TC4钛合金的高温氧化动力学行为

在600~850℃对TC4钛合金进行了0.3~80h的氧化试验,研究了氧化对其宏观形貌、截面硬度、截面形貌等的影响,分析了其高温氧化动力学行为。结果表明:随着温度的升高和氧化时间的延长,TC4钛合金表面氧化膜经历了完整→开裂→剥落→严重剥落→全部剥落的过程;钛合金近表面形成的渗氧层厚度随氧化时间的延长和温度的升高而增加;当氧化温度在600~650℃时,钛合金的氧化动力学曲线符合抛物线规律,氧化温度为750~850℃时符合线性规律,当氧化温度为700℃,氧化时间小于8h时符合抛物线规律,氧化时间超过8h时符合线性规律;不同氧化温度和时间下,硬度随距表面距离的增加而降低。     

电流大小对TC4钛合金高温压缩力学行为的影响分析

为了研究电流大小对TC4钛合金高温压缩力学行为的影响,利用Gleeble-1500D动态热-力学模拟机,以电流作为加热源,分别以不同的升温速度将晶粒尺寸为8μm、16μm和20μm的TC4小圆柱体试样加热至700℃进行恒温压缩。结果表明：升温阶段的电流大小对应力影响大,大电流有利于塑性变形。电流降低了恒温变形阶段材料的动态再结晶温度,促进动态再结晶软化,降低变形抗力,有利于塑性变形,电流越大效果越明显。     

TC4钛合金热变形行为研究

为了研究TC4钛合金丝材的拔制过程,对TC4合金进行了高温拉伸变形实验。研究了应变速率0. 1 s~(-1)时,不同温度(800℃、840℃、880℃、920℃和960℃),以及温度为920℃时,不同应变速率(0. 01 s~(-1)、0. 1 s~(-1)、1 s~(-1)和10 s~(-1))对TC4钛合金真应力-应变曲线及显微组织的影响。结果表明:当应变速率为0. 1 s~(-1)时,随着实验温度的升高,动态回复和动态再结晶出现,材料的流变应力逐渐降低。其显微组织表明,随着温度升高,α相变得粗大,并由原先的长棒状变为短棒状,β相的含量逐渐增多。当实验温度为920℃时,随着应变速率的增加,加工硬化速率变快,位错增殖,晶粒运动受阻,硬化不能及时消除,畸变能增大,导致峰值应力增大,流变应力峰值升高。其显微组织表明,随着应变速率增加,α相沿拉伸方向变细变长,逐渐趋于同向排列。     

TC4钛合金高温胀拉成形实验研究

钛合金钣金件质量轻,高比强度,高低温力学性能好,耐腐蚀,广泛的应用于航空航天、汽车、舰船等领域。通过高温胀拉成形实验探究TC4钛合金板材在高温条件下的成形性能,得到TC4高温成形极限曲线图。结果表明,TC4钛合金板材在加热状态下,塑形明显提高,成形性能显著提升。     

TC17钛合金在高温与高应变率下的动态压缩力学行为研究

采用微型分离式霍普金森压杆实验系统对TC17钛合金在高温、高应变率条件下的动态力学行为进行研究,测试材料的应力应变行为,分析实验温度、应变率和应变对其动态力学性能的影响规律。实验结果表明：当应变率为3000s-1时,TC17钛合金表现出明显的应变硬化效应,但在高温、高应变率条件下其应变硬化效应明显减弱;TC17钛合金具有应变率强化效应,但在温度升高过程中其应变率敏感性随着实验温度的升高而先减小后增大;实验温度对TC17钛合金的动态压缩力学行为的影响非常明显,温度敏感性因子随温度的升高大幅度增大。     

TC11钛合金在900℃的超塑性变形行为

对TC11钛合金在900℃、0.000 1～0.4 s-1叫应变速率条件下的拉伸变形行为进行了研究,并用光学显微镜和透射电镜对拉伸试样的显微组织进行了观察和分析.结果表明:当应变速率不大于0.04 s-1时,TC11钛合金呈现出超塑性,且应变速率越低,超塑性越好,当应变速率为0.000 1 s-1时,伸长率达到1 215%;拉伸试样横截面上的α相基本上是等轴状的,而纵截面上的α相随应变速率的降低由长条状变成等轴状,变形过程中存在动态再结晶和扩散蠕变;超塑性变形过程中α/β相界面存在滑移,且α相和β相均发生变形;变形模型为等应变速率模型和等应力模型的混合型.     

硬质合金高温性能对TC4钛合金高速铣削的影响研究

在高速铣削加工钛合金的过程中,硬质合金刀具承受较高的切削温度,导致刀具快速磨损和失效。通过添加TaC(NbC)难熔金属碳化物制备新型WC-Co基硬质合金,采用高温硬度计检测新型硬质合金的高温硬度和高温断裂韧性,均较传统WC-Co基硬质合金有提升。将添加TaC(NbC)的新型硬质合金材料制备成整体硬质合金立铣刀,并进行高速铣削钛合金TC4对比试验。结果表明:添加TaC(NbC)的硬质合金刀具,可以有效提高刀具的耐磨性,降低裂纹的出现和扩展,从而提高硬质合金刀具在高速铣削钛合金时的使用寿命。     

TNTZ钛合金流变行为及物理基本构模型

借助Gleeble-3500热模拟机对Ti-29Nb-13Ta-4.5Zr(TNTZ)钛合金进行了变形温度为700~900 ℃、应变速率为0.001~1 s-1的等温恒应变速率压缩实验,分析了应变速率和变形温度对TNTZ钛合金流变应力的影响。根据实验数据,计算了不同变形条件下的温升值,分析了变形热产生的规律。综合考虑温度对材料自扩散系数和弹性模量的影响以及应变对合金流变应力的影响,通过多元线性回归拟合材料参数与应变之间的函数关系,构建了基于应变补偿的物理基本构模型。研究结果表明：TNTZ钛合金的流变应力随应变速率的增大而增大,随变形温度的升高而减小;变形热效应引起的温升与应变速率正相关,与变形温度负相关。通过应变补偿建立的物理基本构模型预测精度较高,模型相关系数R达0.964,平均相对误差为10.63%。     

高温形变热处理对TC4钛合金组织与性能的影响

应用高温形变热处理技术,研究了热处理工艺对其显微组织、力学性能的影响.结果表明,950℃加热,50%形变水淬,500℃,4h时效,可使合金组织细化,并可获得均匀缠结的位错和析出物弥散分布,以及优异的综合力学性能.     

TC21钛合金电子束焊接接头超高周疲劳行为研究

采用超声疲劳试验方法(20 k Hz),研究TC21钛合金电子束焊接接头的超高周疲劳性能与断裂机理。结果表明,TC21钛合金电子束焊接接头的疲劳性能要远低于母材的疲劳性能。在短寿命阶段,电子束焊接接头和母材的疲劳裂纹均在表面萌生;当寿命增大时,两者疲劳裂纹的萌生位置均由表面转向内部,母材的疲劳裂纹主要萌生于内部显微组织,而电子束焊接接头疲劳裂纹主要萌生于内部焊接气孔缺陷。当寿命较长时,疲劳源区会出现"鱼眼"形貌特征,源区附近有白色颗粒状细晶区,即细晶区(Fine granular area,FGA),其应力强度因子在2.90~3.33 MPa·m1/2,与疲劳寿命没有直接关系,可以认为是疲劳裂纹扩展门槛值。此外,基于AKINIWA小裂纹扩展理论,定量分析气孔尺寸与TC21焊接接头疲劳极限、疲劳应力的关系。     

高温下位移幅值对TC4合金磨损性能的影响

钛合金的微动磨损会加速裂纹的形成与扩展,导致其构件提前失效。利用摩擦磨损试验机考察TC4合金在300和500℃温度下的微动磨损行为,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对磨痕轮廓及磨痕表面进行分析,探讨在300和500℃温度下TC4合金在不同位移幅值作用下的微动磨损机制。实验结果表明：高温条件下,试样平均摩擦因数和磨损率随位移幅值的增加呈现先增大后减小的趋势;两种高温环境中,小位移幅值时,微动运行区域为部分滑移区,主要损伤机制为黏着磨损和氧化磨损;位移幅值为100μm时,微动运行区域为混合滑移区,主要磨损机制为氧化磨损、剥层磨损及塑性变形;大位移幅值时,微动运行区域为完全滑移区,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。对比300和500℃条件下磨损结果,表明温度越高TC4合金耐磨性能越好,这主要是由于摩擦生成的氧化物TiO₂和Fe₂O₃对磨损表面具有保护作用。     

高效加工TC4钛合金的铣削过程数值模拟

目前,难加工材料TC4钛合金在切削过程中存在加工效率低、加工表面质量差和刀具使用寿命低等难题。本文针对提高TC4钛合金的加工效率问题,在高速铣削条件下对立铣刀不同轴向切深侧铣加工TC4钛合金进行仿真研究。利用ABAQUS软件建立三维铣削有限元模型并进行相应仿真试验,获取和分析了不同切削条件下的铣削温度场和铣削力波形,并对比了切屑形态。本研究可为高效铣削TC4钛合金实际加工提供理论依据。     

TC4-DT钛合金材料动态力学性能及其本构模型

利用同步组装的高温分离式Hopkinson压杆试验装置,对TC4-DT钛合金材料分别进行了常温下不同应变率（930~9700s-1）和应变率为5000s-1时不同温度下（20~800℃）的动态力学性能测试,获得了各种冲击载荷下的应力-应变曲线。试验数据表明,TC4-DT材料具有应变率增塑效应且存在着临界应变率值,当应变率高于此值时应变率敏感性增强明显,此外随着材料加热温度的升高,软化效应减弱。利用试验所得的数据拟合了基于Power-Law和Johnson-Cook两种热-黏塑性本构方程且获得这两种动态本构模型参数,并将所得的两种拟合曲线与试验所得数据进行对比分析,结果表明两曲线吻合度都较好,此外还对这两种曲线的拟合精度进行对比,对比结果表明两种模型的拟合误差相差不大,但是Power-Law模型拟合精度要略优于Johnson-Cook模型的拟合精度。     

TC4钛合金焊接过程温度场分析与受力模拟

焊接过程中由于温度场作用,导致工件内部存在残余应力,从而使工件产生变形,加工精度受到影响。本文对焊接温度传导过程以及受力情况进行分析,总结了影响焊接质量的相关因素,并以TC4钛合金为例,对其在进行激光—MIG焊接时的温度场变化及应力变化进行数值模拟,为分析焊接时失稳变形以及变形控制方法的研究提供理论参考。     

TC16钛合金螺栓及其连接30CrMnSiA钢板孔的疲劳行为

利用高频疲劳实验机和自制装置进行疲劳试验,研究了TC16钛合金螺栓连接30CrMnSiA高强度钢板结构的疲劳破坏行为,并通过扫描电镜(SEM)和有限元分析法分析了钢板和钛合金紧固件的失效机理。结果表明:30CrMnSiA高强度钢板件用TC16钛合金紧固件连接时在外加拉-拉疲劳载荷下,其疲劳破坏属于微动疲劳,寿命较带自由孔30CrMnSiA钢板件的常规疲劳寿命下降约60%,脱层和磨粒磨损是板孔微动疲劳的主要损伤形式。TC16钛合金紧固件连接30CrMnSiA高强度钢板结构在拉-拉疲劳载荷下,钛合金螺栓由于弯曲疲劳作用发生弯曲疲劳断裂,而非微动疲劳破坏。TC16钛合金螺栓表面进行阳极氧化处理有利于改善30CrMnSiA高强度钢连接板的微动疲劳性能。然而,钛合金螺栓表面进行阳极氧化处理由于韧性降低的缘故,却导致其常规弯曲疲劳抗力明显下降。     

TC4钛合金高速铣削表面粗糙度研究

TC4钛合金被广泛地用于航空航天等众多领域,为了提高钛合金零件的表面加工质量和加工效率,对TC4钛合金高速铣削表面粗糙度进行研究具有十分重要的意义。切削参数是影响TC4钛合金加工表面粗糙度的重要因素,采用了正交试验分析主轴转速n、铣削深度ap、铣削宽度ae和每齿进给量fz等4个试验因素对表面粗糙度的影响规律,运用了极差分析法绘制出铣削参数对表面粗糙度的影响趋势曲线。利用了多元线性回归分析计算出表面粗糙度的数学模型,采用F值检验法对数学模型和模型参数进行了显著性验证:FF0.01(4,11),证明了模型和参数都是高度显著的。利用了表面粗糙度预测模型对另外8组切削参数进行粗糙度预测,并将预测结果与实际实验结果时行对比,最大误差为8.9%,验证了表面粗糙度预测模型的有效性,为TC4钛合金加工提供了理论依据。     

TC17钛合金两相区变形时的失稳行为及组织特征

利用Gleeble 3800型热模拟试验机对TC17钛合金在两相区进行了等温恒应变速率的热压缩试验,分析了压缩失稳的变形条件;采用光学显微镜和扫描电子显微镜研究了压缩变形后试样的显微组织。结果表明:TC17钛合金在热变形温度750℃、应变速率不小于1s~(-1)、变形量不小于45%下进行热压缩时,会发生变形失稳;变形失稳后,随变形量和应变速率增加,其失稳区变窄,组织变形不均匀性加剧;失稳区主要是β转变组织变形。