大规格TC11钛合金棒材热处理后组织与性能分布规律性研究

对规格为?200 mm×1300 mm的TC11钛合金棒材进行970℃/120 min/AC+530℃/360 min/AC热处理,分析了棒材沿长度和直径方向不同位置显微组织、拉伸性能和冲击韧性的变化规律。结果表明:大规格TC11钛合金棒材热处理后,不同位置的显微组织差异较大,沿长度和直径方向由边部至心部,显微组织中α相含量逐渐增加,晶粒长大,同时β相含量降低。大规格TC11钛合金棒材组织差异对材料的综合性能影响显著,沿不同方向由边部至心部,室温、高温拉伸强度及冲击韧性均降低。     

TC18钛合金大规格棒材热变形行为研究进展

近年来,随着自由锻造装备大型化的不断发展,航空航天关键结构件用锻件的大型化需求急剧增长,大规格棒材的制备成为了科研及工业化生产的重点工作。TC18钛合金作为一类高合金化、热变形参数敏感型高强高韧钛合金,已逐步成为航空航天关键装备的核心结构材料,因此,其棒材的大型化成为了近年来研究及生产的重点方向。本文梳理了近年来TC18钛合金大规格棒材(φ300～φ500 mm)生产技术概况,综述了TC18钛合金热变形数值模拟的相关研究,分析铸锭熔炼、锻造成型及热处理工艺的现状,总结大规格棒材现存问题及解决方法。最后,展望原材料制备过程今后一段时间的研究重点,结合使用单位对TC18钛合金棒材的使用需求,力争在未来打通原材料和成品锻件的全流程制造工艺,实现工艺个性化设计、组织性能定量调控。     

热处理工艺对大规格TC17钛合金棒材组织与力学性能的影响

研究了固溶温度、冷却方式、保温时间及取样方向对两相区锻造的大规格TC17钛合金棒材显微组织和力学性能的影响,并根据实验结果选择最佳热处理制度。结果表明：TC17钛合金棒材的最佳热处理工艺为800℃/2h/WQ+630℃/8h/AC;固溶温度在两相区时,随着固溶温度的升高,合金强度升高,塑性降低;固溶空冷+时效的合金较相同温度固溶水冷+时效的合金强度高、塑性低;在相同温度固溶水冷条件下,缩短固溶保温时间,可改善合金的塑性;锻造后的TC17钛合金大规格棒材存在各向异性。     

VAR熔炼制备超大规格TC4 ELI钛合金铸锭研究

舰船和海洋领域对钛合金材料的需求呈大型化发展趋势,铸锭作为锻件和板材的母材,其大型化也势在必行。为满足大型铸锭的工业化生产,采用有限元分析法对真空自耗电弧熔炼（VAR）超大规格TC4ELI钛合金一次锭和成品锭的熔炼过程进行了数值模拟研究。结果表明,一次锭熔炼过程中稳弧电流和稳弧周期直接影响熔池中夹杂物的运动轨迹;对于TC4 ELI钛合金一次锭熔炼,较为合适的稳弧参数为稳弧电流30 A,稳弧周期40 s;成品锭熔炼时,降低熔炼电流,增大稳弧电流和稳弧周期,即加强VAR熔炼过程中的搅拌有助于提高铸锭成分均匀性和表面质量。根据数值模拟结果进行了12.8 t级超大规格TC4 ELI钛合金铸锭的工业化生产,所得铸锭表面质量良好,成分均匀。     

TC18钛合金大规格棒材锻造工艺

TC18钛合金是一种高强、高韧钛合金。本文通过对TC18钛合金铸锭经β区加热、开坯锻造,然后采用3种不同锻造工艺在单相区或α+β区进行多火次锻造,从而得到φ400mm棒材,并对所得棒材进行相同热处理后,对获得的显微组织、力学性能等检测结果进行对比分析研究。结果表明采用工艺三所获得φ400mm棒材组织均匀性和晶粒细化程度均优于其他两种方案;采用工艺三所获得φ400mm棒材在保证塑性指标的前提下,强度、断裂韧性指标最高,且断裂韧性指标增加明显,因此,其综合性能最好,完全满足标准及用户使用要求。     

TC18钛合金的微观组织和力学性能

本研究使用真空自耗炉制备出Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr钛合金,然后进行了热机加工和热处理。本文对热处理后材料的微观组织和力学性能进行了研究。热处理后,初生α相呈现出球形、近似等轴、盘状以及短棒状等多种形貌,这和α的晶界偏析有关。拉伸试验中试样表现出了良好的强度和塑性,不过材料的屈强比值却高达0.95。这说明拉伸过程中试样位错强化增长相对缓慢。研究认为拉伸过程中晶界吸收了增殖的位错,这是导致材料高屈强比的首要原因。     

热处理对TC16钛合金棒材显微组织和力学性能的影响

将小规格TC16钛合金轧制棒材在780℃保温2 h,进行了不同炉冷出炉温度、不同第二级退火温度及不同冷却方式的热处理实验,分析了热处理前后棒材的显微组织和力学性能。结果表明:热处理前后棒材显微组织的差异较大;随着出炉温度的降低,强度和塑性均出现先升高后降低的现象,炉冷至530℃后空冷可得到较高的强度及良好塑性;第二级热处理温度越高,强度越低,同时塑性较高;在不同的冷却方式下,炉冷可获得最优的强度塑性匹配。     

激光修复TC18钛合金组织及性能特征

利用拉伸试验机、扫描电子显微镜和金相显微镜等手段研究了退火工艺(650℃/2h/AC)对TC18钛合金的激光增材修复TC18钛合金锻件的拉伸性能、冲击性能、断裂韧性的影响,并且分析了拉伸试样和冲击试样的断口形貌.结果表明:退火处理后,增材修复件的强度从锻件基体到增材修复区逐渐增强,伸长率和断面收缩率从基体到修复区逐渐降...     

脉冲磁场对TC18钛合金时效过程中组织和性能的影响

在TC18钛合金的时效阶段施加脉冲磁场,并通过观察和分析形核和长大过程,研究脉冲磁场对TC18钛合金析出行为的影响。采用扫描电镜和拉伸试验机来研究脉冲磁场对TC18钛合金在时效过程中微观组织、强度和塑性的影响。结果表明,施加脉冲磁场可以显著提高TC18钛合金的析出速度,从而缩短了时效所需的时间,且力学性能有所提高。相较于未施加脉冲磁场时效处理4 h,施加脉冲磁场时效处理1 h可以使TC18钛合金的伸长率提高15％,同时抗拉强度也有所提高。通过脉冲磁场的作用,加速了TC18钛合金的时效进程,使其提前3 h进入过时效阶段。在TC18钛合金的时效过程中,脉冲磁场通过提高原子的扩散系数,促进了次生相的析出和生长。     

航空发动机用大规格TC17钛合金棒材显微组织均匀性研究

利用电子背散射衍射(EBSD)技术对?500 mm TC17钛合金棒材显微组织的均匀性进行了研究,分析了不同部位α、β相的晶体取向。结果表明,棒材边部和心部的初生α相等轴化良好,取向分布均匀;锻后冷却速度会影响棒材边部和心部组织中等轴α相的晶粒尺寸,心部显著大于边部。在光学显微镜下原始β晶界不明显,但心部组织中出现β相基本保持取向一致的"宏区",说明原始β晶粒破碎程度不足。对于大规格TC17钛合金棒材,仅凭借显微组织判定其均匀性存在漏洞,需增加β晶粒度检查以规避后续出现粗大原始β晶粒的风险。     

大规格TC11钛合金棒材的热处理

对大规格 TC11钛合金棒材双重退火后的组织与性能进行研究.结果表明,TC11合金棒材热处理后,其中心部分组织因冷却速度缓慢,显微组织和α、β相成分发生明显改变.该组织与性能已不符合GJB 2744A-2007<航空用钛及钛合金自由锻件和模锻件规范>要求.因此大规格TC11合金棒材应根据材料的使用条件和不同的性能要求,适当调整热处理制度.     

某特殊需求的大规格TC4钛合金棒材制备工艺研究

为给某特殊锻件提供满足缺口应力断裂性能的大规格TC4钛合金棒材,将3次真空自耗熔炼得到的5 t重的Ф720 mm TC4钛合金铸锭,分别采用β相区开坯+两相区直拔锻造和β相区开坯+两相区锻造(镦拔+直拔)两种工艺,制成Ф350 mm TC4钛合金棒材。第二种工艺制备的锻棒组织的均匀性及等轴化程度、超声波探伤水平均优于第一种工艺制备的棒材;普通退火处理后棒材的室温塑性和缺口应力断裂性能也较好;各项技术指标均符合标准要求。     

TC18钛合金氧化色与力学性能关系研究

通过对TC18钛合金在100~1000 ℃温度范围内的氧化试验以及力学性能测试试验,研究了其氧化色变化规律,并探讨了氧化色与力学性能的关系。结果表明：经氧化处理后,TC18钛合金表面形成多种不同氧化色,且随氧化温度升高,合金表面颜色逐渐加深,合金力学性能均明显下降。合金表面氧化色与其力学性能存在一定的对应关系：当氧化色为浅绿色即加热温度为650 ℃时,材料力学性能已不满足TC18钛合金标准力学性能。     

TC11合金大规格棒材异常组织分析

对TC11合金大规格棒材异常组织进行了分析。结果表明,异常组织为片状α和β相组成的编织状组织。与基体组织相比,该区域显微硬度高,微区成分Mo元素含量高、Al元素含量低。该异常组织是由于铸锭微区成分不均匀性在精锻过程中产生局部温升形成的β斑。     

等温锻造温度对TC18钛合金组织性能的影响

研究了TC18钛合金在5.5×10-4s-1恒应变速率下、60%大变形等温锻造时,温度变化对合金组织和性能的影响.结果表明:显微组织对温度变化敏感,在两相区锻造时,显微组织由初生α相和β转变组织组成,随着锻造温度的升高,初生α相的含量逐渐减少,尺寸增大,等轴化程度增加;在相变点以上锻造时为魏氏组织.室温和高温拉伸强度随锻造温度的升高不断增加,拉伸塑性不断降低,室温冲击韧性也呈下降趋势.在860℃等温锻造时,显微组织为双态组织,强度和塑性达到最佳配合,获得良好的综合力学性能.860℃为较佳等温锻造温度.     

TC18钛合金棒材的组织-服役性能一致性热处理

对TC18钛合金进行不同工艺的单相区热处理(温度为T_β+(15~35) ℃,时间为0.5、1、2、4 h),获得不同晶粒尺寸的初始组织,探究晶粒尺寸对双重退火TC18钛合金棒材性能的影响,得到其组织-服役性能一致性的热处理工艺。结果表明,随平均晶粒尺寸增大,TC18钛合金的抗拉强度先升高后降低,而断后伸长率、断面收缩率和断裂韧度则呈相反趋势。为使TC18钛合金构件既具有较高的抗拉强度,又具有良好的塑性和韧性,晶粒尺寸需控制在300~430 μm范围,对应的单相区温度和保温时间分别为T_β+(25~35) ℃和2~4 h。     

热变形温度对TC18钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了热变形温度从(tβ-25℃)～(tβ 20℃)变化时,对TC18钛合金模锻件显微组织和拉伸、冲击、断裂韧度等主要力学性能的影响.结果表明:合金强度随变形温度升高变化不大,均在1 200 MPa左右;而塑性、冲击韧性以及断裂韧度等性能指标对热变形温度变化反应敏感;两相区变形时获得双态组织,合金的塑性和冲击韧性较高,ψ≥40%,aKU≥40 J/cm2;但断裂韧度偏低,KIc＜50 MPa·m1/2.β区变形时获得片状组织,合金具有较高的断裂韧度,KIc＞50 MPa·m1/2;但塑性和冲击韧性较低,ψ≥20%,aKU≥25 J/cm2.在相变点附近变形时容易导致合金组织和性能出现不均匀性.     

电子束快速成形TC18钛合金柱状晶组织的拉伸性能

采用电子束快速成形方法,获得了一种TC18钛合金的柱状晶组织,研究了热处理工艺对该类组织析出相和拉伸性能的影响。结果表明,在740～830℃温度范围内固溶、在550℃时效处理,随着固溶温度的升高,快速成形样品沿柱状晶方向的强度呈上升趋势,塑性呈下降趋势;在830℃固溶处理后,在550～650℃时效温度范围内,随着时效温度的升高,沿柱状晶方向的强度呈下降趋势,而塑性呈上升趋势;拉伸性能随热处理工艺的变化主要取决于热处理过程中产生的二次α相;发现了延性韧窝和沿晶+准解理两种不同类型的断口形貌,并对其形成原因进行了分析。