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。     

TC4钛合金负角度零件正反向超塑成形

运用有限元方法,获得负角度零件超塑成形压力-时间曲线,并预测了模具磨损情况。根据实际加载情况,优化P-t曲线,完成正反向超塑成形实验,并对实验结果进行分析。结果表明,实际壁厚分布与仿真结果相吻合,单面正向成形最大误差为4.6%,正反向成形最大误差为12.5%,正反向成形提高了零件壁厚的均匀性及最小壁厚尺寸;尺寸精度最大偏差为0.7mm,符合公差要求;室温下的屈服、抗拉强度下降,但仍满足强度要求。     

不同原始组织TC6钛合金高温变形微结构演化及其力学性能

采用gleeble-1500热模拟试验机和Hopkinson压杆,对具有4种典型组织的TC6钛合金分别进行了高温准静态压缩和室温动态压缩试验,结合TEM观察,研究了不同原始组织的TC6钛合金高温变形微结构演化及其力学性能。结果表明:具有4种典型组织的TC6钛合金高温变形时随温度升高微结构的演化可分为等轴型组织演化和网篮型组织演化,前者演化过程为:等轴α相的拉长变形—动态再结晶—动态再结晶晶粒长大—α/β相变;后者演化过程为:板条状α相弯曲变形—板条状α相断裂—动态再结晶—动态再结晶晶粒长大—α/β相变,板条状α相变成短棒状。位错活动及动态再结晶是控制4种组织的TC6合金在高温变形过程中组织演化和力学性能的重要因素;网篮组织晶界众多,位错运动障碍较多,在高温下具有较其余3种组织更高的流变应力;等轴组织α相晶粒较大,位错运动障碍较少,其流变应力在4种组织中最低;双态组织、固溶时效组织的流变应力介于等轴组织与网篮组织之间。4种组织的TC6钛合金的室温动态力学性能均对应变率较敏感。4种组织的TC6钛合金在室温及应变率为2500～4000s-1动态压缩条件下,塑性由大到小依次为:等轴组织、双态组织、固溶时效组织和网篮组织,流变应力由大到小依次为:固溶时效组织、双态组织、网篮组织和等轴组织。     

梯度厚度负泊松比蜂窝材料面内冲击特性

通过引入梯度厚度的概念,研究了具有梯度胞元厚度的内凹六边形蜂窝材料的面内冲击性能,探讨了梯度厚度对蜂窝材料能量吸收性能的影响规律,进一步对梯度厚度负泊松比蜂窝材料的吸能特性进行了优化设计.仿真结果表明,具有正向厚度梯度的内凹六边形蜂窝材料拥有更好的能量吸收与抗冲击性能.通过多岛遗传算法对梯度厚度内凹六边形蜂窝材料面内冲...     

TC4钛合金蜂窝板高温力学性能

采用钎焊工艺制备了TC4钛合金蜂窝板,对试样在室温和高温下进行异面压缩、三点弯曲性能测试和分析,并对不同温度下的试件强度及破坏模式进行分析。研究表明,钛合金蜂窝板的异面压缩模量与强度随着测试温度的升高而下降,440℃时保有室温时的35.2%、61.7%。但测试温度对破坏模式没有影响。而三点弯曲测试中,随着测试温度的升高,破坏模式发生改变,抗弯曲强度不断下降,最大挠度不断增加。且L向试件的弯曲性能明显高于W向试件。室温下弯曲试件面板为韧性断裂,钎焊区为脆性断裂,而300℃下试件面/芯脱粘区的断口为解理断口。     

TC4钛合金的力学性能及热处理模拟

采用分子动力学方法建立了TC4模型，基于混合嵌入式原子法势函数计算了Ti、Al和V不同原子之间的相互作用力，通过拉伸与剪切模拟计算得到了拉伸、剪切应力-应变曲线。通过温度的设置，完成了热处理工艺中加热、保温、冷却各个阶段的模拟。在单独退火的模拟基础上进行了同时固溶与时效的模拟，比较了不同固溶温度(800、954和1020℃)和时效温度(400、538和620℃)对TC4拉伸和剪切力学性能的影响。结果表明，退火和固溶时效处理提高了TC4模型的拉伸与剪切强度，最大拉伸强度一般随着固溶温度的升高而升高；在538℃时效时，剪切强度同样随固溶温度的升高而升高，但在954℃固溶温度时，剪切强度随时效温度的升高而下降。HCP模型沿[0001]晶向的拉伸强度大于■晶向，并且拉伸强度随着拉伸速率的升高而升高。     

三维网状泡沫金属杨氏模量和泊松比的数理表征

杨氏模量和泊松比是工程材料最为基本的两个力学指标.多孔金属是一种兼具功能和结构双重属性的优秀工程材料,采用"八面体分析模型",研究了三维网状泡沫金属的这两个性能指标,发现其表观杨氏模量与多孔体的孔率有比较复杂的数理关系,而其表观泊松比则是一个与孔率无关的特征材料常数.     

TC4钛合金激光金属沉积力学性能各向异性机理研究

采用激光金属沉积方式制备横向与纵向上的TC4钛合金试样,包括室温拉伸试样、室温冲击试样、金相试样,研究其组织结构与力学性能各向异性之间的关系.结果表明:对于退火态激光金属沉积TC4钛合金而言,不同面组织均由典型的网篮组织α+β组成,但相比XOZ面、YOZ面,XOY面组织更为细小,α相呈织网状交错,整体尺寸为XOZ面、Y...     

TC4钛合金TIG焊接头组织及力学性能

采用TIG焊,通过改变焊工艺参数,对厚2.4 mm的TC4钛合金板材施焊.利用光学显微镜观察焊接接头显微组织,扫描电子显微镜观察拉伸试件断口形貌.用万能试验机测定焊接接头力学性能.结果表明:经历TIC焊接热循环后.焊缝组织为针状马氏体α′;热影响区组织不均匀,距焊缝较近的区域为α′,远离焯缝处为α+少量α′,拉伸试件断...     

硼含量对激光熔覆沉积TC4钛合金显微组织与力学性能影响

基于航空航天领域对高比强度、耐高温以及耐磨损钛合金材料的迫切需求，本文采用激光熔覆沉积(Laser Cladding Deposition, LCD)技术制备出含硼(B)的TC4钛合金复合材料，并研究了B元素含量对其显微组织和力学性能的影响。结果表明，随着B元素含量增加，可以显著降低LCD成形TC4钛合金的晶粒尺寸，其晶粒尺寸从1294μm降低至28.6μm，在硼元素作用下也逐渐弱化了LCD技术导致的柱状晶现象；当B含量较低时，TC4钛合金LCD成形过程中生成的TiB主要在原始β晶界处富集，随着B元素含量增加，针状TiB逐渐在晶粒内部析出。在LCD成形TC4钛合金复合材料性能方面，随着B含量增加，合金的硬度与强度也逐渐增大，显微硬度从313.23 HV增大至359.24 HV，抗拉强度由848 MPa增加至1119.5 MPa，提升了32.02%。本文研究为增材制造复杂结构高性能钛基合金构件在航空航天领域的应用提供理论支撑。     

TC4钛合金风扇转子叶片模锻工艺和性能研究

研究了TC4钛合金风扇转子叶片的锻造加热工艺、模锻成形及热处理工艺。在叶片的各部位进行了室温和400℃拉伸试验、冲击试验、400℃持久试验,综合评价了模锻叶片的加工性能和叶片各部位的性能。结果表明,叶片各部位的力学性能分布较均匀,叶身的强度比叶顶和榫头的略高,塑性水平基本相同,即室温下三者的σb均值分别为966,962和963 MPa,σ0.2分别为916,905和912 MPa,δ5约为15%,ψ约为47%;400℃下σb均值分别为669和643 MPa,δ5约为16%,ψ约为67%。整体叶片具有均匀、良好的冲击性能,αkv,HB(d)均值分别为0.46 MJ.m-2,3.47 mm。同时,叶片在大载荷(σ为560 MPa)下具有良好的持久寿命(τ大于101 h)。     

热处理对TC4钛合金厚板组织和性能的影响

采用正交试验方法,研究了不同热处理制度对TC4钛合金厚板显微组织和力学性能的影响。结果表明,固溶温度对合金显微组织、室温拉伸强度、塑性和断裂韧性影响很大。相变点下固溶时合金组织为双态组织,相变点上固溶时合金组织为魏氏组织;当固溶温度从975℃相变点下增加到1045℃相变点上时合金的强度变化不大,合金的塑性大幅下降,而合金的断裂韧性逐渐升高;TC4钛合金厚板在975℃/10 min+670℃/1 h热处理,可获得最佳强度-塑性匹配,在995℃固溶处理,670~760℃时效处理可获得最佳强度-韧性匹配。     

低成本TC4钛合金板材的组织和性能

研究了低成本TC4钛合金板材在变形及退火过程中组织和性能的变化规律。结果表明,板坯经轧制变形后,粗大的铸态枝晶组织被破碎,形成了等轴或长条状α+β转变组织。板材退火后,其组织更加均匀,且随着退火温度升高,板材中析出片状次生α相,初生α相的含量减少,并逐渐趋于等轴化。随变形进行,板材的室温拉伸强度和塑性呈增大趋势;退火温度升高,板材的抗拉强度先增大,至820 ℃时达到最大值,之后逐渐减小,规定塑性延伸强度和断面收缩率总体上呈下降趋势,而伸长率则变化不大。经（750～820）℃×1 h+AC退火处理后的板材,具有较好的强度与塑性的匹配。     

TC4钛合金钎焊接头的组织与性能

采用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni钎料对TC4钛合金进行了钎焊,钎焊温度为900 ℃,保温时间分别为30、60和90 min。结果表明,在900 ℃时该钎料可润湿TC4母材,润湿角平均值为16.7°。保温时间为90 min时,钎焊界面中心处钎料元素已扩散得较充分,与钎料合金成分相比,Zr元素由37.5%降低至1.79%,Cu和Ni元素分别由15%和10%降低至1.66%和1.64%。TC4钛合金钎焊试样的室温抗拉强度平均值为1007.6 MPa,多数试样断于母材,属于微孔聚合机制导致的断裂失效。     

TC4钛合金薄板激光焊接接头的疲劳寿命及断口分析

研究了TC4钛合金薄板激光焊接接头及母材的疲劳性能,并对其疲劳断口进行了观察.结果表明,接头的疲劳寿命在低应力水平时高于母材,在高应力水平时低于母材.母材疲劳裂纹萌生于试样表面;在裂纹扩展区有平行排列的弯曲的二次裂纹和期间更细的疲劳辉纹,瞬断区为细小的等轴韧窝.焊缝疲劳裂纹起源于表面的气孔,源区有笔直且平行排列的二次裂纹;在裂纹扩展区,断口形貌与组织有关,细晶区为韧窝,在细晶与柱状晶交界处为敞口浅韧窝,柱状晶和粗晶区为晶粒大小的刻面,上有大量的微剪切滑移带,断裂机理为滑移带形成及开裂.     

不同冷速对TC4钛合金组织和性能的影响

对TC4钛合金进行了不同冷速的热处理,得到了不同层次（晶粒、丛域、片层）的显微组织,建立了以片层组织尺寸为基础的Hall-Petch关系。结果表明：随着冷却速率的增加,片层细化,对应的屈服强度和抗拉强度逐渐升高,塑性逐渐降低。片层尺寸和力学性能之间较好地吻合Hall-Petch关系,是影响力学性能的主要特征参量。     

TC4钛合金真空渗氮组织与性能

对TC4钛合金进行真空渗氮处理,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、显微硬度计及耐磨试验机分析了渗氮层的组织与性能。结果表明,TC4钛合金经真空气体渗氮处理后,形成了由TiN、Ti2AlN和钛铝金属间化合物Ti3Al组成的复合改性层,氮化层组织均匀致密,形成了较宽的氮扩散区,表面硬度为1100~1200 HV,有效硬化层深度为50~60μm,硬度梯度平缓,脆性低,耐磨性得了极大的改善。     

Effect of spinning deformation on microstructure evolution and mechanical property of TA 15 titanium alloy

Hot spinning of tubular workpiece of TAI5 alloy was conducted on a CNC spinning machine, and the microstructure evolution during hot spinning and annealing was observed and mechanical properties of spun tubes were tested. The results show that with the increase of spinning pass, the fiber microstructure comes into being gradually in axial direction and the circumferential microstructure also stretches obviously along circumferential direction. At the same time, the tensile strength increases and elongation decreases not only in axial direction but also in circumferential direction. When the reduction ratio of wall thickness rises close to or over 40%, tensile strength increases and elongation decreases more rapidly, which means that tubular workpiece of titanium alloy can be strengthened bi-directionally by power spinning. The ductility of spun workpiece of TAI5 alloy could be improved by annealing at the temperature no higher than recrystallization temperature with slight decrease of tensile strength.