超声振动对TC1钛合金板材拉伸性能的影响

通过超声振动辅助拉伸试验,研究了超声振动的频率、振幅及间歇振动方式等参数对TC1钛合金板材应力与应变、屈服强度、抗拉强度及延伸率等拉伸性能指标的影响。通过拉伸试件的组织和性能分析,研究了超声振动参数对TC1板材金相组织、断口形貌及维氏硬度的影响。结果表明,TC1钛合金板材拉伸过程中叠加一定频率、振幅的超声振动可以明显降低材料的屈服强度和抗拉强度,并且在一定工艺参数条件下还可以较大幅度提高材料的延伸率,而且对其组织和性能影响较小。     

温热条件下TC4钛合金板材超声振动辅助拉伸工艺研究

针对钛合金板材塑性变形能力差、成形温度高的问题,提出了温热条件下超声振动辅助成形方法,希望在温热环境条件下进一步提高钛合金板材的成形性能。本文通过200-600℃条件下的TC4板材超声振动辅助拉伸实验,分析了超声振动工艺参数对钛合金板材拉伸过程当中的工程应力-应变曲线、屈服强度、延伸率等性能指标的影响规律,并对拉伸试件显微组织及断口形貌进行分析。研究结果表明,温热拉伸过程施加合适的超声振动工艺参数,可以使TC4板材流动应力、屈服强度进一步降低,延伸率进一步提高,能够实现在温热条件下进一步提高成形性能的目的。     

温热条件下超声振动对TC4钛合金板材各向异性的影响

针对TC4钛合金板材轧制过程中产生的各向异性问题,在温热条件下通过与轧制方向呈不同角度拉伸试件的有、无超声振动辅助的拉伸实验,分析了超声振动对TC4钛合金板材的屈服强度、断后伸长率及厚向异性系数的影响规律,得到了有助于提高TC4板材成形性能及有效抑制各向异性的超声振动工艺参数;通过对拉伸试件金相组织和断口形貌的分析,得到了超声振动对TC4钛合金板材微观组织和性能的影响。结果表明,TC4钛合金板材在温度400～600℃范围内拉伸时,施加频率为20 k Hz、振幅为10μm的超声振动可以提高材料变形能力,还可以有效抑制板材的各向异性,同时对材料微观组织也不会造成较大影响。     

TC1钛合金板材的超声振动辅助V型弯曲工艺

针对钛合金板材弯曲过程中的质量问题,尤其是回弹问题,提出了在弯曲过程中对凹模叠加一定方向、一定频率和振幅的超声振动辅助弯曲方法,选择受回弹影响较大的TC1钛合金板材进行了V型弯曲过程的研究。分析了超声振动频率、振幅、振动时间等对TC1钛合金板材弯曲力、弯曲回弹量的影响规律。研究结果表明,TC1钛合金板材在V型弯曲过程中叠加一定频率、振幅及振动时间的超声振动,可以有效降低板材的弯曲力,减小弯曲后的试件回弹量,从而有效地提高了钛合金板材的弯曲性能,同时验证了超声振动对于提高TC1钛合金板材弯曲成形性能的可行性。     

脉冲电流频率对预制缺陷TC4钛合金性能的影响

为了研究脉冲电流频率对预制缺陷TC4钛合金组织性能的影响规律,首先采用室温预拉伸制备含孔洞缺陷的TC4试样,然后选取不同频率的脉冲电流对预制缺陷的TC4试样进行通电处理,对比通电前后板材内部的显微孔洞和基体组织的变化情况,并对处理后的试样进行二次室温拉伸获得力学性能参数。结果表明：当脉冲电流频率从0升至140Hz时,TC4内部孔洞体积分数由2.21%下降至0.86%,屈服强度由916.7MPa提高到990.9MPa,抗拉强度由951.2MPa增加至997.5MPa,延伸率提高64.86%;当脉冲电流频率从140Hz提高到160Hz时,内部孔洞体积分数反而增至1.99%,屈服强度和抗拉强度则分别下降到975.1MPa和988.5MPa,延伸率降低了37.70%。显微孔洞体积分数几乎决定了预制缺陷TC4钛合金的力学性能。     

TC4钛合金在小温度范围退火时的力学性能演变

TC4钛合金的塑性较低、变形较困难,在轧制过程中难以控制其组织和性能,因此在后续的热处理中需要严格控制退火温度和保温时间,以获得所需的组织及性能。本文对TC4钛合金板材进行了小温度范围的退火,研究了在小温度范围内TC4钛合金力学性能的变化。结果表明,TC4钛合金板材退火温度从760℃升高至800℃,板材纵向上的晶粒尺寸较小,抗拉强度与屈服强度高于横向上的抗拉强度与屈服强度;同时,板材的伸长率降低。     

退火态TC2钛合金板材各向异性研究

研究了不同退火态的TC2钛合金板材不同方向取样拉伸试验的力学性能,分析了各向异性对退火态TC2板材力学性能的影响规律。结果表明:TC2钛合金板材存在明显的各向异性,对比三个不同方向可知在0°方向上的抗拉强度最大,伸长率则为最小,45°方向强度最低;不同退火态TC2板材力学性能有差异,随退火温度的升高,板材不同拉伸方向的抗拉强度和屈服强度均有不同程度的降低;随退火温度的升高TC2板材的各向异性表现不同,退火温度对板材各向异性有一定程度的影响,850℃时板材各向异性较好,强度与塑性匹配较好。     

固溶时效对海绵钛/电解钛熔炼TC4钛合金热轧板材组织与性能的影响

以海绵钛和电解钛作为熔炼TC4钛合金的原材料,采用工业化电子束冷床炉(EB炉)熔炼为扁锭并直接进行热轧,随后进行固溶时效处理,研究不同原材料铸锭和固溶时效处理工艺对TC4钛合金板材微观组织与性能的影响规律。结果表明：海绵钛TC4和电解钛TC4钛合金的α →β转变都是一个吸热过程,电解钛TC4钛合金α →β转变温度明显高于海绵钛TC4钛合金。海绵钛TC4钛合金在超过相变点温度进行固溶时效处理后,其组织为魏氏组织,其余固溶时效条件下的组织皆为双态组织。随固溶温度的升高,海绵钛TC4钛合金板材的抗拉强度先增加后降低,延伸率持续降低,而电解钛TC4钛合金板材的抗拉强度随固溶温度的升高而增加,延伸率一直降低。二者均在890℃保温30min固溶与550℃保温3h时效后获得最佳的综合力学性能。与海绵钛TC4钛合金板材相比,电解钛TC4钛合金板材在经过固溶时效处理后,材料的强度、硬度提升更为显著。     

不同轧制厚度TC4钛合金板材的组织与性能

选取4种不同厚度的TC4钛合金轧制板材,利用金相显微镜以及力学性能试验,对其进行金相组织和力学性能研究。结果表明：经轧制及退火后的TC4钛合金板材的组织为α相与残余β相组成的混合组织,α相的形貌呈现出线条状、等轴状以及细小团状等特征;TC4钛合金板材强度总体呈现出随着厚度的增加先降低再趋于稳定的趋势,而塑性呈现出先升高再趋于稳定的趋势;当厚度为0.8 mm时,TC4钛合金板材的强度最大,抗拉强度为1075 MPa、屈服强度为1027 MPa,且4种规格TC4钛合金板材经轧制退火后沿RD与TD方向的强度与塑性均有一定差值;不同规格TC4钛合金板材拉伸后的微观断口形貌均以韧窝为主,其中厚度为0.8 mm的TC4钛合金板材沿TD方向的断口形貌中除具有韧窝形貌外,还具有一定数量的小平面,韧窝内部存在大量、特别细小的微裂纹。     

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。     

超声振动对CMT电弧增材制造铝合金组织与性能的影响

为减少电弧增材制造铝合金中的气孔及粗大晶粒,采用超声振动辅助CMT电弧增材制造的方法堆焊4043铝合金薄壁件,研究了超声振幅对沉积态材料微观组织及力学性能的影响。研究发现,熔池内部枝晶在超声振动的作用下发生破碎,使得熔池内部液态金属形核率增大,细化晶粒,粗大柱状晶粒也在熔池振动搅拌下转变为细小等轴晶粒。与未使用超声振动辅助的试样相比,平均晶粒尺寸减少了22.5%。同时超声振动引起的空化及声流效应使得试样中气孔尺寸以及数量减小。但随着超声振幅的增加,熔池内部的能量逐渐加大,热输入的增加也使得晶粒发生粗化现象。过大的超声能量破坏了焊缝的结构完整性,导致焊缝内部出现孔洞。施加超声振动试样的抗拉强度较未施加时上升了8.2%~16.3%,且随着超声振幅的增大,抗拉强度及断后伸长率的各向异性逐渐减小。     

体育器材用TiAl3/AlSi11Cu3铝合金组织和力学性能优化

利用超声振动法制备体育器材用AlSi11Cu3铝合金,通过添加K₂TiF₆粉末原位反应生成TiAl₃增强相的方法对铝合金进行颗粒增强,研究了超声功率和颗粒增强对AlSi11Cu3铝合金微观组织和力学性能的影响。试验结果表明,最佳的超声功率为1 kW,超声振动和TiAl₃增强相的引入能明显细化铝合金组织,大幅提升铝合金的拉伸性能和硬度,抗拉强度、伸长率和硬度分别提升了33.9%、23.6%和38.8%,断裂特征由准解理断裂逐渐向韧性断裂转变。     

EB熔炼扁锭直轧TC4合金板材的组织与性能

采用EB一次熔炼制备的TC4合金扁锭直接进行轧制,对不同轧制火次板材热轧态及退火态显微组织与力学性能进行了研究。结果表明:TC4合金扁锭经过1~3火次直接轧制,粗大铸态组织不断破碎,等轴α相含量逐渐增加,尺寸不断减小,各火次板材力学性能均满足标准要求。随着退火温度增加,各火次成品板材抗拉强度和屈服强度呈下降趋势,伸长率先增加后减小,经850 ℃退火后TC4合金板材可以获得最佳的强塑性匹配。EB一次熔炼扁锭直轧TC4合金板材工业化批量生产中退火温度推荐使用700~850 ℃,显微组织与力学性能可以达到锻坯制备的板材水平。     

TC4钛合金棒材挤压拉拔的金相组织和力学性能演变过程探究

为实现钛合金的晶粒细化以及批量生产的目的,采用挤压拉拔装置对TC4钛合金棒材进行加工,采用光学显微镜观察各模次的金相组织特征,结果表明,经过多道次的挤压拉拔后,棒材断面的金相组织细小,α和β晶粒达到再破碎的目的,最终的金相组织达到了最高的标准要求。对挤压拉拔的每个模次进行拉伸实验,发现屈服强度和抗拉强度随拉拔模次的增加而升高,而断后伸长率和断面收缩率却变化很小。在单模次挤压拉拔变径量不变的情况下,随挤压拉拔模次增多,加工硬化效果更为明显。综合以上分析,在TC4钛合金棒材生产过程中加入挤压拉拔能够有效地提高棒材的组织与性能。     

超声振动辅助铣削加工钛合金表面摩擦磨损性能研究

目的研究超声振动辅助铣削加工钛合金表面形貌及摩擦磨损性能的优势。方法将0、6、12μm的超声振动振幅分别施加到铣削加工的进给方向加工TC4钛合金,得到不同加工参数条件下的表面形貌。用多功能扫描电子显微镜观察不同条件下的微观表面形貌,并且对不同表面的摩擦磨损性能进行了测试,分析了超声振动对表面摩擦磨损性能的影响。结果施加超声振动后,表面微观形貌与传统铣削加工存在较大区别。表面微观形貌不仅存在因进给速度产生的进给划痕,还存在一定规律的微观织构。摩擦磨损试验分析了干摩擦与润滑脂摩擦两种情况。干摩擦条件下,超声振动对摩擦系数的影响较明显,振幅为6μm时,摩擦系数有所减小;振幅为12μm时,摩擦系数有所增大。脂润滑条件下,摩擦系数变化较小。结论通过超声振动辅助铣削可以加工出具有一定微观形貌的表面织构,这些微织构的存在影响了加工表面的摩擦磨损性能,对于研究表面抗磨减阻性能有一定的作用。     

热处理工艺对TC11钛合金组织与性能的影响

采用正交试验法研究固溶温度和固溶时间、时效温度和时效时间4个因素对TC11钛合金力学性能和组织的影响。结果表明采用固溶温度960℃,固溶时间30 min,时效温度530℃,时效时间8 h的热处理制度,TC11钛合金可以得到最优的强塑性组合,抗拉强度1133 MPa,屈服强度1045 MPa,伸长率18.84%,断面收缩率56.49%。     

超声振动对Mg-8Li-3Al合金凝固组织及性能的影响

在Mg-8Li-3Al合金的凝固过程中,不同功率的超声波被引入到合金熔体中。在超声作用下研究Mg-8Li-3Al合金的微观结构、耐腐蚀性能和力学性能。基于超声空化作用及声流作用,对超声细化机制进行分析。结果表明：在施加超声波后,合金的α相形貌从粗大的蔷薇状结构变为细小的近球状结构。当超声波功率为170W时,能够获得细小的球状结构。与没有施加超声场的合金相比,施加超声场（功率170W,作用时间90s）后的合金耐腐蚀性明显提高,力学性能也有很大改善,抗拉强度和伸长率分别提高了9.5%和45.7%。     

海绵钛/电解钛熔炼TC4钛合金铸锭直接轧制板材的组织及性能

分别以海绵钛和电解钛为原材料熔炼TC4钛合金,将熔炼后的铸锭进行热轧,研究两种原材料熔炼的铸锭轧制为TC4轧板后的组织与性能。结果表明,海绵钛TC4热轧板材组织较电解钛晶粒粗大,组织不均匀,而电解钛TC4热轧板材组织为均匀细长、条状交错的α相,呈现出类似网篮组织结构。海绵钛TC4板材的抗拉强度和洛氏硬度明显高于电解钛TC4钛合金板材,而电解钛TC4板材的塑性更好。海绵钛TC4板材的断裂方式为准解理断裂与韧性断裂的复合断裂,而电解钛TC4板材的断裂方式为韧性断裂。     

超声振动效应对TA2钛合金板材力学及胀形性能影响

针对钛合金板材塑性变形能力差的问题,进行了超声振动辅助成形工艺的研究,分析超声振动对钛合金TA2板材力学性能及与接触面之间摩擦系数的影响。在此基础上进行了不同宽长比坯料的超声振动辅助胀形实验,分析超声振动对TA2板材胀形力、极限胀形高度的影响。同时,基于网格应变原理,通过不同宽长比坯料极限应变的测量,建立TA2板材的成形极限图。研究结果表明,选择合适的超声振动辅助成形工艺参数, 不仅可以提高TA2板材变形能力,还可以减小摩擦对板材成形性能的影响,从而有效提高了TA2板材的成形极限。