温度下对TC4钛合金进行渗氮处理,保温时间均为10 h。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、白光三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计分别对不同温度渗氮试样的微观组织结构、表面形貌、表面粗糙度、相结构和硬度进行表征。利用CETR UMT-3型多功能摩擦磨损试验机测试等离子渗氮后TC4钛合金的摩擦学性能。结果表明:TC4钛合金表面显微硬度和粗糙度随温度升高而增大,在900℃渗氮后TC4钛合金表面显微硬度达到了1318HV 0.05,约为基体(360HV 0.05)的4倍。硬度的升高是由于渗氮后试样表面形成了硬质氮化物相(TiN和Ti2N相),且随着渗氮温度升高氮化物的含量增加。相较于低温渗氮(低于750℃)的试样,850℃和900℃渗氮试样的承载能力显著提升。与原始TC4试样相比,渗氮处理后试样的磨损体积显著降低。当渗氮温度为850℃时,试样磨损体积为未处理试样磨损体积的1.2%(1 N),3.0%(3 N)和62.2%(5 N),试样的耐磨性提升更为显著。     

超声冲击对TC4钛合金组织和性能的影响

对TC4钛合金试样表面进行超声冲击强化处理。利用维氏显微硬度仪测量冲击后沿截面方向硬度分布,利用扫描电子显微镜观察经超声冲击后组织变化,利用X射线衍射仪测定冲击后表层晶粒尺寸和微观应变。试验结果表明,经超声冲击后,TC4钛合金的组织和力学性能发生了显著变化。随着冲击功率的增大．显微硬度显著提高,表层晶粒细化并产生一定数值的微观应变。     

热处理温度对选择性激光熔化TC4钛合金板不同成形面组织和性能的影响

通过热处理试验、金相检验、扫描电镜观察、X射线衍射分析和硬度测试,分析了热处理温度对选择性激光熔化TC4钛合金板不同成形面的相组成、显微组织和硬度的影响。结果表明：随热处理温度由750℃升高至950℃,选择性激光熔化TC4钛合金板顶面和侧面的针状马氏体α′相不断减少;当热处理温度为850℃时,针状α′相完全转变为α+β相,当热处理温度(950℃)超过α相转变温度时,β相含量升高;钛合金板顶面基本没有柱状β相,形成了等轴状β相,其侧面仍存在柱状β相;钛合金板顶面和侧面的硬度随着温度的升高呈先减小后增大的趋势。     

TC4钛合金低压真空渗氮处理

为了改善表面性能,对TC4钛合金在不同温度下进行低压真空渗氮处理。采用扫描电子显微镜和X射线衍射分析了渗氮层的组织结构,测试了渗氮层的显微硬度和耐磨性。结果表明,TC4钛合金经低压真空渗氮处理后,可获得由表层Ti N和次表层Ti2Al N组成的改性层。温度较低时,表面形成氮化物数量较少,渗层较薄,硬度较低。随温度升高,氮化物数量增多,渗层厚度增加,硬度及耐磨性也随之增加,温度达820℃时,表面硬度可达1000~1100 HV,硬化层深度为50~60μm。温度继续增加,氮化物聚集长大,渗氮层开始变得疏松,硬度及耐磨性下降。     

钛合金棒料加工开裂原因分析

使用扫描电镜、光学显微镜以及X射线能谱仪等仪器对加工成型过程中钛合金棒料的开裂件进行了检测分析。结果表明,开裂是在热处理之前产生的,开裂原因是棒料中存在的一些微小二次裂纹和析出的脆性第二相破坏了金属基体的连接强度,在机加工产生的残余应力作用下,引起了工件裂纹的扩展。     

TC4钛合金表面激光熔覆NiCrCoAlY-Cr3C2复合涂层的摩擦和高温抗氧化性能

为了提高TC4 钛合金表面摩擦磨损和高温抗氧化性能,以 NiCrCoAlY+20%(质量分数)Cr3 C2 混合粉末作为熔覆粉末,采用激光熔覆技术在TC4 钛合金表面制备NiCrCoAlY-Cr3 C2 复合涂层,利用OM,SEM,XRD,EDS等分析涂层的显微组织和物相组成;采用 HXD-1 000TB 显微硬度计测量涂层显微硬度;采用 MMG-500 三体磨损试验机与 WS-G1 50 智能马弗炉对涂层和基体进行摩擦磨损及高温抗氧化实验.结果表明:利用激光熔覆技术在 TC4 钛合金表面可以制备形貌良好、无裂纹和气孔等缺陷的复合涂层.熔覆区显微组织结构致密,多为针状晶和树枝晶;结合区的显微组织主要由平面晶、胞状晶和树枝晶组成,生成了多种可提高耐磨性和高温抗氧化性的碳化物、氧化物和金属间化合物.复合涂层的最高显微硬度为 1344HV,约为钛合金基体 350HV的 3.8 倍;复合涂层的摩擦因数为0.2～0.3,较钛合金基体的摩擦因数0.6～0.7 明显下降;相同条件下复合涂层的磨损失重为0.00060 g,是钛合金基体磨损失重 0.06508 g 的0.9%;恒温 850 ℃氧化 100 h后复合涂层氧化增重为 6.01 mg·cm－2 ,约为钛合金基体氧化增重 25.10 mg·cm－2的24%.激光熔覆技术有效改善了TC4 钛合金表面的摩擦磨损和高温抗氧化性能.     

钛合金热轧板高应变率塑性行为的研究

以10mm厚度的热轧钛合金板TC4为原料,通过Hopkinson压杆实验和强迫剪切实验,对高应变率下的厚板钛合金的塑性行为进行了研究和分析,得到了不同热处理制度下材料的真实应力-应变曲线,并观察了不同热处理制度下试验后材料的微观组织。     

显微组织对医用TC4钛合金U型钉缩口的影响

通过光学显微镜、维氏硬度、拉伸实验、X射线衍射和电子背散射衍射等方法,对比分析了两种缩口尺寸不同的医用U型钉用TC4钛合金棒材的显微组织和力学性能。基于两种棒材的显微组织和力学性能的差别,探讨了不同棒材加工的U型钉缩口差异的原因。结果表明:两种棒材横截面的显微组织比较均匀,差异不大,而纵截面显微组织的差异比较明显。大缩口棒材纵截面的α相为变形晶粒,小缩口棒材纵截面的β相主要为等轴晶,两种棒材的β相无明显差别。大缩口棒材的维氏硬度和屈服强度都高于小缩口棒材。再结晶程度的不同导致两种棒材的显微组织和力学性能不同,进而引起U型钉缩口的差异。     

TC4和DT4合金的绝热剪切行为

采用分离式Hopkinson压杆装置对TC4钛合金和DT4电磁纯铁的帽形试样进行动态冲击实验,以研究两种材料高应变率下的绝热剪切行为,并分析材料热物理性能和力学性能对其绝热剪切敏感性的影响。实验所得流变应力-时间的关系曲线以及微观的金相分析都表明:尽管两种材料都发生了绝热剪切失效,但是TC4材料中的绝热剪切过程比较短暂,在失稳后的几个微秒之内材料就丧失了承载能力,并且带旁基体无明显塑性流变;而DT4材料中绝热剪切带的形成和扩展过程却要经历约60μs的时间,而带旁边的基体材料沿剪切方向发生了明显的塑性流变。通过对比两种材料绝热剪切带的扩展能,揭示了材料的比热、热导率和动态强度等参数对绝热剪切过程的影响。     

铸造钛合金投梭棒断裂分析

铸造钛合金投梭棒在５Ｈｚ的交变载荷下长期工作。在推广使用中,其中一件仅运转２００多小时就发生断裂。介绍了对该断裂件的损伤分析方法及结果。分析结论认为该件断裂的主要原因是铸件补焊时存在有焊接缺陷,引起应力集中而导致疲劳断裂。     

航空发动机用先进高温钛合金材料技术研究与发展

新一代高推重比航空发动机压气机和涡轮系统高温环境使用的叶片、盘、机匣、整体叶盘和整体叶环等构件设计通常选用先进高温钛合金材料。本文综述近年来我国600℃高温钛合金、阻燃钛合金、TiAl合金、连续SiC纤维增强钛基复合材料及其应用技术取得的最新研究进展,并提出材料及构件设计、加工和使用亟待突破的关键技术,包括工业铸锭成分高纯化和均匀化控制技术、大规格棒材及特殊锻件制备技术、整体叶盘和整体叶环零件机械加工技术、材料性能评价及应用设计技术等。先进高温钛合金材料的不断应用将有力推动我国航空发动机技术发展。     

Forming of the titanium elements by bending

Titanium alloys are superior to nearly all metals in terms of a combination of high mechanical strength and low weight. Therefore, titanium is used whenever the construction weight and its strength are essential. Bending is one of the most frequently used methods for forming titanium elements. However, current knowledge of titanium and its alloys forming by cold working is insufficient. Many phenomena, such as spring-back, need to be investigated and explained.This study was undertaken in order to investigate the titanium bending process. A numerical simulation of the bending of a Ti6Al4V ELI titanium alloy bar was carried out with the Adina System, based on the finite element method. The influence of bar diameter, bending radius and bending angle on the strain and stress distribution in the deformed element was analysed. The numerical calculations demonstrated that the spring-back was dependent on the size of the middle material zone, which remained in an elastic state during bending process. This in turn was dependent on the value of the bending radius, bending angle and diameter/thickness of the bent element. Knowledge of the spring-back is very important because it essentially decreases the forming accuracy of the bent elements. This is especially important when vital titanium elements, such as: body implants or aircraft elements, are bent. Therefore, the calculation results were validated experimentally.     

Mechanical performance of extruded Ti–46Al–5Nb–1W titanium aluminide

Abstract

Titanium aluminide alloys offer considerable promise for use in high temperature applications, such as gas turbines. In this study an extruded Ti–46Al–5Nb–1W alloy has been examined, in terms of its tensile and creep behaviour. A reasonably fine and uniform microstructure was found in this bar product. This gave excellent properties, with tensile strengths up to ～950 MPa at room temperature, along with 1% elongation. These properties were accompanied by a very good creep behaviour, with low primary strains at the lower stresses and very low secondary creep rates. Comparison of the creep properties of this titanium aluminide alloy with other similar compositions and some typical nickel alloys shows that it is significantly superior to first generation titanium aluminides but also nickel alloys, such as IN718 and Udimet 720Li. However, the strain controlled fatigue performance of the titanium aluminide alloy was significantly poorer than these same wrought nickel alloys.     

TC4钛合金棒材拉伸试验结果的不确定度评定

依据GB／T228-2002中规定的试验方法对TC4钛合金棒材进行了拉伸试验,对材料的力学性能包括屈服强度、抗拉强度、断后伸长率和断面收缩率进行了测试,从试样尺寸测量、试验机、引伸计、试验数据修约及材料的不均匀性等方面分析了测量标准不确定度产生的原因,对拉伸试验结果进行了不确定度评定,并对试验结论的判断进行了讨论。本方法对其他金属材料的棒材拉伸测量结果不确定度的评定具有一定的参考价值。     

Stress transmission through Ti-Ni alloy, titanium and stainless steel in impact compression test

Impact stress transmission of Ti-Ni alloy was evaluated for biomedical stress shielding. Transformation temperatures of the alloy were investigated by means of DSC. An impact compression test was carried out with use of split-Hopkinson pressure-bar technique with cylindrical specimens of Ti-Ni alloy, titanium and stainless steel. As a result, the transmitted pulse through Ti-Ni alloy was considerably depressed as compared with those through titanium and stainless steel. The initial stress reduction was large through Ti-Ni alloy and titanium, but the stress reduction through Ti-Ni alloy was more continuous than titanium. The maximum value in the stress difference between incident and transmitted pulses through Ti-Ni alloy or titanium was higher than that through stainless steel, while the stress reduction in the maximum stress through Ti-Ni alloy was statistically larger than that through titanium or stainless steel. Ti-Ni alloy transmitted less impact stress than titanium or stainless steel, which suggested that the loading stress to adjacent tissues could be decreased with use of Ti-Ni alloy as a component material in an implant system. ©2000 Kluwer Academic Publishers     

高强度钛合金螺栓断裂失效分析

规格为M4×30 mm高强度钛合金螺栓在正常预紧装配后自行断裂。采用金相检验、扫描电镜断口分析、二次离子质谱分析和螺栓的受力分析等方法对螺栓断裂的原因进行了分析。结果表明,螺栓断裂的性质为低应力脆性断裂,断裂机理为氢致延迟断裂,导致螺栓氢致延迟断裂的原因主要与该批棒材原始氢含量过高有关。