Ti-6Al-4V锻件与粉末冶金材料切削力研究

钛合金是典型的难加工材料,粉末冶金技术的应用能够明显减少钛合金材料的切削加工工序。对比Ti-6Al-4V锻件的切削力,研究Ti-6Al-4V粉末冶金材料切削力的波动特点及数学模型。Ti-6Al-4V粉末冶金材料的切削力不仅出现周期性的波动,而且存在剧烈的微波动。采用正交试验建立Ti-6Al-4V锻件和粉末冶金材料的切削力数学模型,经过检验,其模型能够准确地预测切削力的变化趋势。由两种材料的切削力数学模型得到:在切削Ti-6Al-4V锻件时,切削速度对3个方向切削力的影响最大;在切削Ti-6Al-4V粉末冶金材料时,进给量对进给抗力和主切削力的影响最大,而切深抗力受到切削速度的影响最大。     

Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr合金(α+β)/β转变温度的价键理论计算

基于EET理论和钛合金相变基本理论,以纯钛的同素异构转变温度为依据,在计算合金相最强键共价电子对数nA、组织中α相和β相的晶胞权重、α和β稳定元素对相变温度的影响、相修正系数及β稳定元素温度系数的基础上,给出一种从价电子结构层次计算α+β两相钛合金(α+β)/β转变温度的方法。据此,计算Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr合金的(α+β)/β转变温度,理论计算值为945.48℃,实测值为925℃,理论计算值与实测值相对误差为2.21%。     

Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金冷氦气瓶低温变形行为研究

Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金具有高强度、高耐腐蚀性及优异的低温力学性能,在航天领域应用广泛。首次采用超塑性等温精密冲压技术研制了大规格Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金冷氦气瓶,并结合其热成形前后显微组织、力学性能、断裂行为的变化,系统掌握了制约冷氦气瓶低温力学性能的因素。研究结果表明,通过降低间隙元素含量、减小α相晶粒尺寸并合理调控晶界形貌特征可有效提升Ti-5Al-2.5Sn ELI钛合金的低温力学性能,其在20K条件下具有优异的塑性变形能力,并且拉伸断口呈现出典型的延性断裂特征,展现出优异的强度和塑性匹配,最终成功研制出合格的130L低温钛合金冷氦气瓶。     

TiB2/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料界面结构与防弹机理

为了不断提升装甲车辆的防护效能,采用超高重力场反应加工技术,实现TiB₂基陶瓷与Ti-6Al-4V的熔化连接,制备出TiB₂/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料。通过X射线衍射（XRD）与场发射扫描电子显微镜（FESEM）观察、残余穿深（DOP）实验及数值理论分析,研究其界面结构对防弹性能的影响。XRD和FESEM结果表明,在TiB₂/Ti-6Al-4V的连接界面上,TiB₂、TiB陶瓷相自陶瓷侧逐渐过渡至钛合金侧,呈现梯度复合特征。经对TiB₂基陶瓷与TiB₂/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料进行DOP试验,二者防护系数分别为3.05和7.30. 相比于TiB₂基陶瓷,TiB₂/Ti-6Al-4V梯度装甲复合材料的防弹性能大幅提高。陶瓷与钛合金连接区的梯度复合结构缓解了TiB₂/Ti-6Al-4V之间声阻抗失配状况,提高其剪切强度,在表观上使防弹性能得以显著提升。     

Ti-55511钛合金高温拉伸变形行为及显微组织演变

基于高温拉伸试验，探究Ti-55511钛合金在温度为740～920℃和应变率为0.001～0.1 s^-1下的高温拉伸变形行为和显微组织演变规律，用Arrhenius双曲正弦函数模型推导了拉伸变形时的本构方程。结果表明：Ti-55511钛合金在两相区(740～860℃)变形时，流变应力随变形温度的提高和应变率的降低而降低，峰值应力曲线出现由陡到缓的下降，由本构方程计算出两相区变形激活能为559.653 kJ·mol^-1，显微组织演变规律为在740、770℃变形时，断裂位置中短棒状α相沿合金变形方向被拉长和扭曲，破碎的α相形成等轴晶粒串，变形温度升至800、830℃时，扭曲α相减少，拉长α相变细，等轴晶粒串的数量增多，当温度升至860℃时，等轴α相的含量急剧下降，开始出现β晶界轮廓，破碎的α相细化的同时等轴化程度提高。在单相区(890～920℃)变形时，峰值应力比860℃先增后减，计算单相区的热变形激活能为196.039kJ·mol^-1，断裂区域等轴β晶粒尺寸随变形温度的升高而增大，晶界呈锯齿状，这与动态回复过程中发生多边化...     

不同致密度Ti-6Al-4V粉末冶金工件的表面形貌及粗糙度

研究具有不同致密度的Ti-6Al-4V粉末冶金工件表面形貌,分析切削参数和致密度对其表面粗糙度的影响。Ti-6Al-4V粉末冶金工件表面出现因材料内部残余微孔隙而引起的微孔隙缺陷,且微孔隙缺陷随着粉末冶金材料致密度的减小而增大。随着工件相对致密度的降低,工件表面粗糙度先增大后降低。利用3水平4因素正交试验研究切削参数与材料致密度对工件表面粗糙度的影响,工件致密度对表面粗糙度的影响程度最小,在实际生产加工中可以忽略。获得已加工工件表面粗糙度的最优组合:切削速度为30 m/min、进给量为0.05 mm/r、切削深为1.5 mm和致密度为98.80%。     

热等静压TC4粉末体热压缩变形组织演变规律

针对热等静压工艺制备的Ti-6Al-4V合金,利用Gleeble-1500热模拟机进行高温热压缩变形试验,结合OM组织观察研究热变形温度为850~1 050℃与变形速率为0.001~5 s-1对该合金热变形组织的影响规律。结果表明:单道次变形时,当温度在900℃及以下,层片状α相发生球化或动态再结晶,得到均匀等轴的细小组织;高于950℃时,变形后淬火组织由均匀等轴β晶粒与板条马氏体组成,晶粒内有交叉排列的短片层α相;在950℃以下,随着应变速率增大,动态再结晶体积分数降低,晶粒内α相细化,当应变速率过大时,变形后组织以拉长的未再结晶粗大β晶粒为主;相较单道次变形,3道次变形中每一道次变形量较小,低应变速率下再结晶组织易粗大化,随着应变速率的增大,再结晶组织不均匀分布。     

抽拉速率对定向凝固NiAl-43V合金组织演化的影响

采用定向凝固技术制备Ni-28.5Al-43V过共晶合金,研究初始过渡区和稳态区在不同抽拉速率下的组织形态转变,对初生α(V)相和(α+β)共晶竞争生长进行理论计算。结果表明:在恒定温度梯度GL=310 K/cm,NiAl-43V过共晶合金初始过渡区凝固过程在低速抽拉速率下(v=(2~6)×10^-6m/s)经历胞状初生α(V)相+(α+β)共晶、枝晶α(V)相+(α+β)共晶两个阶段;中速抽拉速率(v=(10~60)×10^-6m/s)经历条状初生相、胞状初生α(V)相+(α+β)共晶、枝晶α(V)相+(α+β)共晶3个阶段;高速抽拉速率(v=(90~150)×10^-6m/s)下条状初生相阶段逐渐消失,演变为中速的后两个阶段;在抽拉速率条件下(v=(2~150)×10^-6m/s),固液界面依次经历平、胞枝、枝晶的形貌转变;初生相和共晶界面生长温度相同时,临界生长速率v1=4.31×10^-6m/s和v2=6.796 285×10^-2m/s,与生长速率v=2×10^-6m/s时的共晶组织基本吻合。     

Al-5Ti-1B对Al-Zn-Mg-Cu合金铸态组织与力学性能的影响

研究了电磁搅拌连续铸挤Al-5Ti-1B晶粒细化剂对Al-Zn-Mg-Cu合金铸态组织与力学性能的影响。结果表明:Al-5Ti-1B是Al-Zn-Mg-Cu合金的有效晶粒细化剂,添加质量分数为0.1%的Al-5Ti-1B,可使Al-Zn-Mg-Cu合金铸态组织从粗大的枝晶细化为平均直径为54μm的等轴晶,抗拉强度和伸长率提高5.5%和35.6%;随着Al-5Ti-1B的质量分数从0.1%增加至0.5%,Al-Zn-Mg-Cu合金的晶粒进一步细化,抗拉强度和伸长率继续提高;当Al-5Ti-1B的质量分数为0.5%时,Al-Zn-Mg-Cu合金被细化为平均直径为38μm的等轴晶,合金的抗拉强度和伸长率提高到313 MPa和4.2%,与未添加Al-5Ti-1B相比,分别提高了13.8%和48.2%。     

钛合金板抗12.7mm穿甲燃烧弹倾角效应试验研究

采用12.7 mm穿甲燃烧弹对水平厚为25.5 mm的Ti-6Al-4V钛合金板进行倾角效应试验,以研究钛合金板倾角对其防护能力的影响。采用等重钢总穿深的方法考核其抗弹性能。结果表明:钛合金板抗小口径枪弹(12.7 mm穿燃弹)倾角效应的基本规律呈现正效应,对于水平厚为25.5 mm的钛合金板,其跳弹角为62°。     

金属基复合材料

高速民用运输机和国家空天飞机(NASP)将要求航空电子设备和结构材料比目前所需要的材料具有更轻的质量和更高的耐高温能力。未来航空航天推进系统将要求采用可在较高温度下工作的轻型摩擦材料,这种材料具有较低的摩阻和较长的工作寿命。目前整个轻型复合材料族或处于可应用阶段,或已进入实用期,这在几年前还是认为不可能的事。例如,Timet公司为麦道公司研究了NASP用的高温抗蠕变钛合金基体材料。达信公司利用连续碳化硅纤维增强的Ti-6Al-4V钛合金复合材料,用热等静压工艺压制成涡轮发动机轴。台金技术公司研制的粉末冶金钛复合材料含有碳化钛粒子,用它制成的运动零部件耐磨     

日本研制出超塑钛

<正> 据《Advanced Materials & Processes》1991年第140卷第3期报导,日本NKK公司研制的超塑成形行为优于Ti-6Al-4V的SP-700高强度钛合金,在700～800℃温度范围内,延伸率大于2000％(应变率为0.003/s_(?)~(-1))。超塑范围比Ti-bAl-4V低100℃以上。     

钛合金板抗12.7mm穿甲燃烧弹厚度效应试验研究

采用12.7 mm穿甲燃烧弹对不同厚度的Ti-6Al-4V钛合金板进行厚度效应试验,研究钛合金板厚度对其防护能力的影响。采用等重钢总穿深及防护系数的方法考核其抗弹性能。结果表明,钛合金板抗小口径枪弹(12.7 mm穿燃弹)板厚在10~30 mm间厚度效应呈现正效应。     

碳涂层对SiC纤维增强钛基复合材料界面显微结构及性能的影响

研究涂碳的SiC(C)/Ti-6Al-4V和无涂碳的SiC/Ti-6Al-4V材料的界面结构以及结合强度。结果表明:碳涂层阻止了径向纤维间的相互作用,该涂层界面反应物只是TiC,这些产物包含邻近碳涂层生成的细小晶粒和邻近金属基体生成的粗大晶粒;在无涂碳界面上,相邻纤维一侧产生的是TiC薄层,毗邻金属基体产生的是TiC和Ti5Si3晶粒组成的厚混合物,晶粒的大小从纤维到基体逐渐增大。涂炭和无涂碳复合材料的界面结合强度分别是(118.2±4.24),(230±6.28)MPa,证明碳涂层在纤维和基体之间提供了一个弱结合界面。涂碳纤维复合材料的界面结合发生在涂碳层和反应层之间,而无涂碳发生在纤维和反应层之间。     

一类装甲钛合金材料的防护性能与抗弹机理探索

研究测试了一种成本低于常规Ti-6Al-4V的钛合金装甲材料的显微组织及抗弹性能。结果表明:热处理状态影响钛合金装甲材料的组织匹配;细小板条组织的材料从力学性能到抗弹性能的匹配比较合理;高强、高韧材料的抗弹性能明显优化;高强度、低韧性的材料脆性增加,抗多发弹能力下降。     

Ti-6Al-4V锻件与粉末冶金材料切屑形貌的对比研究

利用热等静压工艺制备高致密度的Ti-6Al-4V粉末冶金材料,对比Ti-6Al-4V锻件和粉末冶金材料切屑的横截面形貌和特征参数,研究粉末冶金材料的残余微孔隙和显微结构对切屑形成的影响。结果表明:粉末冶金材料切屑锯齿状结构的高度和密度均小于锻件,粉末冶金材料切屑的分离频率小于锻件。     

Ti-6Al-4V动态剪切力学性能研究

采用霍普金森压杆技术和新型双剪切试样对Ti-6Al-4V材料的动态剪切特性进行测试研究。获得了Ti-6Al-4V材料在不同剪应变率下的剪应力-剪应变曲线,同时对材料的变形过程进行了直接观测。采用ABAQUS/Explicit对双剪切试样的动态加载过程进行了数值模拟。结果显示,试样剪切区的剪切成分占主导地位,应力应变场沿厚度及在面内的主要区域内呈均匀分布。经对比发现,实验曲线与模拟结果具有较好的一致性。     

铸坯斜轧穿孔制备大口径TA31钛合金无缝管材

用真空自耗电弧炉+电子束冷床炉熔铸TA31钛合金（Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo）圆锭,通过铸坯直接斜轧穿孔制备出?538 mm×30 mm大口径无缝管,研究不同退火温度（850、900、950℃）对无缝管组织演变、织构和力学性能的影响。结果表明：铸坯直穿无缝管材表面质量良好,外径尺寸精度高但壁厚偏厚;轧制态无缝管为变形的魏氏组织,主要由片层状α相集束和晶界α相组成,退火处理后片层状初生α相减少,原始β相晶界部分溶断,组织逐渐均匀化并转变为网篮组织和魏氏组织的结合体;宏观织构以基面（0001）织构为主,随退火温度升高,织构锐利程度先增后减,而管材抗拉强度与屈服强度小幅增加,但塑性不变,适宜退火温度约为900℃,此时抗拉强度、屈服强度和伸长率平均值分别为892、825 MPa和11%。     

锻造及热处理工艺对Ti-679合金组织和性能的影响

国产Ti-679合金是仿制英国帝国金属公司研制与生产的IMI-679钛合金。该合金的名义成分为Ti-2.25Al-11Sn-5Zr-1Mo-0.25Si,是一种多组元近α型的耐热钛合金。 为使国产Ti-679用于生产,本文深入地研究了不同锻造及热处理工艺对Ti-679合金组织和性能的影响。这里着重介绍上述不同热加工工艺规范下的室温、高温拉伸性能和高温蠕变性能。     

ZTC4变形速率和变形温度的研究

对铸造Ti-6Al-4V的原始组织进行了分析,得出原始组织形态的影响规律;相同的试样在相同的变形度、不同变形速率和不同变形温度的进行等温压缩变形,研究了其变性形后的内部组织并得出规律.