VAR熔炼制备超大规格TC4 ELI钛合金铸锭研究

舰船和海洋领域对钛合金材料的需求呈大型化发展趋势,铸锭作为锻件和板材的母材,其大型化也势在必行。为满足大型铸锭的工业化生产,采用有限元分析法对真空自耗电弧熔炼（VAR）超大规格TC4ELI钛合金一次锭和成品锭的熔炼过程进行了数值模拟研究。结果表明,一次锭熔炼过程中稳弧电流和稳弧周期直接影响熔池中夹杂物的运动轨迹;对于TC4 ELI钛合金一次锭熔炼,较为合适的稳弧参数为稳弧电流30 A,稳弧周期40 s;成品锭熔炼时,降低熔炼电流,增大稳弧电流和稳弧周期,即加强VAR熔炼过程中的搅拌有助于提高铸锭成分均匀性和表面质量。根据数值模拟结果进行了12.8 t级超大规格TC4 ELI钛合金铸锭的工业化生产,所得铸锭表面质量良好,成分均匀。     

熔炼方式对TC17钛合金铸锭化学成分及棒材组织均匀性的影响研究

对比分析一次电子束冷床炉熔炼(EBCHM)加一次真空自耗电弧炉熔炼(VAR)和三次真空自耗电弧炉熔炼生产的φ820 mm TC17钛合金铸锭的化学成分均匀性,以及由这两种铸锭经相同工艺锻造得到的棒材的组织均匀性。结果表明,通过原材料控制和工艺参数设计,两种熔炼方式均可生产出化学成分均匀、杂质含量可控的大规格TC17钛合金铸锭,且EBCHM+VAR工艺在残钛回收方面具有优势;两种工艺得到的铸锭,经相同的锻造工艺可获得组织均匀的棒材,为航空转动件提供材料支撑。     

TC21合金铸锭熔炼工艺研究

采用真空自耗电弧炉熔炼并浇注了TC21合金大规格铸锭.研究了中间合金的选择、电极制备方式以及熔炼工艺参数对合金铸锭成分均匀性的影响,探索出了TC21合金铸锭合理的生产工艺.结果表明,采用该工艺生产的TC21合金大规格铸锭化学成分均匀,冶金质量优良,满足使用要求.     

热处理工艺对TC11钛合金组织及性能的影响

研究了热处理温度和冷却方式对初始组织为等轴组织的TC11钛合金显微组织及力学性能的影响.结果表明,对于TC11钛合金,在空冷条件下,随热处理温度的升高,等轴α相含量逐渐减少;当热处理温度超过980 ℃,合金开始发生组织形态的改变,由初始的等轴态转变为α β双态组织,随温度的继续升高,等轴组织完全转变成片层状组织;热处理温度在980 ℃以上时,随冷却速度的增加,β转变组织的片层厚度逐渐减小,冷却速度较快时(水冷),形成淬火马氏体.拉伸试验研究表明,热处理温度为980～1020 ℃,空冷(或油冷)条件下,得到的组织具有较好的高温综合力学性能,其中热处理温度在980～1000 ℃之间得到的组织由于等轴α相含量约为50%,具有最佳的力学性能.     

变形工艺对TC11钛合金超塑性的影响

为了研究TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)钛合金的超塑性变形行为,采用两种改锻工艺细化坯料原始组织,然后在电子拉伸试验机上分别以恒速、恒应变速率和最大m值法进行拉伸实验.结果表明,TC11钛合金在α+β区通过三维镦拔改锻工艺,可以获得晶粒度为6μm的细晶等轴组织,而在β区拔长改锻的组织为粗大的魏氏组织.在变形温度为900℃的条件下,TC11钛合金通过最大m值超塑变形方式获得了异常高的超塑性,最大伸长率达到2300%;而采用常规的恒应变速率和恒速超塑变形,伸长率分别为1147%和1100%.说明TC11钛合金在α+β区通过三维镦拔改锻细化晶粒后,以最大m值超塑变形是获得较好超塑性的有效方法.     

TC11钛合金的真空渗碳工艺

研究了TC11钛合金经过不同温度、压力和时间真空渗碳后的渗层深度、表面硬度和显微组织。结果表明,提高温度、压力和延长时间可增加TC11钛合金渗碳层深度及表面硬度。TC11钛合金在1100 ℃×1.6 kPa×60 min条件下渗碳后,渗层深度约为0.25 mm,表面硬度约为470 HV0.2。     

TC11钛合金双重热处理工艺设计

TC11是α+β型热强钛合金,使用温度达500℃,但在现有的热处理工艺条件下综合力学性能差。鉴于此,本文设计了双重热处理工艺,采用Image-Pro Plus软件对热处理后的组织进行定量表征,揭示了不同参数对组织的影响规律,并结合力学性能测试结果进行了工艺优化。     

TA15钛合金铸锭熔炼工艺研究

通过小型铸锭熔试验和大规格铸锭生产试验研究确定了工业化生产TA15钛合金铸锭时的化学成分Ё和铸锭生产工艺.试验结果表明,所生产铸锭的化学成分均匀,冶金质量良好,满足后续工序使用要求.     

TC11钛合金热变形组织演变规律研究

在不同温度下对TC11钛合金进行了压缩实验,采用金相显微镜观察了其变形后的显微组织,并利用扫描电子显微镜对其不同变形程度变形后的显微组织进行了观察。结果发现,在较低温度下变形时在晶界处发生了动态再结晶组织,在1000℃时显微组织以动态再结晶晶粒为主,当温度达到1050℃时合金组织中再结晶晶粒相互长大,呈等轴状。     

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%。     

电子束冷床熔炼工艺参数对TC4钛合金Al元素挥发的影响

研究不同熔炼工艺参数对电子束冷床熔炼TC4钛合金过程中Al元素挥发的影响规律.结果表明:原料为真空自耗电弧(VAR)一次锭时,二次铸锭经电子束冷床熔炼获得;在轴向上,从铸锭的顶部至底部,Al元素的含量呈下降的趋势,并且随着熔炼速度的降低,其下降趋势更为明显;在径向上,铸锭的元素分布均匀.熔速为100 kg/h时,铸锭成分控制效果最佳,最接近TC4合金的名义成分.初始原料为电极块(添加单质Al)时,Al元素在原料熔化阶段发生较严重的挥发,且挥发量随着原料中单质Al含量的增加而增加.研究凝壳发现,从原料熔化侧至钛液流出侧,凝壳中Al元素的含量逐渐减少.     

热处理对激光立体成形TC11钛合金组织的影响

通过对TC11钛合金激光立体成形件沉积态和热处理态组织进行对比研究,探索改善TC11钛合金激光立体成形组织,提高材料高温综合性能的途径.结果表明,TC11钛合金的沉积态组织由贯穿多个熔覆层粗大柱状晶和粗大等轴晶组成,原始柱状β-Ti晶内的微观组织是由条状α和残留β组成.沉积态试样在950 ℃热处理后组织为等轴α、条状α和β转变基体组成的近似三态组织,晶界α大部分破碎球化消失,部分未破碎的晶界上镶嵌有α集束.粗大β晶内等轴α的产生与亚晶有关.在970 ℃热处理后为网篮组织,等轴α较少,α板条有粗化趋势;在1030 ℃再结晶后再经950 ℃热处理的组织是由粗大α板条组成的魏氏组织,在α边界和α内部残留有大量细小β,晶界α基本没有破碎消失.     

TC11钛合金棒料缺陷分析

某批?120 mm TC11钛合金棒料超声波检测时发现有缺陷。采用X射线检测、金相检验、微区成分分析和显微硬度检测等分析了缺陷的性质和产生原因。结果表明：缺陷为细长条高密度Mo夹杂物,与基体冶金结合,且有元素扩散。缺陷的产生可能是一次锭装炉过程中,底部与铸锭存放区的钢板接触,导致外来金属附着在其端部,随后在对焊过程中进入铸锭。     

激光沉积及热处理工艺对TC11钛合金组织和性能的影响

采用激光沉积工艺制备了TC11钛合金,研究了激光功率及固溶温度对其组织和力学性能的影响.结果 表明:随着激光功率的提高,合金的强度增加,塑性降低;随着固溶温度的升高,从950℃提高到970℃,固溶时效后合金横纵向的组织和性能逐渐趋于均匀一致,固溶温度提高至990℃时,合金的各向异性加大;采用970℃保温1h空冷+530...     

锆合金真空自耗熔炼补缩工艺研究

研究了锆合金真空自耗熔炼补缩工艺,分析了补缩电流、正常熔炼电流与坩埚直径、补缩电压和补缩时间对锆合金铸锭补缩效果的影响.结果 表明,6kA电流的保持时间对冒口深度影响很大,冒口深度随保持时间的增加而减小;正常熔炼电流和坩埚直径变大时,增加电流降低级数有利于补缩效果.适宜的补缩制度为:φ720 mm铸锭电流降低,控制在3...     

热暴露对TC11钛合金组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜和室温拉伸实验,研究500℃不同时间热暴露对TC11钛合金组织及性能的影响。结果表明:经500℃高温长时间暴露后,TC11钛合金的室温拉伸强度略微增加,而塑性明显下降,随着暴露时间的延长,塑性下降趋势减缓;热暴露400 h后,抗拉强度(σb)提高了30 MPa,断面收缩率(ψ)降低了11.74%。热暴露过程中,合金塑性的降低主要是硅化物和α2相协同作用的结果,其中α2相对力学性能的影响起主导作用;α2相的稳定化和长大过程是合金塑性下降的主要原因。     

TC11钛合金构件冲锻成形工艺

采用一种集合冲压和锻造的冲锻复合成形新工艺成形小圆角变壁厚的钛合金构件。先分别通过大圆角R15 mm、小圆角R5 mm的两次拉深后,运用Deform-3D有限元软件研究了两次镦粗侧壁和3次镦粗侧壁过程。结果表明:通过两次镦粗侧壁能够实现侧壁增厚,但圆角区域容易出现折叠、夹层等缺陷;通过3次镦粗侧壁,控制每次镦粗的壁厚变化倍数不大于1.35,可以实现侧壁增厚3~4 mm,圆角增厚8 mm。采用该工艺进行零件加工,可以降低对设备吨位的要求、提高材料利用率和零件质量,在生产中具有良好的经济效益。     

脉冲电流冲击处理对TC11钛合金组织与性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、万能材料试验机和显微硬度计等研究了脉冲电流冲击处理(EST)对TC11钛合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:不同脉冲数对TC11钛合金微观组织中α相的比例、β转变组织的板条尺寸和残余压应力大小影响明显,随EST脉冲数的提升,α相含量及板条状β转变组织中次生α相含量呈现先增加后减少的趋势。经最佳工艺参数(900 A、50 Hz、25个脉冲)脉冲电流冲击处理后,TC11钛合金中α相细小均匀,β转变组织板条长度、厚度和间距较处理前试样分别减小了51.9%、58.0%和36.8%,此时合金力学性能提升最为明显:伸长率提高了12.7%,显微硬度增加了4.7%,残余压应力增加48.4%。     

固溶温度对TC11钛合金组织和性能的影响

通过OM和SEM研究了固溶温度对初始状态为片层组织的TC11钛合金的组织和性能的影响.结果表明,随固溶温度的升高,TC11钛合金中α组织形态从短条状逐步转变为细长针状,其抗拉强度和屈服强度随固溶温度的升高而上升,断面收缩率和伸长率下降,特别是断面收缩率下降幅度较大;拉伸断裂方式为沿晶韧性断裂.