工业纯钛TA1热压缩变形行为及本构方程

为了实现工业纯钛TA1的数值模拟,制定合理的自由锻工艺参数,利用Gleeble-1500D热模拟实验机对工业纯钛TA1在变形温度为700、800、900和950℃和应变速率为0.01、0.1、1和5 s-1条件下的流变应力行为进行研究,最大变形程度为真应变0.7。结果表明:工业纯钛TA1在热压缩变形过程中,出现了动态回复与再结晶;流变应力随温度的升高而降低,随变形速率的减小而降低;在高的变形温度与低的应变速率下,工业纯钛TA1容易出现软化;求得了热变形激活能(Q)和双曲正弦形式的Arrhenius本构方程。     

工业纯钛TA1管材热压缩成型本构方程研究

利用Gleeble 3500热模拟试验机研究了工业纯钛TA1管材在660～780℃,应变速率为0.1～10 s~(-1)条件下的热压缩变形行为。利用线性拟合方法确定了材料常数及变形激活能,建立了双曲正弦函数形式本构方程。用Zenner-Hollomon参数对最大应力进行了预测,预测值与试验值能够较好地吻合。试验结果表明:工业纯钛TA1材料的应力-应变曲线表现出显著的加工硬化特征,流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的下降而减小。工业纯钛TA1热压缩变形过程中,流变应力受变形温度及变形速率的显著影响;流变应力随温度的升高而降低,随变形速率的下降而减小。     

锻态工业纯钛热轧变形抗力热模拟试验

利用Gleeble-1500D热模拟试验机对锻态工业纯钛TA1进行高温拉伸试验,其变形温度为800~1050℃,变形速率为0.01~1 s-1,并对工业纯钛TA1进行变形抗力研究,分析了变形温度、应变速率和变形程度对变形抗力的影响。结果表明,变形抗力曲线主要以动态回复、再结晶软化为主要特征。温度对变形抗力的影响是以工业纯钛TA1相变点为界限。800和1000℃时,随应变速率增大,变形抗力先增大后减小;变形温度为850、900和1050℃时,变形抗力随应变速率增大而增大。变形抗力随变形程度增加,其变化呈两种趋势。     

TA1钛板材的组织和性能改进

在生产经验的积累基础上,对氧含量、冷加工率及热处理制度等对TA1钛板材力学性能和组织的影响进行了研究。结果表明,氧含量对纯钛板材性能有明显的影响,板材氧含量在0.07%~0.10%范围内,TA1钛板材可满足航空要求;冷加工率及热处理制度对纯钛板材的组织和性能均具有重要影响,当冷加工率在30%~50%范围时,经(550~650)℃×(0.5~2)h(炉冷)处理后的TA1钛板材,其性能和组织能达到航空板材的要求。     

TA2纯钛板的成形极限

为了探究TA2纯钛板的成形极限,通过电化学腐蚀方法印制网格,在室温下使用BCS-50AR板材试验机分别对厚度为0.5和0.8 mm的TA2纯钛板进行了Nakizima胀形试验.通过网格分析系统采集网格的畸变,获得材料的主、次应变,并绘制了TA2纯钛板在室温下的成形极限图.根据单位体积塑性功相等的原理改进了Hill48屈...     

TA1纯钛板成形极限图测定及应用

采用机械划线法制作网格,利用通用板料成形性能试验机和网格拓印测量的方法,获得了TA1纯钛板在不同应变路径下的极限应变值,以此数据为基础绘制了TA1纯钛板室温下的成形极限图,并基于最小二乘法对成形极限图进行拟合建立了成形极限图的预测模型。此外,将成形极限预测模型导入到有限元模拟软件中,作为成形破裂的判据,对TA1纯钛板胀形成形的破裂缺陷进行预测,并通过工艺试验对预测结果进行了验证。对比结果表明,采用成形极限预测模型作为破裂判据的有限元数值模拟能够较为精确的预测出TA1纯钛板的极限胀形高度和胀形发生破裂的部位。     

激光冲击超高应变率对钛板形变微结构的影响

用输出波长为1.054μm、脉冲宽度为20 ns、光斑直径为7 mm的调Q钕玻璃激光,对TA2工业纯钛板料进行了激光冲击,用热场发射扫描电镜观察分析了激光冲击后钛板的微结构及其形貌。结果表明:激光冲击作用于钛板表面的等离子爆轰波能有效地对TA2工业纯钛板料实施形变,激光冲击后板材内部的微观形貌与冲击产生的应变类型有关。在压缩变形部位,微观组织以应变诱发马氏体为主。在拉伸变形部位,以形变孪晶带为主;激光冲击的超高能量和超高应变率可使hcp多晶金属晶体爆发大量薄片孪晶,从而调整晶粒内部的晶体取向,诱发滑移系开动,使形变得以进行。     

工业纯钛TA2电镀槽大型裂纹的焊接

通过对工业纯钛TA2电镀槽焊缝大型裂纹产生的原因和纯钛的性能及焊接特点的分析，提出了消除纯钛焊缝大型裂纹，保证焊接质量的工艺措施，并成功地应用于工业纯钛TA2电镀槽的焊接。     

工业纯钛TA1的双道次热压缩变形及软化行为

在Gleeble-3500热模拟试验机上对工业纯钛TA1进行单、双道次等温热压缩试验,变形温度为650~850 ℃,道次间隙时间为1~60 s,变形速率为10 s^-1,研究了工业纯钛TA1单、双道次热压缩过程中静态软化和动态软化行为。利用光学显微镜对变形后的微观组织进行观察,研究了工业纯钛TA1在不同变形条件下的微观组织演变。结果表明,工业纯钛TA1在单、双道次热压缩变形过程中表现出明显的硬化和软化行为,峰值应力前表现为加工硬化,峰值应力后表现为加工软化,最终达到动态软化和加工硬化的动态平衡。在道次间隙时间内发生静态软化,静态软化程度随着道次间隙时间的增加和温度的升高而增大。随着道次间隙时间的延长和温度的升高,道次间再结晶更加充分,第二道次变形后晶粒尺寸增加更明显,当发生完全再结晶时,软化程度达到最大。在热压缩变形期间,发生动态软化,650 ℃和750 ℃时以动态再结晶为主,850 ℃时以动态回复为主。     

工业纯钛TA1板冷变形过程分析及回弹研究

钛变形时回弹较大,易制约成形件的精度。本文采用有限元数值模拟结合试验对TA1工业纯钛板进行V形件塑性变形及回弹研究。试验采用高速摄像系统进行钛板成形过程的图像采集,并利用三维激光测量技术对成形后零件进行回弹分析。最后,采用有限元分析和正交试验方法,研究了冲压速度、模具间隙、圆角半径和摩擦系数对纯钛TA1板塑性成形的综合影响。结果表明,工业纯钛板材变形过程中回弹值随圆角半径增大而增大,随模具间隙和摩擦系数的变化呈波动现象,随冲压速度增大先减小后增大。     

基于超声振动的纯钛TA1板材的成形性能

金属超声振动塑性成形具有低能耗、降低变形力和提高产品质量等优点。文章设计了一套用于研究纯钛TA1板材在超声振动下成形性能的试验装置,并对纯钛TA1板材进行拉伸试验,测定不同超声振动功率和频率下纯钛TA1的力学性能。结果表明,超声激振作用能有效降低材料的流动应力和屈服强度,且较低频率、大功率的超声振动更有利于提高TA1的成形性能,可应用于纯钛TA1超声振动塑性成形中,提高成形效率和产品质量。     

高应变速率下TA1纯钛薄板的J-C本构及失效模型研究

为探究TA1纯钛的动态力学性能，对0.5 mm厚度的TA1纯钛薄板试样进行了准静态以及不同应变速率下的动态拉伸实验，建立了能够真实反映TA1纯钛在高应变速率和较大应变范围内的塑性变形特征的Johnson-Cook(J-C)本构模型，并对原始模型进行了修正；同时，对不同缺口半径的TA1纯钛拉伸试样进行了准静态拉伸实验，建立了基于应力三轴度的失效模型。将建立的J-C本构与失效模型应用于LS-Dyna中进行仿真模拟，并与实验数据对比，验证了模型的有效性与实用性。     

工业纯钛位错界面的高速形变响应

以工业纯钛为密排六方金属的模型材料。通过多道次冷轧工艺制备具有不同位错界面类型的工业纯钛板材。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)实现高速形变,采用透射电子显微分析技术观察位错界面结构的变化,从而分析出不同类型位错界面的高速形变响应。结果表明:在应变速率为1000 s~(-1)时,初始位错界面成为高速形变过程中位错滑移的主要障碍。几何必须位错界面间距为0.5μm的板材冲击后会出现与原始界面交截的新生位错界面,初始几何必须位错界面(GNB)间距为0.3μm以下的工业纯钛在高速形变后会出现位错团结构;初始位错界面在0.1μm或以下,局部剪切的组织模式只是初始位错界面的扭折和位错塞积,在高度局域化的组织中,基体扭折位错界面并未产生,但有位错塞积和亚晶结构。     

TA2工业纯钛焊接性分析与工艺试验

烟台氯碱项目某腐蚀性装置决定采用TA2工业纯钛材料,在使用前,需对TA2工业纯钛的焊接性做一个全面的分析探讨,本次工艺试验采用了准57 mm×4 mm的TA2工业纯钛管进行GTAW单面焊双面成形的焊接工艺,并分析探讨了TA2工业纯钛特殊的焊接性,制订了详细的焊接操作流程。通过对焊前准备和焊接操作的严格控制,避免了焊接接头中缺陷的产生,通过对焊缝进行探伤及力学性能试验验证,得到了良好力学性能和焊缝组织的焊接接头,并成功应用于实际生产中。     

工业纯钛中低温蠕变的等时应力应变曲线

根据工业纯钛TA2在服役温度范围内(室温、353 K、423 K)的拉伸实验和蠕变实验获得了工业纯钛的拉伸应力应变曲线和蠕变曲线。由中低温蠕变实验数据发现工业纯钛在服役温度范围内会产生显著的蠕变现象,蠕变特征会随温度发生变化。随后,分别建立了工业纯钛在各温度下的弹塑性拉伸本构方程和蠕变本构方程。综合拉伸和蠕变本构方程建立了工业纯钛在服役温度范围内的等时应力应变曲线。等时应力应变曲线显著低于拉伸曲线,并且存在寿命相关性,随着寿命要求的提高等时应力应变曲线不断下降。值得注意的是在不同的温度下等时应力应变曲线随寿命要求的变化规律存在显著差别。根据等时应力应变曲线、结构允许的极限应变和结构设计寿命,本研究提出了工业纯钛与时间相关的许用应力曲线。     

工业纯钛TA2室温蠕变条件下裂纹尖端的参量表征与估算

通过试验、理论分析和有限元模拟对工业纯钛TA2室温蠕变条件下裂纹尖端应力应变场的参量表征及估算进行了研究。试验研究表明,在室温条件下,工业纯钛TA2存在明显的第1阶段蠕变现象。理论分析和有限元模拟表明,对TA2裂纹体进行保载时,裂纹尖端的应力应变场为HRR场,提出采用与时间相关的J积分来表征,并给出了估算方法。通过有限元计算,获得了TA2室温蠕变条件下CT试样的时间相关J积分值,论证了采用J积分来表征室温蠕变条件下TA2裂纹尖端应力应变场的合理性。将有限元计算与估算方法获得的J积分进行了比较,验证了估算方法的有效性和准确性。     

搅拌摩擦加工加入SiC粒子的TA2纯钛表面改性

在TA2工业纯钛表面通过搅拌摩擦加工,利用搅拌旋转产生的纯钛表面塑形变形过程使SiC粒子进入材料表面基体组织,实现改善工业纯钛表面硬度及其耐磨性的目的。文章研究了搅拌摩擦加工后TA2工业纯钛显微组织特征,对比分析了TA2工业纯钛加入SiC粒子的搅拌摩擦加工区与未加入SiC粒子的搅拌摩擦加工区摩擦磨损及电化学腐蚀性能。结果表明:TA2工业纯钛表面经加入SiC粒子的搅拌摩擦加工后,SiC粒子被成功加入材料表层基体组织,搅拌加工区晶粒发生了剧烈的塑性变形、破碎,实现加工区组织结构的致密化和细化;经加入SiC粒子的搅拌摩擦加工后TA2工业纯钛抗摩擦磨损性能明显提高,但电化学腐蚀性能有小幅下降。     

纯钛TA1板材成形性能研究及微针成形中的应用

通过BTC-T1-FR020万能材料试验机,对宝钢生产的板厚为0.35mm,0.7mm,1.0mm的纯钛TA1板,进行准静态至低应变速率范围的拉伸试验,测试不同板厚和不同应变率下纯钛TA1的力学性能。结果表明,随着板厚的减小,纯钛TA1屈服强度提高;随着应变速率的增加,纯钛TA1屈服强度整体呈升高趋势,薄板(板料≤0.7mm)屈服强度提高过程中的波动现象可以用微成形中的表面层理论解释;对于厚度为0.7mm的钛板,塑性硬化速度随着应变速率的增加而增加,硬化速度可以通过硬化指数m直观反映。由此可知,厚板在低应变率下成形性能最好,可选用1.0mm钛板并在较小的成形速度下进行微针成形。     

室温ECAP工业纯钛组织热稳定性研究

采用两通道夹角Φ=120°,外圆角Ψ=20°的模具在室温不采用中间退火条件下成功实现工业纯钛(TA1)高达8道次等径弯曲通道变形,制备出超细晶工业纯钛。研究了室温ECAP工业纯钛的组织热稳定性能。结果表明,ECAP变形后的工业纯钛组织在400℃以下保持较高的硬度,热稳定性较好,而在400℃以上,发生了再结晶,硬度急剧下降,热稳定性变差。     

攀钢集团长城特殊钢有限公司成功试制出首批军工舰船用TA2纯钛管

正2016年3月,攀钢集团长城特殊钢有限公司(简称攀长特公司)成功试制出首批军工舰船用Φ20 mm×1 mm、Φ108 mm×3 mm、Φ219 mm×6 mm等3个规格的TA2纯钛管。该TA2纯钛样管的成功试制,表明该公司已经打通纯TA2纯钛管生产工艺路线,具备了生产军用纯钛管基本条件。TA2纯钛管属军工舰船用管,其内壁较不锈钢钢管薄、尺寸精度要求高。目前,攀长特公司生产的TA2纯钛管已发往