TC21钛合金动态力学性能和抗弹性能的研究

采用分离式霍普金森压杆和终点弹道实验装置,研究了α+β区和β区锻造的TC21钛合金的动态力学性能和抗弹性能。结果表明:在动态压缩试验条件下,α+β区锻造的TC21钛合金较之β区锻造的TC21钛合金具有更高的动态强度,而β区锻造的TC21钛合金的临界断裂应变更大,具有更好的动态塑性变形能力;在12.7 mm穿甲弹侵彻条件下,无论是α+β区还是β区锻造的TC21钛合金靶板的抗弹性能均与TC4钛合金靶板的抗弹性能相近,这可能是由于TC21钛合金和TC4钛合金靶板都易于发生绝热剪切破坏所导致。α+β区锻造的双态组织靶板的损伤模式为塑性扩孔导致的背部崩落破坏模式,β区锻造的片层组织靶板的损伤模式为脆性破碎模式;2种组织靶板的失效破坏均为绝热剪切带和其诱发的裂纹所导致。     

TC21钛合金β单相区晶粒长大行为研究

研究了高损伤容限型钛合金TC21在单相区不同司加热温度和不同加热时间条件下的β晶粒长大行为.结果表明.在单相区加热.TC21钛合金β晶粒等温长大曲线近似满足抛物线规律.在970、980和990℃等温退火时,晶粒长大指数n分别为0.38、0.34和0.32；晶粒长大激活能为283 KJ/mol.     

三重热处理对TC21合金超塑性变形后组织的影响

对TC21钛合金进行超塑性拉伸和三重热处理试验,研究了三重热处理对TC21钛合金超塑性拉伸后组织的影响。结果表明,TC21钛合金在超塑性变形过程中发生明显的动态再结晶,α相含量随着变形温度的升高而减少,并发生α→β转变;TC21钛合金超塑性变形后经β相区固溶第一重热处理获得单相β组织,随后在(α+β)相区进行一次高温时效和一次低温时效,使细小针状α相在β基体中析出,得到网篮组织。针状α相含量随着变形温度和第二重温度的升高而增多,α晶粒长大并相互交织,网篮组织编织明显。     

显微组织对TC32钛合金高周疲劳性能的影响

研究双态组织和网篮组织对TC32钛合金高周疲劳(HCF)性能的影响,并与TC4钛合金等轴组织和TC21钛合金网篮组织的高周疲劳性能进行对比分析。结果表明:TC32钛合金双态组织与网篮组织的高周疲劳强度分别为535.7MPa与537.5MPa,明显高于TC4钛合金等轴组织的,也高于TC21钛合金网篮组织的。TC32钛合金双态组织因原始β晶粒细小,且初生α相与β转变基体强度匹配性良好,不存在异常的平均应力敏感性;TC32钛合金网篮组织因存在较多的二次裂纹,且主裂纹扩展路径曲折,疲劳裂纹扩展速率较双态组织更缓慢。     

超塑成形及热处理对TC21合金组织演变的影响

TC21钛合金在不同条件下超塑拉伸变形后,进行双重退火热处理,研究热加工工艺对TC21合金显微组织演变的影响.结果表明,当变形温度在890～960℃时,TC21合金的伸长率随变形温度的增加先增加后减少,最佳超塑性变形温度为910℃;TC21合金在α+β相区超塑变形,然后在α+β相区双重退火处理后得到双态组织;在准β区进行超塑变形、α+β相区双重退火处理后得到网篮组织.     

锻造工艺对TC4-DT和TC21损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了不同锻造工艺（近β锻造、准β锻造、两相区锻造）对TC4-DT和TC21损伤容限型钛合金疲劳裂纹扩展速率的影响,对比分析了不同锻造工艺的微观组织和疲劳裂纹扩展路径的关系。研究结果表明,与两相区锻造和近β锻造相比,TC4-DT和TC21钛合金经准β锻造后的疲劳裂纹扩展速率最低。准β锻造的锻件疲劳裂纹扩展路径曲折程度大,断口表面粗糙度大,有效地降低了疲劳裂纹扩展速率。     

热处理温度对TC21钛合金微观组织的影响

对TC21钛合金在880～950℃进行固溶,研究了固溶温度对TC21钛合金的微观组织的影响规律.采用OM、TEM及EBSD取向分析方法,研究了热处理温度对TC21钛合金中形成块状α相的影响规律.结果表明,在880℃、900℃观察到了块状α相,在930℃、950℃没有观察到块状α相.EBSD取向分析表明,大块α相与其临近β相之间满足Burgers取向关系.显微硬度在900℃固溶后达最小值,温度高于900℃时,显微硬度增加.     

TC21钛合金动态再结晶行为的元胞自动机模拟

为研究热加工工艺不同变形参数对TC21钛合金塑性成形过程中微观组织的影响，本文利用Gleeble-3500型热模拟试验机进行等温恒应变速率热压缩实验，研究了TC21钛合金在不同变形条件下的热变形行为；并以TC21钛合金在热压缩过程中微观组织演变为基础，通过对TC21钛合金的位错密度模型、再结晶形核和晶粒长大模型的推导，建立了元胞自动机模型，并基于元胞自动机模型对TC21钛合金β单相区变形过程中的动态再结晶行为进行了模拟和验证。结果表明：该合金的流变应力随着温度的降低和应变速率的升高而增大；结合元胞自动机模拟结果分析得，在β单相区内该合金动态再结晶体积分数与变形温度成正比，而与应变速率成反比。     

双重退火对TC21钛合金电子束焊接接头组织性能的影响

为了解决TC21钛合金电子束焊接接头脆性较大的问题,提高其电子束焊接接头的冲击韧性,对TC21钛合金电子束焊接接头进行热处理研究和其接头组织性能的分析。研究表明,TC21钛合金电子束焊接接头经双重退火热处理后具有良好的综合性能,即具有较好的强度和断后伸长率,冲击韧性达到母材的58%;接头经双重退火后,焊缝α′相发生分解,生成α相和β相。     

铸态TC21钛合金高温变形行为研究

以铸态TC21钛合金为研究对象,在Gleeble3500热模拟试验机上对TC21钛合金在开坯温度1000～1150℃、应变速率0.01～10 s-1的高温变形行为进行了研究.结果表明,铸态TC21钛合金流动应力随应变速率的提高和温度的降低而升高,具有温度和应变速率敏感性;β区变形激活能为196.277 kJ/mol,变形机制以动态回复为主;低应变速率下(ε≤0.1 s-1),流变曲线呈稳态流动特征,拉长的β晶粒晶界呈锯齿状,晶界处发生连续再结晶;高应变速率下(ε≥1 s-1),拉长的β晶粒晶界平直,为典型动态同复;高应变速率且温度相对较低(ε=10 s-1,T≤1150℃)时,流变曲线呈流动软化特征,原因是局部温升效应及局部塑性流动.     

TC21两相钛合金中斜方马氏体的时效分解

研究了TC21两相钛合金淬火后马氏体在时效过程中的组织结构变化及其引起的强化效应。结果表明:合金淬火后得到交错排列的针状斜方马氏体组织,在300-700℃之间时效4h,α″相的分解次序遵循α″→α″+α→α+β规律。低温时效时首先形核析出针状的初生α相,随着时效温度的升高,初生α相在长大的同时其片层之间析出十几纳米宽、几个微米长的细小次生α相,且β相呈10～50nm大小的颗粒状弥散分布在α相之间,随后的时效过程中次生α相和β相迅速长大,最终斜方马氏体完全分解为α+β混合相。显微硬度分析表明,利用斜方马氏体的逆转变,通过在时效过程中均匀地析出细小的次生α相和纳米级弥散分布的β相可使合金具有明显的时效强化效果,500℃时效4h后,TC21合金的显微硬度比淬火态提高了35%。     

损伤容限型钛合金的等温锻造温度研究

研究了TC21钛合金在5.5×10-4s-1恒应变速率、40%变形程度条件下,等温锻造温度变化对锻件组织和性能的影响。结果表明:TC21钛合金显微组织对温度变化敏感,在两相区锻造时,显微组织由初生α相和β转变组织组成,并且随着变形温度的提高,初生等轴α相的含量逐渐减少,晶粒尺寸增大;在相变点温度锻造时得到网篮组织;在相变点以上温度锻造时得到片状组织。室温拉伸强度和断裂韧性随锻造温度的升高呈现增加趋势,室温拉伸塑性明显降低。在965℃等温锻造时,显微组织为较细的片状组织,强度、塑性和断裂韧性达到较佳匹配,获得较好的综合力学性能。965℃为较佳等温锻造温度。     

去应力退火对TC18和TC21钛合金吸氢含量的影响

在井式空气炉内按GJB 3763A—2004标准的最高温度和最长保温时间对TC18和TC21钛合金进行了去应力退火,研究了空气炉去应力退火对TC18和TC21钛合金吸氢含量的影响。结果表明:与去应力退火前相比,TC18钛合金经空气炉去应力退火后氢含量有所增加,而TC21钛合金氢含量反而降低。经去应力退火后,TC18和TC21钛合金的氢含量分别为0.0029%和0.0025%,远小于材料规范要求的氢含量(＜0.015%);随表层至中心(深度变化),氢含量未见明显的规律性变化,里层氢含量与表层氢含量相差不大。从吸氢量考虑,该两种钛合金均可采用空气炉进行消除应力热处理。     

高强高韧损伤容限型钛合金TC21研制

介绍了西北有色金属研究院新研制的高强高韧损伤容限钛合金TC21的情况。合金经实验室、中试及工业规模3个周期的深入研究，其各种力学性能稳定，具有良好的强度、塑性、断裂韧性、裂纹扩展速率的匹配，是1种非常有应用前景的高强高韧损伤容限型结构钛合金。     

置氢TC21合金粉末压制方程研究

为建立置氢TC21钛合金粉末的压制性能评价体系,和置氢TC21合金粉末室温模压成形过程压制方程,测定了置氢TC21合金粉末外加压力、压坯密度及压坯强度与合金粉末置氢量的关系,将试验数据代入推导的置氢TC21钛合金粉末的压制方程之中,采用VB求解超限定方程组,计算出方程中所含的3个参数的值,并最终定量研究了这3个参数与置氢量的关系,确定了占主导地位的成形机制,最终得到了置氢TC21合金粉末压制性能及压制方程,从而为精确控制置氢钛合金粉末模压成形提供了依据。     

新型TC21钛合金热处理工艺参数与显微组织演变的关系研究

TC21钛合金是新型的高强韧损伤容限型钛合金，其模锻件为网篮组织，锻后热处理工艺采用双重退火工艺。本研究采用金相法、SEM等方法系统研究了TC21钛合金模锻件的锻后热处理工艺和显微组织演变规律。试验分析了TC21钛合金模锻件锻后第1次退火加热温度、第2次退火加热温度和保温时间等工艺参数条件下的初生α相数量、形状以及网篮组织形貌特征的变化规律，为TC21钛合金模锻件获得高强、高韧和损伤容限优良综合性能奠定基础。     

TC21合金超塑性本构关系的BP人工神经网络模型

TC21合金是一种高强、高韧、高损伤容限型两相钛合金,具有极佳超塑成形性能。建立合理的超塑性本构关系,对了解该合金的超塑性变形特征以及超塑性成形工艺优化有着重要的指导作用。本文对TC21合金在Gleeble1500热模拟试验机上进行了超塑性等温压缩变形试验。结果表明,随着温度的升高或应变速率的降低,材料的流变应力显著降低,动态再结晶是其主要的软化机制。根据所获得的实验数据,应用BP人工神经网络建立了TC21合金的超塑性本构关系模型,较好地反映了TC21合金的超塑变形过程中流动应力的变化规律。     

置氢TC21合金粉末烧结材料高温流变行为及组织演变

采用热压缩试验研究置氢量0.22wt%TC21钛合金粉末烧结材料在温度850℃~1000℃和应变速率0.001s-1~0.10 s-1范围内的流变行为和组织演变,分析了该合金烧结材料在试验参数范围内变形的应力-应变曲线特征。动力学分析获得置氢TC21合金粉末烧结材料高温压缩变形的应力指数和变形激活能分别为3.32kJ/mol和442.74kJ/mol,表明置氢TC21合金粉末制品在高温变形过程中均发生了动态再结晶。组织观察发现,在β相区变形时,β晶粒随金属流动方向明显被拉长、变形;在α+β相区变形时,β相的组织变化基本同其在β相区变形时一样,只是β相再结晶过程加剧;在α相区变形时,原始的的片状和等轴状组织中α相组织发生再结晶,初生的α相含量逐渐减少。平面应变状态下发生动态再结晶的临界变形量大于均匀单向压缩状态下的临界变形量。     

基于遗传算法的TC21钛合金高速车削工艺优化研究

通过TC21钛合金车削正交实验,测量表面粗糙度,基于响应曲面原理建立表面粗糙度预测模型,并以最大材料去除率为优化目标,采用遗传算法对不同表面粗糙度下的TC21钛合金高速车削参数进行优化,以期对生产实践起到一定的指导作用。     

新型损伤容限型钛合金TC21稀土催化固体渗硼

采用固体粉末渗硼法对新型损伤容限型钛合金TC21表面进行稀土催化化学热处理,通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)与金相显微镜(OM)研究了渗层组织形貌和物相组成。结果表明:钛基表面渗硼层包括以整体薄壁状在基体外层分布的TiB2和以须状晶形式在次表层分布的TiB双强化渗层,渗层与基体结合紧密;渗剂中稀土含量对渗层性能的影响存在有最佳值;且发现此方法实现了钛合金TC21表面B、C共渗。