国内阻燃钛合金工程化技术研究进展

阻燃钛合金的研制是防止\"钛火\"事故的最直接的方法。美国、英国和俄罗斯等均在积极开展阻燃钛合金的阻燃机理及其工程化技术研究,我国阻燃钛合金的基础研究起步较早,但在工程化技术开发及应用方面停滞多年,导致被发达国家拉开差距。近五年来,在材料研制单位和应用研究单位的共同努力下,Ti-V-Cr系阻燃钛合金工程化技术取得了显著进步。本文主要综述了近几年来国内阻燃钛合金工程化技术研究的最新进展;重点介绍了Ti40和WSTi3515S合金大型铸锭、大棒材及大尺寸板坯和环锻件的研制情况,并介绍了阻燃钛合金机械加工技术和摩擦点燃阻燃性能评价方法,最后对我国阻燃钛合金未来发展进行了展望。     

钛合金片层α相在热加工过程中演变规律的定量研究

对具有片层α相的Ti-17合金圆饼在两相区进行5种变形程度的等温锻造及固溶时效处理,用定量金相学方法研究了片层α相在热加工过程中的演变规律。研究发现:α相的厚度随着应变量的增大而增大;变形程度及圆饼的变形区域对α相形态的变化有很大影响。随变形程度的增大,α相的形态参数FeretRatio(Feretmax/Feretmin)的分布曲线在FeretRatio介于1.5～2.5区间出现单峰,且峰值不断增大,大FeretRatio的α相比例逐渐减小。圆饼中心位置的FeretRatio分布曲线具有较大的峰值。大变形使片层α相的等轴化程度提高,改善了圆饼的组织均匀性。等效应变对组织中不同形态α相分布的影响曲线表明:球化α相比例随着等效应变的增大呈单调增大,增大速率表现为慢—快—极慢的分阶段特征;近等轴状的α相比例先快速增长后不断减少;片层状和大片层状α相比例随着等效应变增大呈单调减少。片层α相的临界球化与完全球化的等效应变分别约为0.4与1.0。     

TC1钛合金宽幅薄板轧制工艺研究

对比分析了包覆叠轧和冷轧两种工艺制备TC1钛合金宽幅薄板表面质量、组织形貌和力学性能,并研究了成品退火温度对冷轧板材力学性能和组织的影响。结果表明:这两种工艺生产的TC1钛合金薄板力学性能均可满足GJB 2505A—2008要求,冷轧工艺生产的TC1钛合金成品板材表面质量良好,性能稳定,晶粒更为细小;冷轧板材成品退火温度控制在550~580℃较为适宜。     

TC4-DT钛合金疲劳裂纹扩展及裂纹尖端塑性区

研究了TC4-DT钛合金不同组织的疲劳裂纹扩展行为,观察了疲劳裂纹在不同显微组织中的裂纹扩展路径,分析了不同显微组织的裂纹尖端塑性区变形情况,并与理论计算结果进行了对比。结果表明,疲劳裂纹在片层组织中扩展路径曲折,且片层组织的裂纹尖端塑性区较双态组织的大,理论计算的裂纹尖端塑性区的范围较实际测量的范围小得多。     

热暴露对Ti60合金性能及断裂行为的影响

采用光学显微镜和扫描电镜观察分析了Ti60合金热暴露前后拉伸试样的显微组织、断裂方式及其断口形貌。结果表明：Ti60合金塑性对试样表面富氧层较为敏感,带有富氧层的试样塑性较低;热暴露前后试样断裂方式发生变化,未经热暴露的试样,断裂起源于试样中心部位,断面凹凸不平,为典型的韧窝型断裂;毛坯热暴露断口上呈现出大量的解理小平面,也可以观察到韧窝形貌,为混合型断口;试样热暴露后,裂纹起源于试样表面,在微观断口上除了断裂小平面外,还有大量的撕裂棱,表现为断裂沿着α片层界面扩展的特征;在高温长时间暴露过程中,氧除了污染试样表面,还会溶解在基体中形成脆性富氧层,这是影响Ti60合金热稳定性能的重要原因。     

Cr元素对Ti-V-Cr系阻燃钛合金热暴露力学性能的影响

研究了Ti-25V-15Cr-0.2Si和Ti-25V-10Cr-0.2Si两种阻燃钛合金在不同热暴露条件下的热稳定性能.结果表明:Cr元素对Ti-V-Cr系阻燃钛合金的组织有较强细化作用,强化合金室温力学性能;随Cr元素含量的降低,合金在热暴露过程中析出的第二相减少,合金热稳定性能优化.此实验现象与Cr元素在钛合金中属于共析元素的性质有关.     

挤压参数对TC16合金紧固件冷挤压过程的影响

提出了一个反映挤压件前端内缩程度的参数--前端内缩量(△h),作为紧固件挤压成形效果的评价标准之一.基于弹塑性有限元数值模拟技术,采用DEFORM-3D软件对不同挤压参数(挤压速度V、凹模半锥角α/2)下TC16紧固件冷挤压成形过程进行了数值模拟研究,获得了挤压力、温度场分布、平均温升和前端内缩量随挤压参数变化的规律,为TC16紧固件挤压参数优化提供了理论参考.     

冷却速度对TC2钛合金板材β淬火组织的影响

通过水淬+空冷复合的方式,实现了在一个试样上淬火的冷却速度从水淬到空冷的不同,进而研究了冷却速度对TC2钛合金板材β淬火组织的影响。结果表明,β淬火时冷却速度不同,使得淬火后合金的金相组织存在较大的差别,进而对成品板材的组织产生影响。TC2合金板在热轧过程中获得了球状-纤维状的混合显微组织,水淬+空冷复合试样的水淬部分均发生马氏体转变,但转变的进程有所不同,水淬+空冷复合试样的空冷部分均为片状组织,随着冷却速度的降低,α片丛明显长大,α片宽度变大。淬火的延迟会导致板材显微组织不均匀。     

异型钛材轧制中的有限元模拟

利用有限元模拟软件DEFORM-3D对异型钛材的多道次轧制成形过程进行数值模拟,研究了坯料形状、孔型侧斜度以及轧辊间距对TA2纯钛异型材轧制过程及成品的影响。结果表明,圆形坯料有利于保证轧制过程中的稳定性,较大的侧斜度有利于提高变形的均匀性,而增大轧辊间距会导致轧件宽展相应减小。总之,借助计算机模拟异型钛材的轧制生产过程,可以优化坯料形状、完善孔型设计、制定轧制工艺,特别是在异型钛材新产品开发中,对于缩减产品研发时间,降低生产成本,提高轧制效率具有重要意义。     

高度稳定化β型Ti40阻燃钛合金的动态再结晶行为

采用热压缩试验方法,对高度稳定化的β型Ti40阻燃钛合金的动态再结晶行为进行了研究.结果表明,Ti40合金的动态再结晶形核机制为亚晶形核、晶界弓出形核和位错塞积形核等多种机制;Ti40合金高温塑性变形后,空冷及850 ℃退火的再结晶晶粒呈现混晶现象;1000 ℃退火,再结晶晶粒充分长大,是完全再结晶的结构特征.