海洋工程用超大规格Ti80钛合金锻坯制备研究

对海洋工程用超大规格Ti80钛合金铸锭的化学成分均匀性,以及制备的超大规格锻坯组织均匀性和力学性能稳定性进行了研究分析。结果表明:研制的单重为11000 kg的Ti80钛合金铸锭头部、中部和尾部的化学成分中的主元素极差控制在1000 ppm、氧元素极差控制在80 ppm,表明化学成分均匀性良好;制备的单重为7500 kg的超大规格Ti80钛合金锻坯的不同位置的低倍组织模糊均匀、显微组织均匀性及一致性良好,锻坯不同位置、不同方向的抗拉强度和屈服强度偏差均控制在10 MPa以内,伸长率偏差为2%,断面收缩率偏差为4%,冲击功偏差为5 J,表明其力学性能差异较小,具有良好的性能稳定性。     

钛合金整体叶盘叶型精密振动电解加工实验研究

针对钛合金整体叶盘叶栅通道狭窄、叶片型面复杂、扭转角度大等特点,采用片状电极对叶片型面进行双面同步精密振动电解加工。分析了电解加工参数对叶片加工精度和表面质量的影响,通过正交试验确定了合理的工艺参数,实现了整体叶盘的叶片叶身型面、根部R角及叶间流道的一次电解成形,型面误差为-0.023~0.040 mm,表面粗糙度为Ra0.53μm,达到了设计要求。对电解加工叶片型面试件的组织形貌进行扫描电镜观察,未发现晶间腐蚀和选择性腐蚀造成的点蚀现象。     

TC17合金整体叶盘等温锻造过程数值模拟及工艺参数影响

采用二维有限元模拟软件Deform-2D对TC17钛合金整体叶盘锻件的等温β模锻过程进行数值模拟,分析了整体叶盘不同部位的应变场。根据有限元模拟结果对TC17钛合金整体叶盘锻件的荒坯尺寸及工艺参数进行优化,并进行了TC17钛合金等温锻造成形工艺试验。试验结果表明,等温β模锻工艺可使TC17钛合金组织中粗大原始β相晶粒得到充分的形变,晶界析出弯曲、断续的细小α相,晶内析出交错、细小的次生α相,呈现理想的网篮组织;当应变达到0.75时,可使得整体叶盘锻件的强度、塑性及断裂韧性实现理想匹配。     

Ti60高温钛合金氧化行为研究

研究Ti60高温钛合金在600～750 ℃范围内的氧化行为.氧化增重试验及XRD、SEM分析结果表明,Ti60合金在600～750 ℃范围内氧化0～100 h条件下,由Wagner的氧化经验公式计算得氧化指数n在1～2之间,氧化激活能为256 kJ/mol,氧化符合线性-抛物线混合规律.在600 ℃氧化100 h及750 ℃氧化10 h,氧化产物为TiO2,经750 ℃、100 h长时间氧化后,表面有少量Al2O3生成,氧化物优先沿原始β晶界形核.氧除了会在试样表面形成氧化层外,还会向基体中扩散形成脆性富氧层,从而影响合金力学性能.随着氧化温度的升高和时间的延长,富氧层厚度增厚.     

TA15钛合金双态组织特征对超声波探伤的影响北大核心CSCD

针对TA15钛合金在服役过程中由于显微组织缺陷问题而引起灾难性事故的现象,采用光学显微镜(OM)和超声波探伤设备对TA15钛合金锻件在不同热加工条件下的双态组织特征与超声波探伤杂波水平之间的关系进行研究。结果表明:TA15钛合金超声波探伤杂波水平受初生α_(p)相含量、形貌和片层α相片层厚度的双重影响,随着初生α_(p)相的增加及形貌均匀分布,超声波探伤杂波水平降低。TA15钛合金显微组织中出现粗大且排列整齐的片层α相,导致探伤杂波水平较高,而杂乱细小的片层α相导致探伤杂波水平降低。当TA15钛合金锻件的显微组织中出现条带状α相组织时,该部位超声波探伤杂波水平明显升高,热加工过程中应避免该组织形成。     

β热模锻TC17钛合金整体叶盘的显微组织与力学性能

采用β热模锻工艺生产了某型号航空发动机压气机用TC17钛合金整体叶盘,分析了整体叶盘的显微组织并测试了力学性能。结果表明,β热模锻工艺生产的整体叶盘具有典型的网篮组织,原始β晶粒沿变形方向拉长,无明显再结晶;晶界α相呈弯折断续分布,晶内针状α相呈网篮状编织。这种网篮组织的TC17钛合金β锻造整体叶盘具有较优的综合力学性能,室温拉伸、高温拉伸、蠕变、断裂韧性和高周疲劳性能均符合设计要求,且有较大的富裕量。     

激光熔化沉积高温钛合金Ti60快速凝固组织

运用激光熔化沉积快速成形技术制备了600℃高温钛合金Ti60棒状及板状试样,分析了其凝固组织及稀土复合物的析出行为。结果表明,激光连续熔化沉积Ti60棒状试样由以棒材轴心呈微八字形对称分布的定向生长柱状晶构成,柱状晶内部为近乎无侧向分枝的胞状晶组织,且在胞壁上存在细小均匀分布的稀土复合物;而激光逐层熔化沉积多道搭接板状试样具有更为细小的完全无侧向分枝之字形交替生长超细胞晶快速定向凝固组织,其超细胞晶间距仅为5～9μm,且晶内稀土复合物较棒材更加细小密集。     

激光增材修复Ti60钛合金显微组织及力学性能

本文对整体叶盘材料Ti60钛合金进行激光增材修复,研究其显微组织及力学性能。结果表明,热影响区组织呈现由基体区双态组织向修复区网篮组织的过渡特征,平均宽度约为900 μm。修复区主要由贯穿多个沉积层的外延生长的柱状晶组成,柱状晶内为分布均匀的α相网篮组织。三个区域内均弥散分布着Ti3(Sn, Al)小平面相,尺寸相近,其形貌和含量却因制备工艺凝固速度的不同而差异明显。三个区域硬度相当。拉伸试样断口特征表明激光增材修复Ti60钛合金的断裂机制为混合型断裂,平均抗拉强度和屈服强度分别为992.4 MPa和916.6 MPa,优于Ti60钛合金锻件强度标准,断后伸长率和断面收缩率的平均值为8.5%和14.6%,与Ti60钛合金锻件标准相差不大,达到实际工程应用要求。     

不同工艺制备TA15钛合金管材北大核心CSCD

采用锻造法、挤压法、斜轧法3种不同工艺制备TA15钛合金管材,并对比了性能、组织、外观尺寸及生产成本等方面的差异。结果表明:3种工艺均可以制备抗拉强度为900~1130 MPa,伸长率≥9%,断面收缩率≥25%,冲击功≥28 J的TA15钛合金管材,且锻造法制备的管材的表面质量及尺寸精度较挤压法和斜轧法更好;锻造法和挤压法制备的TA15钛合金管材的显微组织为α+β双态组织,而斜轧法制备的TA15钛合金管材的显微组织为粗大的魏氏体组织;锻造法和挤压法制备的TA15钛合金管材均具有良好的强度、塑性及冲击韧性等综合性能,但加工成本较高,适用制作性能要求高的零部件,而斜轧法制备的TA15钛合金管材的塑性较差,但加工成本最低,适用使用要求低的场合。研究为根据不同需求选择合适的工艺提供了理论指导。     

Ti60近α钛合金的热变形行为和组织演化

通过热压缩模拟试验和微观组织表征研究了Ti60钛合金在变形温度为975～1080℃、应变速率为0.001～1 s^-1下的流变行为和微观组织演化规律。结果表明,Ti60钛合金在高应变速率变形时热效应导致的温升明显,并存在不连续屈服现象。随着变形温度由975℃增加到1080℃,Ti60钛合金变形组织发生混晶组织→双态组织→全针状组织的转变。α单相区变形时,硬取向α晶粒几乎不发生变形和转动,软取向α晶粒在大变形后发生动态再结晶。Ti60钛合金在两相区变形时材料发生α→β相变,当应变速率小于0.1 s^-1时,即形成全针状组织,而在应变速率为1.0 s^-1时,变形时间短,相变不充分,形成双态组织。此外,α相再结晶机理为不连续动态再结晶,再结晶晶粒尺寸随应变速率的增加而逐渐降低,再结晶晶粒的取向较随机,主要的织构成分为为■(CD压缩方向),最大织构强度约为1.42,且强度随应变速率的升高略有增强。     

TC18钛合金模锻件锻造成形工艺仿真

采用Deform-3D有限元软件对TC18钛合金模锻件锻造成形过程进行了数值模拟仿真,研究比较了锤锻和液压机模锻两种成形方式的不同.研究结果表明:TC18钛合金模锻件锤锻变形时过热倾向更加明显,锤锻锻件的最高温度比液压机模锻高70℃左右,必须严格控制锻造过程中的温升;锤锻的有效应力分布很不均匀,锤锻锻件的平均有效应力比液压机模锻大30MPa左右,并且存在严重的应力集中区域,而液压机模锻的有效应力变化较为平缓;相比液压机模锻,锤锻锻件的最大和最小有效应变的差值减小了26％,锤锻锻件的变形均匀性得到了改善.     

钛合金膜板类锻件热模锻造成形技术研究

针对典型的钛合金膜板类锻件(外径为φ60 mm),设计了锻造成形模具及局部加载模具并进行了局部加载锻造工艺改进试验.通过局部加载方法控制坯料金属的流动方向和距离,避免产生折迭、充不满等缺陷.结果表明,局部加载成形技术可以有效地控制金属的变形流动,膜板类锻件的成形质量和材料利用率明显提高,锻件性能满足设计要求.     

热变形条件对Ti60合金微观组织的影响

研究变形工艺参数对Ti60合金微观组织(初生α相尺寸和体积分数)的影响。实验时选取的变形温度为900、930、960和980℃,应变速率为0.001、0.01、0.1、1.0和10.0 s?1,变形程度为50%、60%和70%。结果表明:变形温度对Ti60合金微观组织有着显著影响。在(α β)两相区,随着变形温度的升高,初生α相含量减少,而α相尺寸呈先增大后减小的趋势;应变速率对Ti60合金变形组织中初生α相的形态有较大影响。随着应变速率的增加,晶粒尺寸呈先减小后略有增大的趋势,初生α相含量呈逐渐减小的趋势;变形程度存在一临界值,超过这一临界值后,变形程度的增加有利于晶粒的细化;初生α相含量随着变形程度的增加呈先增大后减小的趋势。     

高温钛合金Ti55/Ti60真空电子束焊接

对 Ti55 与 Ti60 合金薄板进行了电子束焊接,研究了电子束焊接工艺参数对接头组织及力学性能的影响.结果表明,焊缝区形成大量针片状的α' 马氏体,焊缝中心为粗大的柱状晶.焊接工艺参数对焊缝组织和接头抗拉强度有一定影响,接头室温抗拉强度高于母材,600℃时接头抗拉强度与 Ti60 母材相当,抗弯强度达到母材的 80% 左右,冲击韧度能够达到母材的 90% 以上,断裂发生在热影响区处,为韧性断裂.

Abstract：

Ti55 and Ti60 titanium alloy sheets were welded by electron beam, and the influences of parameters on microstmcture and mechanical properties of welding joints were studied. The results show that weld zone is characterized by acicular α' martensite plate,and weld center is formed by coarse columnar crystals. Welding parameters can affect microstructure and tensile strength to a certain extent. At room temperature, the tensile strength of joint is higher than that of base metal. At a higher temperature of 600 ℃, tensile strength of joint is about equal to that of Ti60, and bending strength can be up to 80% of that of base metal, even impact toughness also can be larger than 90% of base metal. Failure occurs in heat-affected zone, and the fracture mode shows toughness characteristic.     

钛合金锻造用玻璃防护润滑剂的研制

通过对不同温度条件下硼硅酸盐玻璃料的玻璃化程度测试，研制出了850——1080℃温度范围内不同温度区间使用的钛合金锻造用玻璃防护润滑剂，并对其高温物理性能、防护性能及润滑性能进行了测试和分析。     

钛合金开坯锻造过程的有限元模拟

运用弹塑性有限元方法对钛合金开坯锻造过程进行三维热力耦合模拟,分析不同条件下各过程中温度、应力和应变的空间分布变化规律.模拟研究发现,道次变形量对开坯效果有着重要影响,变形量太小则会产生搓皮现象;连续锻造过程中两锤之间的重叠对应变分布及坯料质量有着重要影响,接缝处表面附近应变较大,而芯部应变较小,非接缝区域应变分布与之相反,应调整锻锤重叠区域以提高产品质量;方坯锻造应力应变有叠加效应,控制不当将影响产品质量甚至导致缺陷.在综合讨论分析的基础上,对钛合金开坯锻造工艺设计提出调整建议.     

激光沉积Ti60A钛合金的循环热暴露显微组织演变

激光沉积Ti60A合金片状试样（40 mm×12 mm×3 mm）上进行一系列的循环热暴露模拟实验,每个循环包括红外加热120 s至最高800℃,随后压缩空冷60 s至最低150℃。采用OM、SEM及EDS分析了合金α相体积分数和β相长度,并测试其显微硬度随热暴露循环次数的变化。结果表明,随着热暴露循环次数的增加,激光沉积Ti60A合金从初始的网篮状β相和体积分数为78.5%的α相逐渐向楔形β相和粗大α相过渡,750次循环后转变为极少量颗粒状β相和体积分数为97.6%的大块α组织。讨论了特殊粗大α和破碎β组织的形成机理。经750次热暴露循环后的合金最硬,其显微硬度比沉积态的高33.3%。     

激光沉积Ti60A高温钛合金显微组织及固态相变

采用激光熔化逐层沉积隔行扫描方式成形了近α高温钛合金Ti60A厚壁板材,获得了具有定向生长特征的柱状晶组织,晶粒直径大小不均匀,晶内为细长α片层。在α+β两相区上部进行固溶时效及双重退火热处理,研究了激光沉积Ti60A合金的固态相变行为。结果表明,合金经固溶处理得到了规则的杆块状初生α相和针状六方马氏体α’;经过时效处理后,α’分解成连续且极细小的α/β片层组织。合金经过双重退火热处理后,获得了具有"蟹爪"状初生α相和细长片层状β转变组织的"特殊双态组织"。