热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和力学性能的影响

研究了热处理制度对TC4-DTφ100 mm棒材的组织和力学性能影响.结果表明:单重退火下,棒材的显微组织为等轴的初生α+β转组织,且随退火的温度的升高,初生α相增加,含量达60％以上.双重退火下,棒材的显微组织为双态的α+β转组织,且随第一重退火温度的降低,初生α相增加,但初生的α相含量小于40％.双重退火的室温拉伸强度低于单重退火的室温拉伸强度.     

合金元素对TC4钛合金动态力学性能的影响

利用分离式Hopkinson压杆装置,在应变率=2000,3000,4000s-1加载条件下,对4种TC4钛合金的等轴组织试样进行了动态压缩试验,得到了不同状态下的动态真应力-应变(σ-ε)曲线。结果表明:随着Al、V含量的增加,TC4钛合金等轴组织试样的平均动态流变应力、均匀动态塑性应变和冲击吸收功都有所增加,动态力学性能有所提高;随着间隙元素含量的增加,TC4钛合金等轴组织试样的平均动态流变应力和冲击吸收功有所提高,而均匀动态塑性应变有所降低。     

TC4钛合金的力学性能及热处理模拟

采用分子动力学方法建立了TC4模型,基于混合嵌入式原子法势函数计算了Ti、Al和V不同原子之间的相互作用力,通过拉伸与剪切模拟计算得到了拉伸、剪切应力-应变曲线。通过温度的设置,完成了热处理工艺中加热、保温、冷却各个阶段的模拟。在单独退火的模拟基础上进行了同时固溶与时效的模拟,比较了不同固溶温度(800、954和1020℃)和时效温度(400、538和620℃)对TC4拉伸和剪切力学性能的影响。结果表明,退火和固溶时效处理提高了TC4模型的拉伸与剪切强度,最大拉伸强度一般随着固溶温度的升高而升高;在538℃时效时,剪切强度同样随固溶温度的升高而升高,但在954℃固溶温度时,剪切强度随时效温度的升高而下降。HCP模型沿[0001]晶向的拉伸强度大于■晶向,并且拉伸强度随着拉伸速率的升高而升高。     

热处理对激光选区熔化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了激光选区熔化(SLM) TC4钛合金沉积态和退火态显微组织的特征及其对力学性能的影响规律。结果表明:合金组织沿激光选区熔化成形高度方向呈现外延生长,形成柱状晶,晶内存在大量的针状马氏体α''相。退火后,晶内的针状α''相转变为α+β板条组织。随着退火温度的升高,组织中α相含量逐渐降低,α片层逐渐粗化,β相含量逐渐升高;室温拉伸强度逐渐降低,塑性逐渐升高,显微硬度逐渐降低。经过800℃×2 h/FC退火热处理后,激光选区熔化成形TC4钛合金具有最佳的强度与塑性匹配。     

热处理对TC4钛合金厚板组织和性能的影响

采用正交试验方法,研究了不同热处理制度对TC4钛合金厚板显微组织和力学性能的影响。结果表明,固溶温度对合金显微组织、室温拉伸强度、塑性和断裂韧性影响很大。相变点下固溶时合金组织为双态组织,相变点上固溶时合金组织为魏氏组织;当固溶温度从975℃相变点下增加到1045℃相变点上时合金的强度变化不大,合金的塑性大幅下降,而合金的断裂韧性逐渐升高;TC4钛合金厚板在975℃/10 min+670℃/1 h热处理,可获得最佳强度-塑性匹配,在995℃固溶处理,670~760℃时效处理可获得最佳强度-韧性匹配。     

脉冲磁场对TC4钛合金析出行为及力学性能的影响

为了探讨脉冲磁场对TC4钛合金析出行为的影响,在其时效过程中施加了脉冲磁场,分别在形核阶段和长大阶段进行观察与分析,利用扫描电镜、透射电镜、拉伸试验机研究脉冲磁场在TC4时效过程中对显微组织、强度和塑性的的影响,并通过经典形核理论及扩散理论分析了脉冲磁场在时效过程中的作用机制。结果表明,由于脉冲磁场的加入,TC4析出速度明显提高,相同时间下析出相的体积分数增加,在保证力学性能的前提下,降低了时效所需的时间。施加脉冲磁场时效2 h相较于未施加脉冲磁场4 h延伸率塑性提高了21.68%,抗拉强度基本一致。在脉冲磁场和温度场耦合作用下时效,可使TC4提前（2h）进入过时效阶段;在拉伸断口方面,施加脉冲磁场在2h前断口形貌为韧窝断口,但当时间增加至2 h后,断口逐渐转变为准解理断口形貌,表明脉冲磁场可以加速时效进程。分析认为,脉冲磁场通过磁吉布斯自由能促进了TC4在时效过程中次生相的析出及长大,是由于降低临界形核功和促进原子扩散的协同效应所致。     

锻造温度对TC4-DT钛合金棒材力学性能及显微组织的影响

研究不同的锻造温度对TC4-DT棒材力学性能及显微组织的影响。结果表明:随着锻造温度的升高,试样的室温强度和塑性明显提高,但当温度升高到相变点以上时,强度开始降低。从显微组织来看,在相变点以下时,温度的升高导致初生α相含量明显降低,条状次生α相明显增多;当温度升高到相变点以上时,得到片状组织,温度越高,片状组织越粗大。因此,细小的次生α相对于强度的贡献要大于初生α相,原因是采用了同样的热处理制度,固溶强化的效果基本相同,强化作用主要由界面产生。     

薄板TC4钛合金脉冲电子束焊接技术研究

脉冲电子束焊接是指将电子束流调制成脉冲方波的形式进行焊接的一种先进技术。脉冲束流能提高被焊金属蒸发率,从而提高焊接效率、增加焊缝深宽比。本文采用常规直流电子束和不同频率脉冲电子束对1.2 mm薄板TC4钛合金进行了焊接工艺试验,并对接头进行了微观组织与力学性能检测。结果表明：脉冲电子束焊接能够形成无熔合缺陷的焊缝,随着频率的增加,焊缝咬边和背面余高减小,表面成形得到改善;由于焊接热循环变化,脉冲束流可加快熔池冷却速度,细化组织晶粒;直流和脉冲电子束焊接接头拉伸时均断裂在母材区,拉伸强度不低于母材;高频脉冲电子束可提升焊接接头塑性和焊缝区、热影响区的显微硬度,频率为10 kHz时,焊接接头的断后伸长率可达14.9%,约为母材的80%,焊缝区和热影响区的显微硬度分别为375 HV和368 HV。     

热处理时间对激光选区成形TC4钛合金组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机研究固溶时效工艺中时间参数对激光选区成形(SLM)TC4(Ti6Al4V)钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,退火态的SLM成形TC4钛合金的显微组织主要由连续的晶界α相(α_GB)、网篮状α相和β转变组织组成。经固溶时效处理后,试样的显微组织均呈现为网篮组织。在固溶温度为920 ℃,时效工艺为550 ℃×3 h,空冷的条件下,随着固溶时间从2 h增加为6 h,初生α相粗化明显,部分α_P相的晶粒长度可达16 μm;片状α相也发生粗化,晶粒长度由5~15 μm增长至20~30 μm,连续的晶界α相(α_GB)变得不连续,晶粒宽度由2.7 μm增长为4.4μm;同时,组织中出现了尺寸较大的α集束。试样的强度由1045.2 MPa增加为1156.9 MPa,断后伸长率由13.6%降低为6.7%。在时效温度为550 ℃,固溶工艺为920 ℃×2 h,水淬的条件下,随着时效时间从3 h增加为8 h,β转变组织的占比增加,初生α相的长度由40~60 μm减少为30~40 μm,晶界处连续的α_GB相晶粒宽度由2.7 μm增长为4.5 μm;片状α相稍有粗化,而试样的力学性能变化不大。因此,对于SLM成形TC4钛合金而言,在920 ℃固溶温度及550 ℃时效温度下,改变固溶和时效时间参数难以获得双态组织,且对综合力学性能的提高无显著影响。     

高压高温处理对TC4钛合金微观力学性能的影响

通过对TC4钛合金进行高压高温处理,利用纳米压痕技术测试了高压高温处理前后TC4钛合金微观力学性能,借助光学显微镜和透射电镜对其组织进行分析,探讨了高压高温处理对TC4钛合金微观力学性能的影响。结果表明：高压高温处理能增大TC4钛合金的硬度、弹性模量和硬弹比,减小其蠕变速率,其原因主要是高压高温处理能细化TC4钛合金组织,增大合金内部的位错密度。     

包覆叠轧TC4钛合金薄板的组织与力学性能

选取包覆叠轧工艺生产两种不同规格的TC4钛合金薄板,通过光学显微镜、XRD衍射仪、室温拉伸和高温拉伸性能试验,对两种不同规格的TC4钛合金薄板进行微观组织和力学性能研究。结果表明：经轧制退火后薄板的金相组织由α相与残余β相构成,组织中未见明显的β转变组织,α相的形貌呈现出长条状、等轴状以及块状,α相之间为残余β相。两种规格的薄板的XRD图谱中各角度的α相衍射峰相比β相衍射峰较强,厚度为0.8 mm的薄板在(102)、(200)晶面指数的衍射峰更强。厚度为0.8 mm的薄板的室温强度较厚度为2.0 mm薄板的要高,其抗拉强度最大值为1077 MPa,屈服强度最大值为1029 MPa,两种规格薄板的断后伸长率大致相同,最大值为16.5%。薄板在500℃的抗拉强度较400℃时要低,在变形温度为400℃时,厚度为0.8 mm的薄板RD方向的强度达到最大值,抗拉强度为782 MPa,屈服强度为649 MPa;在变形温度为500℃时,厚度为2.0 mm的薄板TD方向的塑性达到最大值,其断后伸长率为29%。     

改善低氧TC4-LC及重熔TC4钛合金性能的热处理工艺

通过显微组织分析和力学性能测试,研究了退火、固溶、固溶+时效、β热处理等热处理工艺对自产低氧TC4-LC钛合金和重熔的高氧TC4钛合金组织和性能的影响。结果表明,氧含量对合金力学性能的影响显著,相同成分下力学性能取决于微观组织;热处理只能在一定程度上提高低氧TC4-LC合金的力学性能,不能满足TC4钛合金的力学性能要求;重熔TC4钛合金经不同制度热处理后,强度大幅度提高,塑性除退火处理后有所提高,其它热处理不同程度降低,退火和固溶+时效处理后的力学性能均可以满足TC4钛合金力学性能的要求。     

淬火、时效温度对TC4钛合金组织和力学性能的影响

通过对TCA钛合金进行两相区淬火+时效处理,观察分析了不同工艺处理后的显微组织,并进行了拉伸、冲击试验,探讨淬火、时效温度对其组织和力学性能的影响.结果表明,合金的显微组织随淬火温度和时效温度升高粗化.合金强度随淬火温度升高先增加后降低,合金的塑性、冲击韧性随淬火温度升高不断降低;在相同淬火温度下,合金的强度随时效温度升高而降低,合金的塑性、冲击韧性随时效温度的升高先增加后降低.     

无氢渗碳层对TC4钛合金力学性能的影响

TC4钛合金经过渗碳后,表面硬度提高了2.84倍。经过1,2,3 h处理后的带渗层、不带渗层(热处理)的样品抗拉强度、规定非比例延伸强度与原始样相当;3种热处理(即不带渗层)断后伸长率和断面收缩率优于原始样,带渗层样的断后伸长率和断面收缩率有较大下降,并随着时间的延长,断后伸长率和断面收缩率下降。带渗层样在拉断过程中,外表面渗层不断剥落,外表面布满环状裂纹,裂纹自根部向中间逐渐增加,根部为细小裂纹,愈向中间裂纹愈宽大;随着时间的延长,裂纹主要集中在断口附近,试样根部较少。热处理的TC4样品断口为塑性断裂,位错滑移在断裂过程中起重要作用;带渗层样品接近于外表面表现为脆性断裂特征,心部为塑性断裂。     

脉冲强磁场处理对TC4钛合金显微组织及力学性能的影响

研究在脉冲强磁场处理条件下磁感应强度(B=2T、3T和4T)对TC4钛合金材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:随着B值从2T增加到4T,α相体积分数从49%增加到59%,表明磁场诱发了从β到α的相变。经过磁场处理后,位错密度增加,当B=3T时,位错密度达到最大值,较未处理试样增加了4.8倍;当B=4T时,位错密度有所减小,这是由于磁致塑性效应和位错堆积效应共同作用的结果。经过磁场处理后,合金的强度提高了,当B=3T时,合金强度最高达到1330 MPa,较未处理试样的1236 MPa提高7.6%;当B=4T时,合金强度为1265 MPa,增幅2.3%,合金伸长率为15.66%,较处理前样品的伸长率提高4.8%,实现材料强度和塑性的同步提高,这与位错强化机制和α相的数量、分布和形貌有关。     

多向镦拔对医用TC4钛合金组织和力学性能的影响

通过实验对TC4方坯进行多向镦拔,对制备的径锻棒材进行组织和力学性能测试分析。结果表明:多向镦拔能有效细化TC4合金组织晶粒、提高力学性能。随镦拔变形量及次数的增加,α相晶粒逐渐细小、等轴化,2火次75%变形量多向镦拔可获得α相晶粒为5μm;3火次75%变形量多向镦拔变形下,准65mm径锻棒的屈服强度及抗拉强度分别高达940MPa和1015MPa,伸长率为17%。     

超声冲击处理对TC4钛合金焊接试样微观组织及力学性能的影响

采用超声冲击对钛合金焊缝进行处理,对焊接接头的应力分布、显微组织和力学性能进行研究。结果表明,超声冲击处理会使焊缝表面形成一层厚度为80~120μm的致密强化层,减少了疲劳裂纹的长度和数量,提高了钛合金抗疲劳和抗腐蚀性能,降低了气孔、缩松等缺陷,使得拉应力转变为压应力,形成有利的压应力层。焊缝硬度增加且分布较为均匀,力学性能得到改善。     

循环热处理温度对TC4钛合金组织和力学性能的影响

通过淬火条件下两相区不同温度范围内的循环热处理发现,在两相区经不同温度范围循环后,TC4合金的魏氏组织的形貌均有所改善,随循环热处理下限温度的降低,效果愈明显.经双重退火后,随循环下限温度的降低,次生针状α相减少.通过拉伸试验和对断口形貌的分析发现,960℃×10 min(→)750℃×10 min+双重退火后,韧性最好,强度略有降低.