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。     

新型TC21钛合金相变行为和相组成研究

采用X射线衍射(XRD)对TC21钛合金β热处理后,经不同冷却速率冷却及双重退火后的相结构进行了分析,并用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对显微组织和相的形貌特征进行了观察研究.结果得出,TC21钛合金在β处理时经炉冷和水冷后,合金由α和β两相组成.空冷状态下,合金主相为α+β,并有少量Nb3Si相析出.实验证明,冷却速率主要影响α和β相含量的比例,相的组成基本不受冷却速率的影响.合金经970.,30min,空冷+600℃,4h退火后,仍由α相和β相组成,没有发现新的析出相,但观察到转变β相中存在次生析出的细小针状α相.     

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。     

TC32钛合金不同热处理工艺下的组织性能及断裂机制

以新型高性能低成本TC32钛合金为研究对象,通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验机等,研究了普通退火(700 ℃×2 h, AC)和双重退火(880 ℃×2 h, AC+550 ℃×6 h, AC)两种热处理工艺对该合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:普通退火后,TC32合金组织中初生α相含量约为37.2%,并产生轻微球化现象,β转变基体由较粗片层状的次生α相和残余β相组成,合金的抗拉强度均值为939 MPa,伸长率均值达17.4%;双重退火后,TC32合金组织中初生α相含量约为11.8%,并产生明显的球化现象,β转变基体由网篮状结构的细片层次生α相组成,合金的抗拉强度均值达1258 MPa,伸长率均值为9.4%;两种工艺下合金的室温拉伸断口均表现为韧性断裂,普通退火的断口中纤维区面积和剪切唇面积大,无明显放射区,韧窝数量多、尺寸大、深度深,双重退火的断口中有一定面积的放射区,除了等轴韧窝外,还有一定数量的撕裂棱。     

TB17钛合金初生α相对元素重分布和时效析出的影响

对TB17钛合金进行了亚β固溶处理(固溶温度800℃-835℃,固溶时间0.5h-9h),采用电子探针分析了Al、Mo、Nb元素在初生α相和β基体中的分布,研究了合金亚β固溶时初生α相析出、元素重分布规律及其对时效次生相的影响。结果表明,合金亚β温度固溶时以晶内析出针状初生α相为主,晶界析出少量片层状初生α相。初生α相析出量随亚β固溶温度升高而降低,固溶温度高于825℃时基本不析出α相。初生α相尺寸随固溶时间延长而增大,固溶时间超过2h后,初生α相析出量达到稳态。Al元素倾向于在初生α相中富集,Mo和Nb元素则倾向于β基体富集。初生α相中心部位Al元素浓度较高,边缘部位较低,而Mo和Nb元素中心部位则浓度较低,边缘部位较高。增加初生α相析出量,会使β基体Al浓度降低,Mo、Nb元素浓度升高。初生α相较少(2%)时初生α相周围的次生α相以针状或片层状形貌为主,远离初生α相区域的次生α相以似网篮结构为主,初生α相较多(10%)时次生α相均以片层状形貌为主。     

中国航空结构用新型钛合金研究

中国钛产业近几年来得到了快速发展，钛材产量已经位居世界第4位，但航空结构用钛合金产品（锻件和大棒材等半成品）只占10％左右，距离世界水平的50％差距甚远。所以，加强航空结构用新型钛合金材料技术及其应用研究，提高航空结构用钛合金的加工技术和应用水平，建立具有中国特色的航空结构用钛合金材料体系，是提高钛合金在航空工业用量的重要推动力和保障。本文从分析国内外钛合金产业结构特点出发，重点阐述航空结构用新型钛合金材料和新型热工艺技术的最新研究进展。     

显微组织类型对TB17钛合金力学性能的影响

研究了TB17钛合金不同显微组织特征在固溶态和固溶时效态时,对其相组成、室温拉伸性能和断裂韧度的影响。结果表明,TB17钛合金经不同固溶热处理并冷却到室温后,不同显微组织特征的相组成相差不大,主要由残余β相和α相组成,无β→ω相变和β→α″等非平衡相变发生;从β单相区固溶冷却后,显微组织为单一β相组织;固溶处理状态下,随着α相含量由单一β相的0提高到网篮组织的8.06%,其拉伸强度逐渐提高,而拉伸塑性下降明显。经固溶时效处理后,具有不同显微组织特征的TB17钛合金均析出了弥散分布的细片层状时效α相,其中双态组织最薄,网篮组织最厚,拉伸强度的提高是细片层状α相的厚度和等温时效后析出的细片层状α相体积分数共同作用的结果,且拉伸强度提高的幅度与析出的细片层状α相体积分数成正相关关系;片层状α相厚度与其断裂韧度成正相关关系,且固溶处理后存在的粗片层状α相的影响更大。     

航空用损伤容限型钛合金研究与应用

为了满足新型飞机的大尺寸、高减重、长寿命和低成本的设计与应用需求,采用损伤容限型钛合金材料及其应用技术是一条重要途径。国外发达国家已经在新型损伤容限型钛合金材料研制和在先进飞机上的应用方面走在了前列,特别是像中强度的Ti-6Al-4VELI和高强度的Ti-6-22-22S等,已经成功地应用在了美国F-22/F-35,C-17等新一代飞机中,大大地提高了飞机的使用寿命和战斗力。这几年我国先后自主创新发展了中强度损伤容限型钛合金TC4-DT和高强度损伤容限型钛合金TC21,建立了损伤容限型钛合金的β处理加工技术,为我国新型飞机的研制奠定了材料应用技术基础。通过分析国内外损伤容限型钛合金材料及其新型加工工艺技术的研究发展情况,结合我国新型损伤容限型钛合金材料研究进展,重点探讨了新型损伤容限型钛合金的材料特点、性能水平和应用前景。     

航空用新型低成本钛合金显微组织与损伤容限性能关系研究

利用扫描电镜对某新型航空用Ti—A1-Mo—Cr—Zr系低成本钛合金的双态组织、片层组织及网篮组织3种典型显微组织特征和裂纹扩展过程进行了观察和分析,并对具有不同类型显微组织的合金进行了拉伸、断裂性能和疲劳性能的检测。结果表明：该新型Ti—A1-Mo—Cr—Zr系高性能低成本钛合金在不同显微组织下均具有良好的强度-塑性-韧性-疲劳性能的匹配。其中,双态组织的该合金具有最高的强度和塑性,但损伤容限性能较低（断裂韧性稍低,疲劳裂纹扩展速率高）;网篮组织的该合金具有良好的断裂韧性和疲劳强度,疲劳裂纹扩展速率与双态组织的水平相当;片层组织的该合金具有最为优异的损伤容限性能（最低的疲劳裂纹扩展速率和最高的断裂韧性）,但疲劳极限、强度和塑性稍低于双态组织和网篮组织的该合金。     

锻造工艺对新型低成本钛合金组织和性能影响

研究准β锻造工艺和两相区锻造工艺对新型低成本Ti-Al-Mo-Cr-Zr系钛合金显微组织和力学性能的影响规律。采用金相显微镜(OM)观察新型低成本钛合金不同锻造工艺后的退火态组织特征,采用扫描电镜(SEM)分析合金的断口形貌,并测试合金的拉伸性能、断裂韧度等主要力学性能。结果表明:合金采用两相区锻造工艺(895℃),获得双态组织,β基体上均匀分布着约占40%的等轴初生α相;合金的强度和塑性较高,其中抗拉强度σb=1054 MPa,延伸率δ5=17%,断面收缩率ψ=51%;但断裂韧度偏低,KIC=63 MPa(1/2)m。采用准β锻造工艺(940℃),获得网篮组织,细小的板条状次生α相交织分布,无初生α相;合金的强度和塑性有所降低,抗拉强度σb=1008 MPa,延伸率δ5=13%,断面收缩率ψ=33%;但断裂韧度较高,KIC槡=86 MPa m。随着锻造温度从两相区895℃升到β单相区940℃,新型低成本Ti-Al-Mo-Cr-Zr系钛合金强度变化幅度小,而断裂韧度、塑性,特别是断面收缩率性能指标对锻造温度变化反应敏感。