钛合金薄板高低速塑性行为及组织性能的实验研究

针对钛合金在航天军工领域的服役特点,利用万能材料试验机以及Hopkinson压杆对某α+β双相钛合金薄板静态及动态材料行为进行研究,给出了不同热处理制度下材料的应力应变关系,观察了材料的微观组织特征。研究结果表明,对于α+β双相钛合金薄板,垂直轧向的屈服强度高于平行轧向屈服强度,材料无明显加工硬化,屈服强度拉压不对称;高应变速率加载情况下材料并无明显应变强化,材料破坏表现为沿45°方向的剪断型破坏;强迫剪切过程中热处理前后均无明显绝热剪切带产生,材料发生沿45°方向流动,表现出良好塑性。     

基于热加工图的TC18钛合金热变形行为研究

为了研究TC18钛合金相变点附近塑性成形过程中组织变化及金属流动规律,采用金相法测定实验用锻态β转变温度为1 161 K。在TC18钛合金β转变温度±20 k,应变速率0.01~1.00 s-1,最大应变0.7的情况下,对材料进行恒温-恒应变速率热模拟压缩实验。求解不同应变条件下变形速率敏感指数m,能量耗散率因子η及失稳判据ξ等参数。获得了实验情况下真实应力-应变曲线,绘制了TC18钛合金不同应变条件下热加工图,得到了TC18钛合金实验条件下材料的最佳变形区域。     

热处理温度对TC20钛合金细晶棒材组织和性能的影响

TC20钛合金具有较低的密度、合适的强度以及优良的生物相容性、耐腐蚀性、可加工性等特点,被广泛用作生物医用材料。细小均匀且稳定的显微组织是保障和提高TC20钛合金产品使用寿命的关键,因而研究相同加工条件下,热处理制度对棒材组织及性能的影响具有重要意义。为此,对TC20钛合金细晶棒材进行了不同温度下的热处理实验,分析了经不同温度热处理后棒材的显微组织和力学性能变化。结果表明:热处理温度对T20钛合金棒材显微组织的影响较显著,随着热处理温度的升高,细晶棒材强度持续降低,在800℃处理时强度降低幅度最大,而塑性基本不变。     

钛合金装甲材料动态压缩力学性能及其抗弹能力关系

采用分离式Hopkinson Bar技术针对不同热处理制度的TC6、ATI425以及TC3钛合金Φ5 mm×5 mm圆柱形标样进行了动态压缩实验,测定得到了试样在3000 s~(-1)高应变率条件下的动态强度、动态塑性及冲击吸收功;同时开展了以钛合金为面板、A3钢为背板的复合装甲抗弹性能试验,分析了钛合金动态力学性能与其抗弹性能之间的关系。结果表明:钛合金面板的抗弹性能与其动态强度和动态塑性均密切相关;钛合金的动态强度对材料抗弹性能的影响比动态塑性更加显著,其抗弹性能主要取决于动态强度;同时,表征钛合金动态力学性能优劣的冲击吸收功不能直接反映钛合金的抗弹能力;较大区域的正面开坑和较小的剪切充塞可以明显提高钛合金面板的抗弹性能。     

组织及应变率对TC6钛合金绝热剪切敏感性的影响

采用分离式Hopkinson Bar技术对不同热处理工艺的TC6钛合金进行了动态剪切试验,研究了不同组织状态及不同应变率下的绝热剪切敏感性,并进行了金相观察及分析.结果表明:不同组织对TC6钛合金的绝热剪切敏感性有很大的影响,片状组织的绝热剪切敏感性最小,而球状组织的绝热剪切敏感性最高;随着组织中á相的增加,材料的绝热剪切敏感性增加;随着同一类型中晶粒尺寸的减小,材料的绝热剪切敏感性降低;随应变率的提高,TC6钛合金的绝热剪切敏感性也随之增加.     

热处理对Ti-6Al-4V棒材固溶时效性能的影响

概述了对飞机转动件叶片用Ti-6Al-4V(TC4)钛合金棒材通过采用不同固溶时效热处理制度的实验,以研究TC4用钛合金棒材不同热处理制度与组织、固溶时效性能之间的关系,通过对比试验得出工业化生产满足宇航结构件和转动部件用TC4棒材制定合理的固溶时效热处理制度。     

冠脉支架用β型TiZrSnMoNb合金管材

以小规格TiZrSnMoNb合金管材为研究对象,对该合金进行了较为系统的研究,阐述了合金的塑性变形与强化机制,分析了不同形变下该合金的应力-应变曲线,同时,讨论了多种加工变形量、减壁减径比及热处理制度对材料微观组织和性能的影响,最终明确了TiZrSnMoNb合金的加工工艺,也为其他β型钛合金管材加工提供参考和借鉴。     

考虑应变率效应的轻量化座钣有限元分析（英文）

室温条件下,采用Instron实验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置对TC4钛合金进行压缩实验,得到了不同应变率下的真应力-真应变曲线。通过对应力-应变曲线拟合分析,建立了TC4钛合金的Johnson-Cook(JC)本构模型。基于该本构模型,采用ABAQUS/Explicit对TC4钛合金高应变率下的冲击压缩实验进行了数值模拟,通过实验结果与仿真数据的对比分析,验证了该本构模型参数的合理性。为实现迫击炮轻量化的目标,设计了一种新型轻量化TC4钛合金质迫击炮座钣。通过建立冲击载荷下迫击炮座钣的有限元模型,考虑材料的应变率效应,对座钣的强度和刚度进行了分析,得到了座钣的应力和位移的变化规律。     

应变对β-CEZ钛合金热加工图的影响研究

基于β-CEZ钛合金的热模拟压缩实验,以动态材料模型为基础,建立了不同应变下的β-CEZ钛合金热加工图。从能量耗散率、非稳定参数和非稳定变形区三个方面分析了应变对β-CEZ钛合金热加工图的影响规律。分析结果表明：随着应变的增大,β-CEZ钛合金能量耗散率对应的等值线越来越密集,高能量耗散率对应的区域逐渐减小,而非稳定变形区越来越大,由小应变时的两个非稳定变形区变为大应变时贯穿整个温度范围的一个大非稳定变形区;不同应变下,应变速率为0.01~0.018 s-1、变形温度为820~920℃时,能量耗散率都大于0.45且没有发生塑性失稳,该范围内的工艺参数最适合β-CEZ钛合金的锻造。     

考虑应变率效应的新型轻量化迫击炮座钣有限元分析

室温条件下,采用INSTRON实验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置对TC4钛合金进行压缩实验,得到了不同应变率下的真应力-真应变曲线。通过对应力-应变曲线拟合分析,建立了TC4钛合金的Johnson-Cook(JC)本构模型。基于该本构模型,采用ABAQUS对TC4钛合金高应变率下的冲击压缩实验进行了数值模拟,通过实验结果与仿真数据的对比分析,验证了该本构模型参数的正确性。为实现迫击炮轻量化的目标,设计了一种新型轻量化钛合金质迫击炮座钣。通过建立冲击载荷下迫击炮座钣的有限元模型,考虑材料的应变率效应,对座钣的强度和刚度进行了分析,得到了座钣的应力和位移的变化规律。本文的研究结果为迫击炮座钣及其它装备结构的轻量化设计与开发提供了借鉴。     

热轧TB2钛合金织构多晶板动态压缩性能的各向异性

利用Instron 电子拉伸机和分离式霍普金生压杠(SHPB)实验装置, 研究了准静态和动态压缩条件下热轧TB2钛合金织构多晶板的力学性能。对TB2钛合金板材的轧向、横向以及轧制平面内与轧向成45°等3个方向进行了压缩实验, 得到了不同应变速率下的应力-应变曲线。结果表明：热轧TB2钛合金板材不同方向上的流变应力均随应变速率的增加而增加, 表现出明显的应变速率强化效应。准静态和动态力学性能均表现出各向异性, 且准静态和动态压缩行为规律不一致。考虑准静态和动态变形时可能的塑性变形机制, 基于微观晶体塑性变形理论, 定性讨论了热轧织构多晶TB2钛合金板屈服强度的各向异性     

基于BP神经网络的TA15钛合金热变形工艺-性能预报

将经过热约束变形的TA15钛合金进行力学性能测试,获得了工艺(温度、应变、应变速率及冷却方式)、性能(抗拉强度、延伸率)参数数据,利用BP人工神经网络建立起其间的关系网络模型.研究表明:所建立的网络可以很好地反映出本材料的工艺-性能之间的关系并且具有一定的精度,网络模型可以用来预测不同变形条件下TA15钛合金的性能.     

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。     

超声振动对TC1钛合金板材成形性能的影响

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。研究结果表明,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。     

退火对海绵钛/电解钛熔炼TC4合金铸锭轧制板材组织性能的影响

以海绵钛和电解钛分别作为熔炼TC4钛合金的原材料,将熔炼后的铸锭进行热轧并退火处理,研究不同原料铸锭轧制的TC4合金板材退火处理后的组织与力学性能。结果表明:去应力退火对电解钛与海绵钛TC4合金板材组织的影响不大。再结晶退火后,电解钛与海绵钛TC4合金板材均有再结晶的等轴α相,而电解钛TC4合金的等轴化程度更高,内部组织更均匀。海绵钛TC4合金板材在经550 ℃退火处理后的应力去除效果比电解钛TC4合金的好,其强度略微降低,而塑性提升更为明显。电解钛TC4合金板材在经过800 ℃退火处理后的再结晶效果比海绵钛TC4合金好,其强度略微降低,而塑性得到极大的提升。两种钛合金板材退火后板材的断裂方式皆为韧性断裂。海绵钛TC4合金板材经退火后硬度降低,而电解钛TC4合金板材经退火后硬度增加。     

高阻尼TNCH-Z钛合金阻尼机制研究

在变频、变温和不同应变振幅下,对不同热处理后的新型阻尼TNCH-Z钛合金的低频阻尼特性进行研究,同时对该合金的声频内耗进行测量。结果表明:室温低频范围内,合金的阻尼性能受应变振幅影响较大:应变振幅增加,合金的阻尼性能随之提高;合金的相变阻尼随频率的加快而降低。由于马氏体相变的影响,合金对温度变化比较敏感。在-50～100℃相变范围内,合金的内耗峰值tanφ=0.08(加热)/0.09(冷却),马氏体相的内耗值高于母相的。受到热处理制度的影响,该合金的内耗峰宽化,提高了该合金的使用温度。该合金在声频范围内的内耗值达到10-2级。     

应变速率和变形量对合金元素在Ti_3Al和TC11焊接界面上扩散的影响

研究了Ti3Al基合金与TC11钛合金采用不同参数的电子束焊接的双合金件,经近等温锻造和热处理后,近等温锻造工艺参数对合金元素在焊接界面上扩散的影响。结果表明,应变速率和变形量对不同参数焊接的双合金件焊接界面合金元素扩散的影响类似,均随着应变速率的降低及变形量的增大扩散更充分。但当变形20%时,合金元素以沿晶界扩散的管道机制为主;当变形40%时,扩散以晶间扩散机制为主。此外,Ti元素在焊缝区的反常扩散是由于Ti原子的点阵位置被从Ti3Al侧扩散而来的Nb原子所占据,被替代的Ti原子从DO19六方有序结构中扩散出来聚集所造成。     

Deformation behavior of TC 1 titanium alloy sheet under double-sided pressure

In order to investigate the influence of normal stress through thickness on the formability of sheet metal, the viscous pressure bulge（VPB） tests of an annealed TC1 titanium alloy sheet were carried out under two different conditions： double-sided pressure bulging and conventional single-sided pressure bulging. The automated strain analysis, measurement environment （ASAME） and scanning electron microscope（SEM） were used to study the strain distributions and the fracture morphology of bulged specimens. It is found that thickness strain is increased for double-sided pressure bulging specimens, and the limiting dome height（LDH） of double-sided pressure bulging specimens is increased by 31.8% compared with conventional single-sided pressure bulging specimens. The dimples in fracture surface for double-sided pressure bulging specimens are larger and deeper than those for conventional single-sided pressure bulging specimens. The results indicate that normal stress through thickness is helpful in improving the formability of titanium alloy sheet metal.     

我国钛及钛合金热处理标准现状

介绍了钛及钛合金热处理的分类,对钛及钛合金热处理国内外常用标准做了汇总;分析了我国现阶段钛及钛合金加工企业对热处理制度的理解和应用中存在的问题,并展望了未来钛及钛合金热处理标准的发展趋势。     

钛合金线性摩擦焊接头形成机制

采用扫描电镜和透射电镜研究TC11同种及TC11与TC17异种钛合金接头微观组织,以探明线性摩擦焊接头形成机制.结果表明,同种钛合金线性摩擦焊接头形成过程与异种钛合金明显不同,这主要是由于二者产热行为不同所致.同种钛合金焊接时,刚开始阶段是以摩擦产热为主,界面形成金属键连接后界面金属的变形产热将占主导.异种钛合金焊接时,刚开始阶段也是以摩擦产热为主,而当界面形成金属键连接后TC11一侧金属的变形产热将是接头热输入的主要来源.随着热量向TC17一侧金属的传导,TC17将发生大变形,接头热输入以TC11与TC17的共同变形产热为主.