钛及钛合金热氧化行为研究

对TA2纯钛和TA18钛合金试样在500～850℃温度范围内进行热氧化处理,采用静态增重法研究氧化速率,并采用XRD分析表层氧化物物相,探讨合金元素对热氧化动力学的影响机理。结果表明,TA2纯钛和TA18钛合金氧化增重都随温度提高而增大,在相同的热氧化温度和时间下,TA18钛合金的单位面积氧化增重曲线比TA2纯钛的平缓,增重比TA2纯钛慢;TA18钛合金的抛物线速率常数比TA2纯钛小,即TAl8钛合金的抗氧化性比TA2纯钛更好。TA2纯钛在600℃和700℃氧化的抛物线速率常数分别为1．24774×10、6．75902×10-2mg2·cm-4·h-1;TA18钛合金在600℃和700℃氧化的抛物线速率常数分别为7．853×10、3．66128×10-2mg2·cm-4·h-1。TA18钛合金抗氧化性比TA2纯钛更好的原因是：TA18钛合金氧化层由TiO2和A12O3组成,TA2纯钛氧化层完全由TiO2组成,A12O3比TiO2更致密,具有更好的阻挡氧向内层渗透的作用。     

超声冲-滚工业纯钛焊接接头表面性能研究

设计了一种新型的超声处理方法—超声冲-滚(UIR),以改善普通针式超声冲击(UIT)操作可控性差造成的金属材料表面粗糙度过高、表面应力分布不均匀等问题。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)对比测试了普通针式UIT和UIR处理工业纯钛焊接接头表层的残余应力、特征峰强度和表面粗糙度,实验结果表明:UIR处理各条件下工业纯钛焊接接头区域残余压应力均匀程度较高; UIT处理后纯钛表层组织细化至纳米级,最小晶粒尺寸为2 A-9 min处理条件下的69.7 nm; UIT 2 A-6 min处理工业纯钛焊接接头表面粗糙度为4.6μm,仅为UIT同等处理参数下的51%。与普通针式UIT相比, UIR处理能够使工业纯钛焊接接头处的残余压应力更加均匀、表面粗糙度更低, 2 A-6 min为UIR处理改善工业纯钛焊接接头表面性能的最优工艺参数。     

TA15钛合金的高温蠕变行为

研究TA15钛合金在500~525℃下的高温蠕变行为,实验应力为250~350 MPa。计算合金在不同应力、不同温度下的稳态蠕变速率和应力指数以及蠕变激活能,并通过引入临界应力的概念对稳态蠕变的Arrhenius方程式进行修正,得出不同温度下的临界应力以及合金的真实蠕变应力指数,在此基础上研究其蠕变变形机制。研究结果表明,蠕变应力为350 MPa时,合金的蠕变激活能appQ=403.1 kJ/mol;500℃和600℃下,TA15合金的蠕变临界应力0?值分别为82.15 MPa和34.79 MPa;500℃,TA15合金的真实蠕变应力指数P值为1.7~4.3,600℃时,合金的P值为4.0~6.0;在实验温度和应力范围内,位错的攀移和滑移在TA15合金蠕变变形过程中的作用很大,其中以位错攀移为主,位错滑移为辅。     

超声冲击处理对TA15钛合金板材焊缝残余应力的影响

由于焊接过程中的温度分布不均匀,在焊接接头处会引入较大的残余应力,对焊接构件稳定性产生不利影响,超声冲击处理(UIT)则是常用的消除残余应力的方法。采用电子束焊接方式对3 mm厚TA15钛合金板材进行焊接,随后对焊接板材焊趾部位进行超声冲击处理。在光学显微镜下观察焊接接头的显微组织,利用X射线应力仪测量焊接接头的残余应力,研究超声冲击处理对焊接接头残余应力的影响。结果表明,对于TA15钛合金板材,电子束焊接接头呈"倒三角"形,焊缝处晶粒粗大;超声冲击处理能够降低焊缝表面的残余应力,并将残余拉应力转化为残余压应力。对焊趾部位超声冲击处理后,电子束焊接板材焊缝处的平均残余应力从200 MPa降低至-53 MPa。     

设计温度最高的钛制压力容器

设计压力为17MPa、设计温度为350℃的工业纯钛制高压釜已由四联钛设备设计制造公司研制完成,并在某核电站高温水腐蚀试验装置中正常运行.这是我国设计温度最高的工业纯钛制压力容器.此高压釜用国产TA2制造,参照日本规范,350℃二级工业纯钛的许用应力计算.     

热处理对GH3128合金接头组织及力学性能的影响

 核能已经逐渐取代化石能源成为新一代能源,作为重要构件的高温气冷堆中间换热器得到了广泛关注。由于GH3128合金具有较好的焊接性、较高的高温抗氧化性能和组织稳定性,有望成为超高温气冷堆中间换热器的候选材料,但基于换热器结构复杂性以及密封性的要求,焊接是其生产和制造的关键成形手段。采用脉冲钨极氩弧焊(GTAW)对GH3128合金2 mm板材进行对接焊,研究了热处理对焊接焊接接头显微组织以及应力的影响。结果表明,在优化焊接工艺参数下,固溶态板材接头表现出最高的强塑性,室温及高温拉伸断裂位置均为母材。由于热轧态与固溶态板材接头热影响区在焊接过程中产生残余应力,导致该区硬化,在高温变形过程中残余应力诱发热影响区μ相析出,对接头持久、蠕变性能造成不利影响。焊后热处理消除了接头热影响区的残余应力,减少了持久、蠕变过程中μ相的析出,接头持久寿命得以改善。在1 200 ℃下,残余应力可为焊后热处理过程中静态再结晶提供激活能,接头热影响区发生再结晶,硬度下降,接头塑性变形能力不协调,导致室温拉伸与950 ℃拉伸断裂位置均为焊接接头。对固溶态板材试样进行不同的焊后热处理,EBSD扫描结果分析发现,接头经过1 100 ℃×10 min热处理后,残余应力明显消失,温度升高至1 140 ℃后,热影响区开始发生再结晶。     

工业纯钛TA2冷轧板再结晶过程的研究

利用Gleeble-3500热模拟试验机对工业纯钛TA2冷轧板进行退火实验,结合硬度法与金相法测定了TA2的再结晶温度,根据Arrhenius公式计算了TA2的再结晶激活能,并对冷轧退火板进行力学性能测试。结果表明保温时间为9 min时,TA2的再结晶温度在520～600℃之间,恒温700℃时,再结晶时间为1.84 min;再结晶激活能Q为5.6578×104 kJ.mol-1;当再结晶退火温度在680～700℃,保温时间在30min左右,钛板可以保持良好的力学性能。     

工业纯钛TA2热变形过程的流变行为本构方程

利用Gleeble-3800热模拟实验机研究了工业纯钛TA2的热变形行为.变形温度为750~1000℃，步长50℃，应变速率分别为0.01、0.1、1和10 s-1.实验结果表明，TA2在热压缩变形过程中发生了加工硬化以及动态回复、动态再结晶.随着变形温度的降低和应变速率的增加，流变应力逐渐增加.为了准确预测TA2的高温流变行为，基于实验数据和双曲正弦Arrhenius模型构建了考虑应变影响的本构方程，本构方程中材料常数α、n、Q、lnA与应变之间存在6阶多项式关系.本文所提出考虑应变影响的本构方程可以用于研究工业纯钛TA2的高温流变行为.      

Ti-25Cu-15Ni钎料钎焊的TA0钛接头界面微观组织及拉伸性能

采用真空电弧熔炼法制备钛基钎料Ti-25Cu-15Ni(at.%),通过DSC、SEM和XRD分析确认该钎料的焊接温度和微观组织结构及形貌。采用该钎料钎焊工业纯钛TA0,并分析焊接接头的微观组织结构。结果表明,该钎料主要由α-Ti和Ti2Cu共晶组织构成,在1 000℃焊接温度下,在钎料/焊接母材接头界面,有大量的Ti2Cu和TiNi化合物形成。同时,在靠近母材部分存在α-Ti+TiNi共晶组织,Ni元素扩散到钛合金母材中形成针状TiNi化合物,有利于连接强度的提高。测试了在1 000℃下的不同保温时间对试样拉伸强度的影响,结果表明,1 000℃下保温30 min制备的连接件最大拉伸强度为185.65 MPa。     

热氧化处理对纯钛耐腐蚀性能影响的研究

选取TA2纯钛为研究对象,在箱式电阻炉中进行不同温度与不同时间的热氧化处理,研究了不同工艺热氧化处理试样在36%~38%HCl(室温)和30%H2O2(36.5℃)中的耐腐蚀性。采用扫描电子显微镜(SEM)观察了热氧化处理试样表面形貌,XRD进行了物相分析,用电子天平称重。研究结果表明,TA2纯钛在600℃以上热氧化处理在其表面形成了比原始态更厚的金红石型TiO2氧化膜,且TiO2氧化膜随热氧化温度升高而加厚;热氧化后TA2试样在36%~38%HCl和30%H2O2中耐腐蚀性明显改善,改善TA2耐蚀性的最佳热氧化工艺条件为:热氧化温度700℃;热氧化时间330~500 min。     

退火处理工艺下Ti40合金蠕变组织研究

对Ti40合金进行600℃×4h／AC退火处理,并测试合金在500～600℃温度范同内250MPa应力下的蠕变性能、,实验结果表明,蠕变应力为250MPa的条件下,当蠕变温度不超过520℃时,合金蠕变性能较好,当蠕变温度升高到535℃时,合金蠕变性能急剧恶化,不能满足使用要求。Ti40合金蠕变稳态阶段是位错滑移塞积和攀移释放应力的动态平衡。当蠕变进入第三阶段,出现主位错的分解与合并以及位错之间的交割和缠结。在蠕变过程中,位错的缠结和塞积导致应力集中,最终在晶界处形成蠕变空洞。     

工业纯钛TA2的高温变形机制研究

研究了纯钛TA2 在 70 0 ,75 0 ,80 0℃的室温下及变形速度为 4.5 ,12和 45mm·min- 1 )时的拉伸变形行为 ,分析了其真应力 真应变 (σ ε)的对应关系及显微组织的变化规律。结果表明 ,σ ε曲线上 ,在给定温度下 ,随着应变速率增大 ,应力增大 ;在固定应变速率时 ,随着温度升高 ,应力降低。随着应变速率增大 ,TA2 的显微组织呈现细化趋势 ,并且组织中亚晶粒比例增加。TA2 高温变形的变形激活能Q为 3 47 60 18kJ·mol- 1 ,说明该金属的高温变形机制为杂质元素与位错相互作用的过程 ,得到了高温变形的本构方程。     

高能喷丸对工业纯钛钎焊的影响

通过高能喷丸方法在工业纯钛表面制备了纳米表层,选择B-Ag40CuZnCdNi钎料对纳米化前后的纯钛进行了不同工艺的钎焊,借助微观组织分析和抗剪强度测定研究了表面自身纳米化对工业纯钛钎焊过程的影响。结果表明:用B-Ag40CuZnCdNi钎料钎焊工业纯钛时,表面自身纳米化预处理提高了母材表面的活性,促进了纯钛母材向液态钎料中的溶解,低温短时焊接时对接头性能提高有利,接头强度比未预处理时提高了13.8%。焊接温度超过650℃后,母材纳米表层的高活性使界面区的金属间化合物层增厚,接头性能反而下降;由于在焊接温度下元素的固态扩散不易进行,纳米化前处理对液态钎料中的元素向母材扩散的影响不明显;母材纳米化前处理后,钎焊时通过降低焊接温度和缩短保温时间,既可发挥纳米表层有益特性,同时避免不利影响。     

TC4钛合金MIG焊接头热处理后组织性能研究

对TC4钛合金MIG焊焊接接头进行焊后热处理,采用盲孔法、拉伸、冲击、金相、扫描等方法对接头进行试验与分析,研究不同热处理工艺对残余应力、组织和力学性能的影响.结果 表明:焊接接头经焊后热处理,横向残余应力和纵向残余应力平均值最大降为74.2 MPa和70.1 MPa;未热处理接头母材区为α+β片层组织,焊缝区为α针状马氏体组织,热影响区为α和α'混合组织.热处理后,随着热处理温度和时间的增加,焊缝组织中的针状α'马氏体粗化,晶粒尺寸增加;未热处理接头焊后拉伸断裂位置为母材处,接头强度高于母材.在650℃+2 h的热处理工艺下,接头延伸率较未热处理状态提高,断裂方式为韧性断裂,保温时间延长至3h,晶粒粗大、延伸率降低.接头室温冲击功焊后状态能够达到母材的95％,经焊后热处理后接头得到软化,室温冲击功相比焊后状态有所下降.     

新型马氏体耐热钢G115的蠕变性能研究

G115是钢铁研究总院与宝钢联合开发的应用于600~650℃的超超临界锅炉用管钢。对G115热挤压管在130MPa应力下,分别进行625、650和675℃的蠕变性能试验,通过不同温度下蠕变曲线对比,发现G115钢的持久蠕变性能对温度参数较为敏感,提高持久蠕变温度,导致蠕变试样的稳态蠕变速率大大增加;同时对在650和675℃下的持久蠕变断裂试样的金相组织进行分析,两个温度下断裂的两个持久蠕变试样的断裂机制主要是晶界蠕变孔洞的出现和晶内马氏体板条密度降低导致。     

局部感应加热对高强钢方管二次辊压成形的影响

本文通过对高强钢方管角部进行局部感应加热,提高其弯角区域的成形性能,降低其变形抗力,由此在不影响非变形区域组织性能的前提下,获得所需方管的截面尺寸和组织性能.在热辊压过程中,坯料在没有模具限制的方管角部外侧邻近区域发生堆积,且随着加热温度上升,角部外侧金属堆积更明显.同时,在方管内角表层出现显微裂纹恶化,裂纹以树枝状生长.热辊压成形后的残余温度会产生一个自回火过程,能够明显降低残余应力,且随着温度的升高,残余应力降低的幅度变大.当加热温度在650℃以上时,自回火对残余应力的影响大于宏观裂纹的扩展能力,起主导作用,且压扁过程中压下量超过方管对角线长度2/3时也不会产生裂纹.      

纯钛粉放电等离子烧结致密化的动力学与组织演变行为

放电等离子烧结(spark plasma sintering, SPS)具有快速致密化的显著特点,然而目前对SPS快速致密化的动力学行为缺少深入理解与认识。考虑到纯钛的优异性质及广泛应用,本文以纯钛粉为典型材料,在压强20 MPa、温度为600~875℃条件下,进行纯钛粉的SPS烧结,获得了其在不同温度下的致密化过程与时间的函数关系,揭示了其快速致密化的动力学行为。并深入探讨烧结温度对其微观组织、孔隙度及力学性能的影响。结果表明：在低温阶段(600~725℃),致密化指数为1.5,扩散与高温蠕变共同作用实现样品的致密化;在温度较高时(800~875℃)致密化指数为2,此时主要为高温蠕变导致的致密,随温度升高,样品的维氏硬度增加,且温度越高增加速率越快,样品的力学性能提高。     

温度对Ag颗粒增强SnCu基复合钎料蠕变性能的影响

采用1 mm2微型单搭接钎焊接头, 研究了恒定应力下温度对Ag颗粒增强SnCu基复合钎料钎焊接头蠕变寿命的影响, 研究结果表明： 增强颗粒Ag与基体会发生冶金反应, 在Ag颗粒周围形成了一薄层Ag-Sn金属间化合物, 使增强颗粒Ag与基体紧密结合, 从而使复合钎料钎焊接头蠕变寿命优于基体SnCu钎料;温度对复合钎料钎焊接头蠕变寿命影响较SnCu钎料明显.     

转炉炉壳变形及其控制

大型转炉用镁碳砖炉衬后，炉壳温度可达４７０℃或更高，造成炉壳蠕变而变形。研究了转炉炉壳变形的状态及规律，分析了炉体机械应力、温度应力及膨胀应力。并通过蠕变实验预测炉壳的残余寿命。还介绍了改善及控制炉壳变形的整形技术和冷却技术。     

攀钢集团江油长城特殊钢成功试制出舰船用TA2纯钛管

正4月19日,从攀钢集团江油长城特殊钢有限公司获悉,该公司特材厂经过多方努力,成功试制出3个规格的舰船用TA2纯钛管样管,这标志着攀长特已打通纯钛管TA2生产工艺路线,为该产品后续生产、接单提供了技术支撑。