次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响规律

本文研究了冷却速率对双态组织TC4钛合金中次生片层α相宽度的影响,并利用分离式霍普金森压杆,进一步研究了次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响。结果表明：随着冷却速率的降低,次生片层α相宽度随之增宽;在动态压缩实验条件下,双态组织TC4钛合金的动态抗压强度随着次生片层α相宽度的增宽,呈现出逐渐降低的规律,而塑性应变则随着次生片层α相宽度的增宽,呈现出逐渐增加的规律;在强迫剪切实验条件下,双态组织TC4钛合金的绝热剪切敏感性随着次生片层α相宽度的增宽,呈现出逐渐降低的规律,且各双态组织TC4钛合金均随着撞击杆初速的提高,其绝热剪切敏感性增加。结合转变β区体积分数和次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响规律,可知：采用980℃/1h/AC+550℃/4h/AC固溶时效处理,所获得的双态组织TC4钛合金,其转变β区体积分数为80.7%,次生片层α相宽度为1.74μm,具有较好的高强度-低绝热剪切敏感性匹配,综合性能最优。     

片层宽度对TC21钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性影响规律的研究

本文研究了冷却速率对TC21钛合金片层宽度的影响,并通过分离式霍普金森压杆,进一步研究了片层宽度对TC21钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响。结果表明：随着冷却速率的降低,片层组织TC21钛合金的片层宽度由0.57μm增宽到6.49μm;在动态压缩试验条件下,片层组织随着片层宽度增加,其动态强度降低,而塑性应变呈现出相反的规律;在强迫剪切试验条件下,片层组织随着片层宽度增加,其绝热剪切敏感性降低,而随着撞击杆初速的提高,各组织绝热剪切敏感性提高。     

转变β区体积分数对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响规律

研究了固溶温度对双态组织TC4钛合金中转变β区体积分数的影响,并利用分离式霍普金森压杆,进一步研究了转变β区体积分数对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,转变β区的体积分数随之增加;在动态压缩实验条件下,合金的动态抗压强度随着转变β区体积分数的增加,呈现出先升高后降低的规律,且在转变β区体积分数为80.7%时出现最大值,而塑性应变则随着转变β区体积分数的增加,呈现出依次降低的规律;在强迫剪切实验条件下,合金的绝热剪切敏感性随着转变β区体积分数的增加,呈现出先降低后升高的规律,且在转变β区体积分数为80.7%时出现最低值;且各双态组织TC4钛合金均随着撞击杆初速的提高,其绝热剪切敏感性增加。     

热处理对TC18钛合金大块富α相区的影响

对含亮斑缺陷的TC18钛合金棒材试样通过EDS能谱及光学显微镜分析缺陷的相组成、尺寸及组织形貌,并利用显微硬度仪进一步分析热处理对缺陷区及正常区显微硬度的影响。EDS能谱及金相分析表明,亮斑为α相富集区,并有一定宽度的过渡区。经1 150℃×2 h/WQ均匀化热处理后,亮斑面积明显减小,亮斑区与过渡区的边界被弱化。进一步经840℃×1 h/FC至720℃×1 h/AC+590℃×4 h/AC常规热处理后,过渡区组织与正常区组织无明显差别,亮斑区α相含量比正常区域稍有增加,组织形貌均为网篮组织。硬度分析表明,1 150℃β相区固溶+常规固溶加时效处理后缺陷区与正常区的硬度差别很小,这表明通过β相区高温固溶预处理可以改善TC18钛合金中的微观偏析。     

TC18钛合金绝热剪切带晶粒细化机制

采用分离式霍普金森压杆,对TC18钛合金试样进行室温高应变率(103s-1)剪切试验,通过光学显微镜、扫描电镜及透射电镜观察绝热剪切带微结构,研究高应变率变形条件下TC18钛合金中所形成绝热剪切带的晶粒细化机制。TEM观察表明:绝热剪切带中晶粒细化是由3种机制共同作用的结果。第1种机制是由于变形晶粒中位错快速增殖、快速运动、塞积,塞积处产生巨大应力集中,导致形成裂纹并最终断裂形成细小晶粒;第2种机制为本研究提出的细小晶粒由拉长晶粒的"内颈缩"方式形成;第3种机制——细小晶粒由动态再结晶形成。     

TC18钛合金等高温压缩过程的组织性能

为了研究TC18钛合金在等高温压缩过程中组织与性能的变化,以Gleeble-1500热模拟试验机进行等高温压缩试验,计算得到所有试样的单向压缩膨胀系数均大于0.9,验证了热压缩试验的有效性。通过控制变量法研究不同变形温度和应变速率对其力学性能以及微观组织的影响,结果表明:TC18钛合金等高温热压缩时,流变应力随着变形温度的升高而降低,随着应变速率的增大而增大;而随着温度和应变速率的增加,组织中的初生等轴α相和次生针状α相逐渐发生相变而消失,β相逐渐长大形成粗大的β晶粒组织,并伴随有动态回复和动态再结晶两种软化机制。     

初生α相含量对TC4 ELI钛合金动态应力应变行为的影响

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对低间隙Ti-6Al-4V(TC4 ELI)钛合金中4种初生α相含量不同的等轴组织在不同应变速率(2 000、3 000和4 000 s 1)下进行动态压缩试验,通过动态压缩试验得到材料的动态真应力—应变(σ—ε)曲线,并利用金相显微镜(OM)等对试验后发生剪切失效破坏试样的端面进行观察分析。结果表明:随着初生α相含量的增加,TC4 ELI的平均动态流变应力、均匀动态塑性应变和冲击吸收功(E)的变化规律不明显,在4 000 s 1应变速率加载条件下,4组试样均发生剪切失效破坏,在失效试样的端面观察到几乎呈同心的圆弧形白亮绝热剪切带(ASB),部分剪切带发生分叉,裂纹在剪切带内形核、长大和聚合,最终导致试样断裂。     

等温锻造温度对TC18钛合金组织性能的影响

研究了TC18钛合金在5.5×10-4s-1恒应变速率下、60%大变形等温锻造时,温度变化对合金组织和性能的影响.结果表明: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,随着锻造温度的升高,初生α相的含量逐渐减少,尺寸增大,等轴化程度增加;在相变点以上锻造时为魏氏组织.室温和高温拉伸强度随锻造温度的升高不断增加,拉伸塑性不断降低,室温冲击韧性也呈下降趋势.在860℃等温锻造时,显微组织为双态组织,强度和塑性达到最佳配合,获得良好的综合力学性能.860℃为较佳等温锻造温度.     

TC6钛合金变形组织不同取向绝热剪切敏感性研究

利用分离式Hopkinson Bar技术,对α+β双相钛合金TC6锻态变形组织不同取向圆柱试样进行动态压缩试验,结合力学响应及微观分析方法,研究TC6钛合金变形组织不同取向的绝热剪切敏感性。结果表明:TC6钛合金变形组织不同取向的绝热剪切敏感性不同,具有显著的各向异性特点,法向(ND)具有最高的绝热剪切敏感性,RD方向具有最小的绝热剪切敏感性。3种不同取向的绝热剪切敏感性差异主要是由于变形过程中各取向所产生的热软化效应不同所致。     

不同应力状态下TC6钛合金不同组织绝热剪切敏感性研究

采用分离式霍普金森压杆装置,对TC6钛合金不同组织的圆柱试样和帽形试样分别进行应变率为103s-1量级的动态压缩及动态剪切试验,结合力学响应及微观分析研究不同应力状态下TC6钛合金3种典型组织的绝热剪切敏感性。结果表明:在单轴压缩应力状态下,TC6钛合金3种典型组织绝热剪切敏感性从高到低依次为网篮组织、等轴组织、双态组织;在压剪复合应力状态下,3种典型组织在动态剪切时的绝热剪切敏感性从大到小依次为等轴组织、双态组织、网篮组织;应力状态不同,组织绝热剪切敏感性的差异实质上体现了组织在不同应力状态下的塑性变形能力及绝热剪切带在不同组织中扩展的难易程度。     

温度对TB6钛合金动态压缩性能的影响

利用分离式高温Hopkinson压杆试验系统,对TB6钛合金在不同温度(550～850℃)下的动态冲击压缩力学性能进行测试,研究环境温度对试验材料在高应变率下的应力-应变行为和绝热剪切带生成机制的影响。试验结果表明,在高应变率条件下,随着温度的升高,绝热升温热软化作用增强,材料表现出较强的应变率增塑效应和一定程度的应变率增强效应。同时发现,材料在650～750℃表现出较强的绝热剪切敏感性,承载时间越长,剪切带长度越长。材料在750℃时,剪切带出现分叉,导致材料强度异常降低。随着环境温度的增加,剪切断口韧窝面积增大,韧窝数量增加,材料塑性增强。     

TC18钛合金冲击缺口敏感性研究

用XRD,SEM,TEM等手段对TC18钛合金进行显微组织结构分析。采用仪器化摆锤冲击试验机测试带有不同V型缺口深度TC18钛合金试样的冲击韧性,并得出标准样(0.2cm缺口深度)的冲击过程曲线,用扫描电镜对试样断口进行观察。结果显示TC18钛合金冲击韧性值随缺口深度的减小而增大,有0.2cm深度缺口的标准试样冲击韧性值为20.08J/cm2,即使有0.02cm深度缺口的试样,其冲击韧性(77.92J/cm2)也比无缺口试样低很多,无缺口试样冲击时只发生弯曲而未断裂。     

热处理工艺对TC18钛合金组织和性能的影响

采用不同的固溶温度、固溶后冷却速度以及时效温度,通过性能检测、电子显薇镜观察：较系统地研究了TCl8钛合金热处理工艺对组织和性能的影响。结果表明,于830℃固溶并缓冷至750℃后空冷,然后在600℃时效,锻件的强度和断裂韧性可得到最佳的匹配。     

显微组织和应变速率对TC4合金动态力学性能和绝热剪切带的影响

通过热处理成功获得了等轴、片层和双态3种组织结构的TC4合金,并研究了其动态力学性能及变形机制。通过对比硬化-软化转变临界剪切应变率、最大抗剪切强度、萌发绝热剪切带的临界剪切应变速率和承载时间4个指标评估了3种组织合金的动态力学性能。结果表明,片层组织TC4合金具有较高的抗剪切强度和临界剪切应变速率以及最低的绝热剪切敏感性,其动态力学性能最佳。进一步的微观结构分析表明,3种组织合金中所形成的绝热剪切带均为脆性剪切带,且剪切带宽度随剪切应变速率的增大而减小。当剪切应变速率相同时,3种组织合金的剪切带宽度由大到小依次为：片层组织、双态组织、等轴组织。     

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。     

TC18钛合金室温性能与初生α相组织特征的关系研究

研究了TC18钛合金的室温性能与初生α相组织特征的关系.结果表明,时效前,随着初生α相含量的增加,合金的强度提高;时效后,随着初生α相含量的增加,合金的强度降低,而塑性提高.相对于等轴状初生α相,获得短棒状初生α相对于提高KIC是有利的.     

热处理对挤压成形TC18钛合金管材组织和性能的影响

航空气瓶要求其制作材料抗拉强度在1 080~1 280 MPa之间,屈服强度≥1 010 MPa,延伸率≥10%,断面收缩率≥35%。采用两相区固溶+时效和双重固溶+时效两种工艺,对航空气瓶用的热挤压成形TC18钛合金管进行热处理,研究了热处理制度对材料显微组织和力学性能的影响,探讨了它们之间的影响规律。结果表明,采用固溶+时效热处理获得弥散分布的针状α相,而双重固溶+时效获得片层α相和等轴α相;随着时效温度的升高,两种工艺处理的组织中初生α相均明显减少。采用固溶+时效和双重固溶+时效热处理,合金的力学性均能满足航空气瓶对材料的要求。     

TC21钛合金β锻造大块α相研究

采用光学显微镜,电子探针能谱仪以及显微硬度测定等方法研究了TC21钛合金β锻造大块α相的组织特征,形成机理以及锻造加热温度和保温时间对它的影响。结果表明,合金中大块α相不仅在形态上与正常α条不同,而且在成分上也有一定的差异。组织中的大块α相数量和形成位置与加热温度和保温时间有关,随着加热温度的升高,晶界附近的大块α相数量减少,原始β晶粒内的大块α相数量增多;随着保温时间的延长,晶界上的大块α相数量增多,晶内的大块α相数量变化不大。     

基于BP神经网络的TC18钛合金锻造工艺参数研究

在变形温度800~900℃、应变速率5×10-4~10 s-1条件下进行了热模拟压缩试验,研究了TC18钛合金高温压缩变形行为,并借助BP神经网络模型对合金组织形貌进行了分析研究。结果表明:显微组织中等轴α相含量随温度升高总体下降,应变速率在低温区对等轴α含量有显著影响。860℃左右,应变速率对等轴α相含量的影响较小,存在较宽的组织稳定区;合金中α相轴比随温度升高初期下降,在相变点时其轴比又会升高,晶粒轴比总体随应变速率升高而增加;变形温度860℃、应变速率0.01 s-1左右为适宜的加工参数区间。