纯钛TA2线性摩擦焊接过程温度场模拟

基于有限元软件ABAQUS,建立纯钛TA2线性摩擦焊接过程的二维有限元模型,在频率35 Hz、振幅2.5 mm、摩擦压力50 MPa、焊接时间4 s的工艺参数下,分析纯钛TA2线性摩擦焊接温度场升温过程及冷却过程的温度场演变。结果表明:在升温过程中,摩擦焊接初始阶段界面最高温度在1 s之内迅速上升,随后焊接界面温度形成准稳态平台并且接头轴向缩短量开始线性增加。在冷却初始阶段,焊接界面温度下降明显。随着界面温度进一步降低,由于飞边热量回流作用,整个焊接界面上可以明显看到界面中心向外温度逐渐升高的趋势。     

工业纯钛TA2的焊接

通过对工业纯钛TA2焊接特点的分析及焊接温度场的确定,拟定了TA2钨极氩弧焊焊接工艺,着重对其钨极氩弧焊的保护措施、焊接规范参数的选择进行了实验与分析。通过实验对比,制定出了合理的规范参数,得到了满意的焊缝质量。     

工业纯钛TA2的焊接

本文通过分析TA2的焊接特点,提出了在生产过程中焊接该材料的注意事项及预防措施,并通过焊接工艺评定试验验证了其可焊性,成功应用于生产中,取得了良好的效果。     

TA2工业纯钛表面搅拌摩擦加工组织及性能

对TA2工业纯钛成功实现了搅拌摩擦加工(Friction Stir Processing, FSP),研究FSP后搅拌区、热机影响区、热影响区组织特征,对比分析FSP加工区与母材的显微硬度及摩擦磨损性能。结果表明：TA2工业纯钛表面经FSP后,搅拌区晶粒发生了剧烈的塑性变形、混合和破碎,实现组织结构的致密化、均匀化和细化;加工区平均硬度相对母材提高37.5%,当摩擦磨损圈数分别为1000、1500、2000 r时,摩擦磨损质量损失分别比母材减少31.4%、36.6%和46.4%,经FSP后TA2工业纯钛表面硬度和抗摩擦磨损性能明显提高     

热氧化温度对TA2纯钛组织与耐蚀性的影响

对TA2工业纯钛进行不同温度热氧化处理.采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)分析热氧化处理试样截面组织,用EDS和XRD进行微区成分和物相分析;研究不同温度氧化处理试样的表层显微硬度以及浓盐酸中的耐腐蚀性,采用SEM观察试样腐蚀前后表面形貌.结果表明,热氧化后TA2表面形成了金红石型TiO2氧化膜,整个氧化层由金红石型TiO2氧化层、外扩散层和内氧扩散层构成.TiO2氧化膜厚度随热氧化温度升高而增加, 700 ℃以下增速很缓、超过700 ℃快速增厚;热氧化处理表层硬度亦随热氧化温度升高而提高.热氧化TA2试样在36%～38%HCl中耐腐蚀性明显改善,其中700 ℃热氧化处理的耐蚀性最优.     

TA2钛管加工工艺优化

为了简化φ89 mm×2 mm的TA2钛管加工工艺路线以及提高生产效率,通过改变管坯规格和减少轧制道次的方法,对原始工艺进行了优化.经过对挤压比、开坯轧制力和开坯轧机模具的承载能力进行校核,确定了较优的工艺路线.经过工艺优化,φ89 mm×2 mm钛管生产的原材料损耗减少了约1％,轧制道次减少了1道次,设备资源利用率显著提高,模具磨损减少,生产效率提高了3倍.     

纯钛(TA2)表面纳米化及其热稳定性研究

利用超音速微粒轰击(SFPB)技术对纯钛(TA2)试样进行了表面纳米化处理,并对SFPB处理后的试样进行不同温度的热处理。通过X射线衍射(XRD)、金相显微镜(OM)、显微硬度计和透射电子显微镜(TEM)分析测试,研究纯钛表面SFPB处理后的纳米化机理及其热稳定性。结果表明:经SFPB处理后试样表层形成了尺寸约为20nm随机取向的等轴晶粒,变形机制以孪生为主,且随层深增加,形变孪晶逐渐由多系转变为单系。纳米化后在450℃热处理时,纳米晶未发生明显粗化,因而具有良好的热稳定性。     

冷轧加工对工业纯钛板焊缝组织与性能的影响

采用等离子弧焊将两张3.5 mm厚纯钛板对焊,然后在1 780 mm冷轧机上依次进行变形量为43%、50%的冷轧加工,且冷轧后均进行退火处理。对两个轧程的冷轧态及退火态焊缝试样进行了金相显微组织观察;对两个轧程退火态试样进行了室温力学性能及硬度测试;对退火态成品母材区和焊缝加工区进行了杯突试验和在3.5%NaCl水溶液中的阳极极化试验。结果表明,两次冷变形板材退火后焊缝加工区晶粒尺寸均比母材区略微细小,强塑性略好一些,维氏显微硬度也稍高一些;成品板材焊缝加工区的延伸率与母材相差不大,杯突值相近,具有与母材相当的工艺性能;成品板材焊缝加工区的阳极极化行为与母材无明显差异,二者在3.5%NaCl水溶液中的耐腐蚀性基本一致。     

医用TA2纯钛剧烈塑性变形中的微观组织与力学性能变化

对TA2纯钛剧烈塑性变形过程中的微观组织与力学性能的变化规律进行了研究.结果 表明,原始的TA2纯钛由等轴的单一仅相构成,平均晶粒尺寸约为48 μm.ECAP变形和复合变形(ECAP+冷轧)可以有效细化晶粒,增加位错密度.在复合变形后,TA2纯钛的晶粒尺寸最为细小(约200 rim),位错密度更高,组织更加均匀.其屈服...     

TA2纯钛激光同轴送丝增材制造组织和性能研究

探讨了单向平行、蛇形往复和蛇形正交3种不同路径下利用激光同轴送丝增材制造技术制备的TA2纯钛试件微观组织和力学性能的差异。结果表明,在合适的工艺参数下,可以实现TA2纯钛激光同轴送丝增材制造的良好成形,试件表面呈银白色,其横、纵向力学性能均可达到GB/T 3621—2022对TA2纯钛板材的要求;3种路径下制造过程的热输入和散热条件类似,焊缝微观组织均为锯齿状α相。不同增材路径下的焊道熔合形貌不同,力学性能差异较大,其中单向平行和蛇形往复路径试件的各向异性较强,蛇形正交路径试件的各向同性较强;单向平行路径试件的纵向抗拉强度和屈服强度均最高,蛇形正交路径试件的横向断后伸长率较高,塑性较好。     

TA2纯钛表面激光气体氮化工艺研究

采用Nd:YAG激光器在氮气环境中对TA2纯钛进行激光气体氮化处理,研究了不同工艺下TA2纯钛表面激光气体氮化层的宏观形貌、物相组成、显微组织、硬度及摩擦磨损性能。结果表明,经过激光表面氮化处理后,氮化层与基体之间为冶金结合,氮化层的组织主要由细小的、枝晶状的Ti N构成。激光离散氮化可显著降低材料表面的摩擦系数,提高材料的耐磨性能,且氮化强化区域的分布越密集,摩擦系数值越小,耐磨性越好。激光离散氮化还可以提高加工效率,抑制裂纹的萌生。     

真空退火处理对选区激光熔化TA2纯钛显微组织及力学性能的影响

采用选区激光熔化工艺制备了医用TA2纯钛试样,利用光学显微镜、扫描电镜、万能材料试验机和维氏硬度计等分析手段对比分析了真空退火处理对试样显微组织和力学性能的影响,还利用氮氢氧联合测定仪研究了试样中含氧量的变化。结果表明,合适的真空热处理工艺能明显改变纯钛零件显微组织,从马氏体组织向近等轴组织转变;能有效改变制备零件的力学性能,使拉伸强度及屈服强度降低,塑性升高;除此之外,真空热处理还能降低制备零件的含氧量和硬度。经800 ℃真空退火保温1 h后,试样的显微组织为近等轴组织,其各项力学性能均满足GB/T 13810—2017《外科植入物用钛及钛合金加工材》要求,其抗拉强度为670.3 MPa,屈服强度为609 MPa,断后伸长率为20.3% ,断面收缩率为44.7% 。     

TiZrCuNi粉状钎料真空钎焊TA2纯钛接头界面组织及力学性能

采用Ti37.5Zr37.5Cu15Ni10粉状钎料在940℃×20 min工艺条件下实现了TA2商业纯钛的真空钎焊连接,利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、万能试验机和显微硬度计等对钎焊接头的界面组织和力学性能进行了研究和分析。结果表明,钎焊接头的典型界面结构为TA2/针状α-Ti+共析组织(α-Ti+(Ti,Zr)_(2)(Cu,Ni))+残余钎料/TA2,Cu、Ni元素主要存在于共析组织和残余钎料中,Zr元素在共析组织、残余钎料和针状α-Ti中均有分布。钎焊接头室温抗剪强度为322 MPa,从母材向钎缝中心维氏硬度逐渐增大,钎缝中心共析组织的维氏硬度值为307 HV10,可达母材2倍以上。断口分析结果表明裂纹沿钎缝扩展,断口形貌具有沿晶韧窝、拉长韧窝和解理断裂特征,断裂呈韧性-脆性复合断裂模式。     

TA1纯钛冷轧薄板冲压过程开裂原因分析

针对TA1纯钛冷轧薄板在冲压网状板式换热器板片的过程中发生的开裂问题,采用光学显微镜、SEM扫描电镜及EDS能谱仪等实验手段,对薄板"表面褶皱"缺陷和开裂缺陷进行了分析。结果表明,冷轧薄板"表面褶皱"部位对应的心部组织处出现有纤维状层、缝隙和孔洞等缺陷,组织出现异常的原因主要是Al和Mo元素的富集。薄板的冲压开裂部位同样发现有Al和Mo等杂质元素的富集,其开裂形式为脆性分层断裂。综合分析结果可以推断,冲压过程中的开裂发生在冷轧薄板的"表面褶皱"缺陷部位,因此坯料中Al和Mo等杂质元素的混入是导致冲压开裂的根本原因。     

TA2钛管表面横向轧制裂纹研究

针对使用LG轧机轧制TA2钛管时外表面出现横向裂纹的现象,分析了轧前管坯的内外表面质量、化学成分、力学性能,对轧制后管材横向裂纹的断口形貌进行SEM观察,并对轧制工艺和轧制参数进行分析,结果显示,管坯质量良好,轧制工艺及参数合理,以上均不是造成横向裂纹的原因.通过测量轧辊轧槽的开口度,发现轧辊的开口度为1.12,比正常情况的1.01 ～1.07偏大,结合轧后管材壁厚偏差较大的现象,认为轧辊开口度过大,使得金属轧制变形不均匀,是造成管材表面产生横向裂纹的原因.基于以上分析,采用辊槽开口度正常的轧辊对管坯继续进行轧制,结果显示,管材外表面横向裂纹消失.     

工艺参数对TA2工业纯钛搅拌摩擦加工组织的影响

分别采用旋转速度为475、600和750 r/min,焊接速度为47.5和60 mm/min不同工艺参数对TA2工业纯钛板材进行搅拌摩擦加工(FSP),对不同参数下加工温度、加工后显微组织和硬度进行了分析。实验结果表明:FSP实现了组织结构的致密化和细化,搅拌头旋转速度对加工温度和加工后晶粒大小有很大影响,加工速度影响较小,旋转速度和加工速度变化对搅拌区中心硬度影响不大。     

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...     

TA2工业纯钛负压下间歇式气体渗氮

研究了负压条件下,不同氮氩混合比对TA2工业纯钛组织与性能的影响。结果表明：渗氮层主要由α-Ti、TiN0.3和TiN相组成。有效硬化层深度为 30～50 μm,氮氩比在1:5和1:1时渗层硬度较高且梯度平缓。腐蚀电位随氮分压的增大先提升后降低,腐蚀速率则先降低后增大。当氮氩比为1:1时,TA2渗氮层具有最优的综合性能。     

工业纯钛TA2中低温蠕变特征研究

工业纯钛TA2中低温蠕变行为存在显著的温度及应力相关性。基于外加应力水平和蠕变应变的变化关系,确定不同蠕变温度下的门槛应力水平。根据短时蠕变实验数据,利用包含稳态蠕变速率的本构方程外推稳态蠕变速率,而后进行两组相对长时的蠕变实验,证明了工业纯钛中低温蠕变是存在稳态蠕变阶段的。利用稳态蠕变速率与应力关系,计算出工业纯钛室温蠕变应力指数为6.96,也说明了外推稳态蠕变速率的可靠性。由中低温蠕变激活能随着蠕变进行变化不大（≈60KJ/mol）,且一直大于以位错为变形主导机制的变形激活能（30-40KJ/mol）,表明孪晶对于工业纯钛中低温蠕变发展整个阶段均起重要作用。根据蠕变后试样孪晶结构随温度的变化解释了TA2蠕变行为的温度相关性,同时也证明了孪晶对于TA2蠕变行为的重要性.