TA15钛合金中板组织与力学性能研究

采用一次换向+四火次轧制、二次换向+四火次轧制和一次换向+三火次大变形轧制3种工艺制备了厚度10.0mm的TA15钛合金中板,研究了轧制工艺对板材显微组织和力学性能的影响。结果表明：3种TA15钛合金中板显微组织均为α+β两相区加工组织,但采用二次换向+四火次轧制的样品B显微组织中初生α相尺寸最为细小、等轴化程度最高;3种TA15钛合金板材室温和高温力学性能均符合GJB 2505A—2008标准要求,但采用一次换向+三火次大变形轧制的样品C室温和500℃高温抗拉强度横纵向差异最小,500℃高温持久性能最佳。     

TC1钛合金宽幅薄板轧制工艺研究

对比分析了包覆叠轧和冷轧两种工艺制备TC1钛合金宽幅薄板表面质量、组织形貌和力学性能,并研究了成品退火温度对冷轧板材力学性能和组织的影响。结果表明:这两种工艺生产的TC1钛合金薄板力学性能均可满足GJB 2505A—2008要求,冷轧工艺生产的TC1钛合金成品板材表面质量良好,性能稳定,晶粒更为细小;冷轧板材成品退火温度控制在550~580℃较为适宜。     

制备工艺对TA7钛合金板材外观、力学性能和组织的影响

TA7钛合金可被用于制造飞机蒙皮、喷气发动机焊接轮环等中等强度的焊接结构件,但由于存在成形塑性差、易开裂、成品率低等问题,TA7钛合金板材的加工难度较大。为此,针对TA7钛合金板材的生产工艺进行了探索性实验,对比了3种不同制备工艺对TA7钛合金板材开裂情况、显微组织及力学性能的影响。结果表明:开坯轧制在低温区域进行,一火轧制后板材表面开裂明显,成品板材晶粒细小,但组织均匀性不高;开坯轧制在相变点附近的高温区域进行,一火轧制后板材开裂程度明显改善,成品板材晶粒有所长大,但组织均匀性依旧较差;开坯轧制在低温区域进行,且后期采用换向轧制得到的板材表现出最优的综合性能。此外,3种工艺制备的TA7钛合金成品板材的室温力学性能相差不大。     

热处理温度对TA7钛合金板材组织与力学性能的影响

研究了TA7钛合金板材热加工态和经750、800、850℃3种不同温度热处理后的显微组织、室温拉伸性能、弯曲性能、高温拉伸性能和高温持久性能。结果表明，热加工态TA7钛合金板材横向存在不均匀组织，纵向有较多拉长α晶粒；经750℃热处理后板材拉长α晶粒转变为等轴状；经800℃热处理后板材横向与纵向均为均匀、细小的等轴组织；经850℃热处理后板材晶粒发生长大。热处理后板材强度降低，塑性增加，弯曲性能和高温持久性能均满足GJB 2505A—2018标准要求；随着热处理温度的升高，板材室温拉伸强度和高温拉伸强度均逐渐降低，经850℃热处理后板材的500℃高温拉伸强度已不能满足要求。为了获得均匀、细小的组织及良好的力学性能，TA7钛合金板材宜采用800℃热处理。     

热加工工艺对TA11钛合金棒材特性的影响

分别采用锻造和轧制工艺得到规格为Ф40mm的TA11钛合金棒材,对比分析了两种加工工艺下TA11钛合金棒材的显微组织、力学性能和超声波探伤结果。结果表明:在本次实验条件下,经轧制的TA11钛合金棒材组织为等轴组织,组织细小,分布均匀。锻造的TA11钛合金棒材显微组织为双态组织,棒材整体组织均匀性较好,但初生α相分布存在局部"群集"的现象;两种热加工工艺得到的棒材力学性能差异不大,均能满足标准要求。轧制棒材探伤杂波水平低于-12d B,可完全满足标准要求;锻造棒材探伤杂波水平不能完全达标。     

TC4钛合金薄板轧制的工业化试验研究

为开发出组织性能达到GJB2505A要求的优质细晶TC4钛合金薄板,分别采用普通TC4钛合金与TC4 ELI钛合金进行了幅宽为1 400 mm的薄板轧制工业试验。两种合金板坯首先在两相区进行变形量为79%的第一火轧制,经β淬火后进行变形量为58%的第二火轧制,最后再以包覆叠轧方式进行变形量为70%的第三火轧制。对比分析了不同轧制变形量下的金相组织和性能,以及间隙元素对TC4钛合金变形机理的影响。研究结果表明:在相同热轧工艺下,普通TC4钛合金比TC4 ELI钛合金更易发生动态再结晶;TC4钛合金在经过总变形量为95%的的热轧后,组织已得到充分破碎,但普通TC4钛合金的强度、塑性仍明显高于TC4 ELI钛合金。     

TA18钛合金斜轧管坯组织与性能研究

采用斜轧穿孔法制备TA18钛合金管坯,分析了管坯表面质量、氧化层厚度、组织和性能特点,并研究了开坯轧制加工率对管材组织的影响,以及热处理制度对成品管组织与性能的影响。结果表明:斜轧穿孔法制备的管坯表面光滑,其组织为变形的魏氏组织和少量的块状α组织。该管坯在进行两辊开坯轧制时,变形量应控制在55%以内。采用斜轧穿孔管坯生产的48 mm×5 mm成品管材,经过650~670℃×1 h真空退火处理后,其力学性能完全满足国军标GJB 3423—98和美标ASTM B 338—2010的要求。     

细晶TA15钛合金板材制备工艺及其超塑性研究

研究了β淬火和换向轧制对TA15钛合金板材显微组织和力学性能的影响,并对显微组织最为均匀细小的板材进行了超塑性能测试。结果表明,增加β淬火工艺,可以提高板材显微组织的均匀性,细化晶粒尺寸,提高板材的室温拉伸强度;采用换向轧制工艺,能够显著减小横纵向组织差异,提高组织均匀性,使板材横纵向性能差异减小;对同时采用β淬火和换向轧制工艺制备的板材进行超塑性拉伸试验,在850~920℃、0.001~0.01 s-1试验条件下,板材具有良好的超塑性能,且超塑性能对拉伸温度和拉伸应变速率均较为敏感。不同的应变速率下,温度对超塑性能的影响规律不同。     

TA10钛合金板材的热处理工艺研究

为了使热轧TA10钛合金板材的塑性指标能够满足后续爆炸复合工艺的要求,对3 mm厚热轧TA10钛合金板材进行了不同温度和不同保温时间的退火热处理,研究退火温度和保温时间对其组织和力学性能的影响。结果表明,热轧态TA10钛合金板材经(700~750)℃×(30~60)min/AC热处理后可以得到较为均匀的等轴α相组织和较好的综合力学性能,满足爆炸复合用钛板的使用要求。     

锻造工艺对TA23钛合金板坯组织及性能的影响

TA23钛合金铸锭在卢相区经过变形量为88％的两镦两拔锻造,然后在α＋β相区进行锻造,变形量分别为36％（工艺1）和56％（工艺2）,最终得到135mm×960mm×1050mm的板坯。采用金相显微镜、材料托伸试验机和超声波探伤仪对TA23钛合金板坯的显微组织、力学性能和内部缺陷进行了研究。结果表明,在两相区进行变形世为36％的锻造得到的板坯组织为网篮组织,变形量为56％得到的板坯组织为等轴组织;增大变形硅有利于进一步细化组织,提高塑性指标,降低超声波探伤杂波水平;采用工艺2锻造的TA23钛合金板坯可用于生产船用板材。     

热加工工艺对Ti70板材组织和力学性能的影响

文章对Ti70钛合金进行了不同轧制工艺条件下的轧制试验，并结合后续的退火试验，对不同轧制工艺以及热处理工艺对板材的微观组织、力学性能的影响进行了表征分析。轧制工艺条件主要包括火次加热温度、单道次变形量、成品热处理温度。试验结果表明适当降低成品火次轧制温度，在较低温度下发生了较大变形，畸变能大、形核点多，因而随后退火后再结晶更加充分，组织更细小、均匀，α相等轴化程度更高，能够有效提高板材强度约30 MPa。同时采用700℃热处理时，板材强度和塑性匹配较好。     

SP700钛合金板轧制过程的组织演变和力学性能研究

研究了22 mm厚SP700钛合金板轧制过程中的组织演变和力学性能。结果表明:SP700钛合金板的显微组织由不连续的晶界α相和晶内针状组织组成;经过热轧和冷轧后,显微组织不均匀,由等轴组织和变形组织组成,等轴组织由等轴α相和等轴β相组成,变形组织由条状α相和变形β相组成;冷轧并退火后,显微组织十分均匀,由等轴组织组成。室温拉伸试验结果表明:SP700钛合金板冷轧后,抗拉强度达1 100 MPa以上,纵横向强度差为64 MPa,伸长率为5.0%～6.5%,塑性差为0.17%。退火后,强度降低,塑性显著提高;纵横向强度差为69 MPa,塑性差为6.84%。     

带钢热连轧机生产TA10钛合金带的轧制工艺

在带钢热连轧机组上开展TA10钛合金带的轧制工艺优化研究,结合带钢轧制工艺设计,提出多组不同钛带轧制工艺规程,然后直接在带钢热连轧机上进行TA10钛合金带的热连轧生产试验。通过比较研究不同轧制工艺所生产产品的微观组织、力学性能及其他质量状态,揭示了不同热连轧工艺与组织性能的相关性,掌握TA10钛合金带热连轧变形特点,优选确定了TA10钛合金带的轧制工艺及参数,并投入生产应用后使该带钢热连轧机稳定生产出了基本满足相关技术标准要求的TA10钛合金带产品。     

钒微合金化汽车钛合金的轧制工艺优化

选用不同工艺进行了钒微合金化汽车钛合金Ti-Al-Mo-Cr-V的轧制试验,并进行了力学性能的测试与对比分析。结果表明,开轧温度和轧制变形量对试验合金力学性能产生明显影响。随开轧温度从945℃逐步提高到1 045℃时,试验合金力学性能先提高后下降;随轧制变形量从59%逐步增大到75%时,试验合金的力学性能先急剧提高后缓慢提高。试验合金的开轧温度优选为1 020℃、轧制变形量优选为67%。与945℃开轧温度相比,1 020℃轧制时试验合金的抗拉强度增大28 MPa、屈服强度增大34 MPa,断面收缩率减小2.5%。与59%轧制变形量相比,采用67%变形量轧制时试验合金的抗拉强度增大23 MPa、屈服强度增大27 MPa,断面收缩率减小1.5%。     

冷变形量及热处理对BTi-421111钛合金薄板组织和性能的影响

BTi-421111钛合金是一种低成本中强钛合金,通过研究BTi-421111钛合金薄板冷轧变形量、退火温度等工艺参数对室温力学性能和显微组织的影响,探讨了BTi-421111钛合金薄板冷变形特点及组织性能的变化规律,确定了BTi-421111钛合金最佳的退火温度。研究结果表明:BTi-421111钛合金板材具有较好的冷变形能力,合理的变形量为30%左右,此时板材的抗拉强度为1 140 MPa,延伸率为11%,强度-塑性匹配良好;最佳退火温度为780~810℃。     

工业纯钛热加工图的建立和板材热轧工艺路线的优化

利用Gleeble-3800热模拟试验机进行多道次平面应变压缩实验,建立了TA1工业纯钛的热加工图,并以此确定了板材的可加工区域。在区域内选择3条工艺路线,利用2 800 mm四辊可逆轧机制备出TA1工业纯钛板材。通过对板材显微组织和力学性能的分析得出,采用开轧温度700~750℃,应变速率5 s-1,道次变形量不低于25%的工艺路线,可以获得满足使用要求的板材,且提高了成材率,降低了生产成本。     

Ti-811合金棒材热连轧过程有限元数值模拟及验证

采用有限元法对Ti-811合金棒材热连轧过程进行数值模拟,分析变形过程中轧件应力场、应变场和温度场的数值以及分布规律,并基于数值模拟结果进行轧制验证,为制定Ti-811合金棒材轧制工艺提供指导。结果表明：模拟连续轧制过程中轧件的最大应力位于与轧辊接触的表面,且由边部到心部逐渐降低;随着轧制道次的增加,应力值逐渐下降、应变量逐渐增大;轧件在各道次的变形过程中表层和心部存在差异,心部变形量大于边部变形量;轧件与轧辊接触的表面层有明显温降,当轧件脱离轧辊后表面层温度逐渐回升,轧制结束后表面层温度回升至初始温度,但心部因变形热积聚温度略有升高,最大温升值达到14℃。基于数值模拟结果在热连轧机组上进行轧制验证,所轧制的Ti-811合金棒材外形尺寸良好,且组织与力学性能满足GJB 9567—2018《叶片用TA11和TC6钛合金棒材规范》要求。     

超大规格TA15钛合金棒材锻造工艺研究

分别采用一次镦拔、两次镦拔和直接拔长3种开坯锻造工艺锻制了400 mm TA15钛合金棒材,并对比分析了棒材的低倍组织、显微组织、力学性能以及探伤杂波水平。结果表明,在铸锭开坯时通过两次镦拔变形增加β相区的变形量,在中间锻造及成品锻造时保证变形量分别大于40%和30%,再经800℃×2 h/AC热处理后,可以得到边部、1/2R处及心部组织均匀细小的Ф400 mm TA15钛合金棒材,且各项力学性能符合用户标准要求,探伤杂波水平可达Ф3.2 mm-9 dB。     

TA15钛合金超塑成形/扩散连接的可行性研究

采用厚度为2、4 mm的TA15钛合金板材,通过超塑成形/扩散连接的方法制备TA15钛合金重要承力壁板。经宏观及显微镜观察、超声波无损检测发现,该壁板质量良好。制备与超塑成形/扩散连接壁板的材质、厚度、成形工艺及成形过程完全一致的试验件,考核其拉伸性能、疲劳性能、剪切性能。结果表明,采用该种工艺制造的TA15钛合金壁板的力学性能满足设计要求,同时也指出TA15钛合金超塑成形/扩散连接的工艺参数有待进一步优化。     

烧结温度对SPS制备TA15钛合金组织与拉伸性能的影响

利用放电等离子烧结法(SPS)制备TA15钛合金试样,并采用扫描电子显微镜、自动转塔显微硬度计和电子万能试验机研究烧结温度对合金显微组织、硬度与力学性能的影响。结果表明,烧结温度对TA15钛合金微观组织具有显著影响,当烧结温度在900℃以上时,TA15钛合金由等轴组织转变为魏氏组织,且原始β相尺寸增大,魏氏组织中片层间距更加细密。在烧结温度850℃、烧结时间5 min、烧结压力40 MPa条件下,TA15钛合金具有最佳的力学性能,室温抗拉强度和屈服强度分别为1032.15、943.39 MPa,延伸率为17.72%。