TC11钛合金材料β锻造工艺研究

TC11钛合金是航空产品中常用的轻金属材料,现阶段TC11钛合金锻件的使用温度大多在500℃环境下,使用d＋β锻造方法可以很好地保证锻件所要求的性能,但当部分TC11钛合金锻件使用温度在500℃以上要求高温性能时,α＋β锻造方法的局限性将难以保证锻件力学性能满足要求[1].本文通过β锻造试验对TC11锻件质量的影响进行分析,为今后在提高钛合金锻件质量,确定锻造工艺方案提供参考.     

EB熔炼扁锭直轧TC4合金板材的组织与性能

采用EB一次熔炼制备的TC4合金扁锭直接进行轧制,对不同轧制火次板材热轧态及退火态显微组织与力学性能进行了研究。结果表明:TC4合金扁锭经过1～3火次直接轧制,粗大铸态组织不断破碎,等轴α相含量逐渐增加,尺寸不断减小,各火次板材力学性能均满足标准要求。随着退火温度增加,各火次成品板材抗拉强度和屈服强度呈下降趋势,伸长率先增加后减小,经850℃退火后TC4合金板材可以获得最佳的强塑性匹配。EB一次熔炼扁锭直轧TC4合金板材工业化批量生产中退火温度推荐使用700～850℃,显微组织与力学性能可以达到锻坯制备的板材水平。     

宝鸡石油钢管有限责任公司站场低温环境(-45℃)用X80钢级Φ1422mm×30.8mm直缝埋弧焊管通过成果鉴定

正[发布日期:2018-11-29]2018年11月22日,宝鸡石油钢管有限责任公司(简称宝鸡石油)研发的站场低温环境(-45℃)用X80钢级Φ1 422 mm×30.8 mm直缝埋弧焊管通过了中国石油天然气集团有限公司的成果鉴定。该产品的研发成功可实现站内钢管在-45℃低温环境下的裸露使用,不需要采用保温伴热措施,可有效地降低能耗,节约成本。鉴定委员会认为宝鸡石油研发和批量生产的站场低温环境(-45℃)用X80钢级Φ1 422 mm×30.8 mm直缝埋弧焊管性能符合Q/SYGD     

热处理工艺对TC11钛合金组织与性能的影响

采用正交试验法研究固溶温度和固溶时间、时效温度和时效时间4个因素对TC11钛合金力学性能和组织的影响。结果表明采用固溶温度960℃,固溶时间30 min,时效温度530℃,时效时间8 h的热处理制度,TC11钛合金可以得到最优的强塑性组合,抗拉强度1133 MPa,屈服强度1045 MPa,伸长率18.84%,断面收缩率56.49%。     

模拟环境下钛合金起燃温度与扩散燃烧研究

采用摩擦试验方法在模拟压气机环境下对TC4钛合金起燃温度和扩散燃烧条件进行了研究,采用有限元方法计算静子件摩擦生热引发燃烧过程温度及分布特征。结果表明,转子件碰磨环首先发生燃烧,但静子件热量累积是扩散燃烧的必要条件;首次获得TC4钛合金在模拟压气机环境下起燃温度为1266.47℃,与有限元模拟计算起燃温度1210℃误差为3.6%;当TC4钛合金静子件截面总加温面积达到25%,932℃～1210℃高温区域面积达到3.06%,静子件发生扩散燃烧。     

不同热变形条件下体育器械用钛合金组织与性能研究

对不同温度下体育器械用TC11钛合金进行了高温压缩,并运用空冷与水冷两种冷却方式冷却,使用固溶时效与双重退火两种方式分别进行处理。研究了TC11钛合金的组织演变以及力学性能的变化。结果表明:经1000℃高温压缩和双重退火处理的TC11钛合金材料延展率最高,强度较好,综合力学性能最佳。     

TCll钛合金热变形组织演变规律研究

在不同温度下对TC11钛合金进行了压缩实验,采用金相显微镜观察了其变形后的显微组织,并利用扫描电子显微镜对其不同变形程度变形后的显微组织进行了观察。结果发现,在较低温度下变形时在晶界处发生了动态再结晶组织,在1000℃时显微组织以动态再结晶晶粒为主,当温度达到1000℃时合金组织中再结晶晶粒相互长大,呈等轴状。     

TC11钛合金热变形组织演变规律研究

在不同温度下对TC11钛合金进行了压缩实验,采用金相显微镜观察了其变形后的显微组织,并利用扫描电子显微镜对其不同变形程度变形后的显微组织进行了观察。结果发现,在较低温度下变形时在晶界处发生了动态再结晶组织,在1000℃时显微组织以动态再结晶晶粒为主,当温度达到1050℃时合金组织中再结晶晶粒相互长大,呈等轴状。     

固溶时效处理对TC11钛合金显微组织和硬度的影响

研究了在相同时效处理制度下,不同的固溶温度、固溶时间对粗锻态TC11钛合金棒材显微组织和显微硬度的影响。结果表明,对TC11钛合金在相变点以下进行固溶处理时,随着固溶温度的升高,等轴初生α相的含量增多;当固溶温度接近相变点时,等轴初生α相的含量迅速减少;当固溶温度为950 ℃时,随着固溶时间的增加,晶界α相开始长大,片状α相转变为块状α相与等轴α相的混合组织;当固溶时间一定时,TC11钛合金的硬度随着固溶温度的升高呈现出先下降然后逐渐趋于稳定的趋势;在固溶温度为950 ℃,固溶时间为120 min时的硬度达到最高。     

应用热加工图研究TC11钛合金组织演变规律

采用等温压缩实验研究具有马氏体组织的TC11钛合金(Ti-6.5Al-1.5Zr)在两相区的变形行为及微观组织演变规律.等温压缩实验的变形温度为920 ～980℃,应变速率为0.1～10 s-1,变形量为30％ ～70％.基于动态材料模型(DMM),建立了具有马氏体组织的TC11钛合金两相区变形的热加工图.根据热加工图,得到了具有马氏体组织的TC11钛合金两相区变形组织演变规律.具有马氏体组织的TC11钛合金两相区变形时,合适的加工工艺参数为变形温度950～980℃,应变速率为0.1 ～1.0 s-1.     

时效对热旋压TC11钛合金组织及性能的影响

采用光学显微镜、透射电镜、X射线衍射仪、拉伸试验机等研究了时效对双重退火态TC11钛合金原料热旋压成型后的显微组织和力学性能的影响,并确定了最佳的时效温度范围。结果表明,与双重退火态TC11钛合金原料相比,热旋压后的抗拉强度提高了近17%,硬度提高了约8 HRC,再经560 ℃×3 h时效后,抗拉强度由1195 MPa提高至1240 MPa,硬度提升约1 HRC,综合力学性能和硬度得到进一步提高。热旋压和时效均能促进软韧相β相向强化相α相转变。300~600 ℃时效时,抗拉强度均大于1200 MPa,并在580 ℃达到最大为1242 MPa。随着温度的升高,断后伸长率有所下降并在高于580 ℃时降至8%以下。热力学计算结果表明500~560 ℃温度范围内β相向α相的转变倾向最大,在此温度范围内进行时效最为适宜。     

锻造温度对TC21钛合金锻板组织和力学性能的影响

研究锻造温度对TC21钛合金锻板组织和力学性能的影响。试验选用3件规格为Φ300 mm×400 mm的TC21棒料,经制坯完成后进行锻造。采用相同锻造变形量,锻造温度分别为Tβ+15℃、Tβ+30℃、Tβ+45℃,进行显微组织观察和室温拉伸试验分析。试验结果表明,TC21锻板在相变点以上变形时,随着锻造温度升高,试样短横向、长横向和纵向室温抗拉强度Rm和室温屈服强度Rp0.2升高。由于锻造温度在相变点以上,所以3块锻板的低倍呈清晰晶,且随着锻造温度的升高,清晰度增加,晶粒增大。同时,3块锻板的显微组织为网篮组织,由多个平直的束状α相互相交错排列形成,随着锻造温度升高,α相排列方向一致性增强,长条α相含量增加,α相厚度和长度增加。     

对磨材料对TC11合金高温磨损行为的影响

采用高温磨损试验机对TC11合金在400、500、600℃进行磨损试验,研究对磨材料GCr15和M2钢对TC11合金的磨损行为的影响。结果表明,TC11合金无论与GCr15还是M2钢对磨,磨损率均随温度的升高而降低,TC11合金表现出优异的高温耐磨性。在大多数情况下,TC11合金磨损率随载荷增加均处于较低值且波动较小,但在400℃、超过200 N(与GCr15钢对磨)时和在400、500℃,大于200 N(与M2钢对磨)时磨损率显著增加。与M2钢对磨比与GCr15钢对磨使TC11合金磨损率升高。TC11合金的高耐磨性归因于摩擦氧化物层的保护作用。硬的对磨材料(M2钢)比软的对磨材料(GCr15钢)易于破坏TC11合金表面摩擦氧化物层而损害其保护作用。     

TC4-DT钛合金基于最大m值的超塑变形

采用最大m值法,在温度分别为850℃、870℃、900℃下,对改锻前及改锻后的TC4-DT钛合金棒材进行超塑性拉伸实验。实验结果表明,根据最大m值法拉伸试样TC4-DT在870℃的变形温度下,延伸率达到了最大值1240%,表明该类型TC4-DT钛合金的最佳超塑性变形温度在870℃左右;并且改锻后较细晶粒尺寸的TC4-DT棒材的超塑性明显高于改锻前的较粗晶粒组织,延伸率平均提高了一倍;分析显微组织可知,在超塑性拉伸变形中发生了动态再结晶。     

退火温度对TC25钛合金板材组织和性能的影响

采用三火次热轧工艺制备出厚度为6.0mm的TC25钛合金板材,研究了退火温度对TC25钛合金板材显微组织、室温力学性能和高温力学性能的影响。结果表明：在760～840℃范围内,随着退火温度的升高,TC25钛合金板材热加工形成的等轴组织中初生α相长大;当退火温度升高至880℃时,显微组织由等轴组织向双态组织转变;温度进一步升高至920℃时,呈现双态组织;当退火温度达到960℃时,双态组织中的初生α相含量明显减少,次生α相含量显著增多。双态组织的TC25钛合金板材相比等轴组织的TC25钛合金板材具有更好的室温力学性能和高温力学性能。TC25钛合金板材在920～960℃退火时可获得双态组织,且具有良好的室温和高温拉伸性能。     

放电等离子烧结TC4钛合金热塑性变形行为与热加工图研究

以采用放电等离子烧结技术制备的Φ8 mm×12 mm TC4钛合金粉末预锻体为研究对象,采用Gleeble-1500D热模拟试验机在850～1050℃、0. 001～5 s~(-1)条件下进行热塑性变形行为研究。结果表明,相较于温度的变化,应变速率改变对TC4钛合金的热变形产生较大影响。在高温条件下(T> 1000℃),放电等离子烧结后的TC4钛合金粉末对应变速率的变化更为敏感;在加工过程中应避免高应变速率(■≥0. 22 s~(-1))下的变形。在高温条件下(T> 970℃),应变速率应低于0. 007 s~(-1),以避免流动不稳定的发生。放电等离子烧结TC4钛合金粉末热加工的最佳参数范围为930～1020℃、■<0. 007 s~(-1)。     

变形温度对异种钛合金电子束焊件显微组织与力学性能的影响

研究等温和近等温锻造变形温度对电子束焊接的异种合金(Ti2AlNb金属间化合物与TC11两相钛合金)焊接界面的显微组织与接头拉伸性能的影响。采用OM、SEM对焊缝区组织及拉伸度样断口进行观察,并对接头的拉伸性能进行研究。结果表明:电子束焊接的Ti2AlNb/TC11异种合金焊接界面的显微组织和接头的拉伸性能对变形温度敏感,在950℃变形后,位于焊缝一侧的Ti2AlNb合金中O相的含量大大增加,而位于焊缝另一侧的TC11合金为等轴α相和条状α相的混合组织,但焊缝上仍可见到断续相连的晶界α/α2相;在1010℃变形后,TC11合金具有魏氏体组织特征,这时焊缝上的晶界α/α2相完全断开;经950℃变形的试样在室温拉伸时,在Ti2AlNb合金中发生脆性断裂,这与O相不易协调变形有关,经500℃高温拉伸时,合金表现出较高的强度和较好的塑性,这是由于焊接界面的α/α2相颗粒较小,断裂位置转移到TC11钛合金上所致;经1010℃变形的试样表现出一定的强度,但是塑性严重下降,这与TC11钛合金的魏氏组织特征有关;因此,异种合金进行等温变形时,须严格控制变形温度。     

TC11钛合金双重热处理工艺设计

TC11是α+β型热强钛合金,使用温度达500℃,但在现有的热处理工艺条件下综合力学性能差。鉴于此,本文设计了双重热处理工艺,采用Image-Pro Plus软件对热处理后的组织进行定量表征,揭示了不同参数对组织的影响规律,并结合力学性能测试结果进行了工艺优化。     

振幅对线性摩擦焊接头组织和元素分布的影响

针对航空发动机整体叶盘常用的TC11和TC17钛合金,在线性摩擦焊设备上进行了试件焊接,对TC11/TC17钛合金线性摩擦焊接头进行了金相组织观察和电子探针测试,并测量了焊接过程的温度.结果表明,当其它工艺参数不变时,TC17侧焊合区的宽度随着振幅的减小而变宽,两侧热力影响区的组织沿着受力方向被拉长,而焊核区的组织为动态再结晶组织.Cr元素的浓度变化距离随着振幅的增加而增大.焊接过程的温度可达到1 200℃,超过了钛合金的β转变温度.     

有限元模拟TC11叶片等温锻坯料温度对成形的影响

本文选用了两种不同温度的坯料进行模拟分析,温度分别是915℃、935℃。TC11钛合金叶片压制采用等温锻工艺,可有效消除叶片内的冷模组织,显著提高叶片内温度分布均匀性。模拟结果显示,两种温度坯料均满足等温锻工艺要求。但是坯料温度较低时,成形完整时需要较大成形载荷,模具磨损也更明显。坯料最高温度不能超过935℃,最佳区间为925℃~935℃。其中坯料温度为935℃对于降低成形载荷更加有利。