TC4钛合金热力学行为及棒材轧制工艺研究

在Gleeble-1500热模拟机上进行了TC4钛合金压缩试验,分析了不同温度、不同应变速率下TC4钛合金热力学行为,确定了合金棒材最佳开轧温度为950℃,最佳应变速度为1s-1。随后在自行研制的八机架Y型轧机上进行连轧试验,分别得到准12、准6 mm棒材。结果表明,获得的产品组织均匀致密,晶粒细小,产品力学性能满足技术要求。     

TC18钛合金大规格棒材锻造工艺

TC18钛合金是一种高强、高韧钛合金。本文通过对TC18钛合金铸锭经β区加热、开坯锻造,然后采用3种不同锻造工艺在单相区或α+β区进行多火次锻造,从而得到φ400mm棒材,并对所得棒材进行相同热处理后,对获得的显微组织、力学性能等检测结果进行对比分析研究。结果表明采用工艺三所获得φ400mm棒材组织均匀性和晶粒细化程度均优于其他两种方案;采用工艺三所获得φ400mm棒材在保证塑性指标的前提下,强度、断裂韧性指标最高,且断裂韧性指标增加明显,因此,其综合性能最好,完全满足标准及用户使用要求。     

某特殊需求的大规格TC4钛合金棒材制备工艺研究

为给某特殊锻件提供满足缺口应力断裂性能的大规格TC4钛合金棒材,将3次真空自耗熔炼得到的5 t重的Ф720 mm TC4钛合金铸锭,分别采用β相区开坯+两相区直拔锻造和β相区开坯+两相区锻造(镦拔+直拔)两种工艺,制成Ф350 mm TC4钛合金棒材。第二种工艺制备的锻棒组织的均匀性及等轴化程度、超声波探伤水平均优于第一种工艺制备的棒材;普通退火处理后棒材的室温塑性和缺口应力断裂性能也较好;各项技术指标均符合标准要求。     

轧制变形量对小规格TC6钛合金棒材组织和性能的影响

研究了轧制变形量对TC6钛合金棒材组织和性能的影响,用金相显微镜观察了微观组织形貌,并测试了力学性能。结果表明:随着轧制变形量增加,TC6钛合金棒材初生α相合量增加,α相尺寸及组织均匀性明显改善;棒材试样屈服强度和抗拉强度随锻造变形量增加而提高,棒材试样断面收缩率随着轧制变形量的增加而降低(φ20 mmφ17 mm);φ25 mm棒材试样断面收缩率低于φ17 mm棒材试样的主要原因是组织均匀性差。     

轧制和热处理工艺对TC4钛合金棒材超声声速的影响

为实现对TC4钛合金棒材超声声速的控制,对比研究了轧制和热处理（包括固溶处理、固溶时效处理和三重热处理）对TC4钛合金棒材超声声速的影响。结果表明：轧制温度和变形量对TC4钛合金棒材超声声速影响较大,随着轧制温度的降低和轧制变形量的增大,超声声速逐渐降低;热处理温度和冷却方式对棒材超声声速也有一定的影响,随着固溶温度的升高和时效温度的降低,超声声速逐渐升高;与固溶时效处理相比,经三重热处理后的棒材超声声速更高,且第一重热处理采用水冷的棒材最终超声声速高于采用空冷的棒材。     

大规格TC11钛合金棒材的热处理

对大规格 TC11钛合金棒材双重退火后的组织与性能进行研究.结果表明,TC11合金棒材热处理后,其中心部分组织因冷却速度缓慢,显微组织和α、β相成分发生明显改变.该组织与性能已不符合GJB 2744A-2007<航空用钛及钛合金自由锻件和模锻件规范>要求.因此大规格TC11合金棒材应根据材料的使用条件和不同的性能要求,适当调整热处理制度.     

TC11钛合金棒材锻造工艺的研究

研究了三种不同锻造工艺对TC11钛合金棒材的组织及力学性能的影响,使用金相显微镜观察了棒材的显微组织,使用拉伸试验机测试了拉伸性能。结果表明,通过β相区和两相区相结合的镦拔变形方式并制定合理的锻造温度可以得到球化程度较高、等轴、细小、初生α相含量适当的棒材组织,这种组织可实现棒材塑性和强度的良好匹配。     

叶片用小规格TC4棒材的组织和织构研究

采用径锻加工方式制备叶片用Φ30 mm的小规格TC4合金棒材,并使用金相显微镜、XRD衍射仪及电子背散射(EBSD)技术研究棒材边部到心部的显微组织、物相组成和微观织构,并分析组织和织构对棒材力学性能一致性以及超声探伤杂波水平的影响。结果表明,径锻棒材内部晶粒得到充分细化,从边部到心部晶粒尺寸逐渐增大,径锻棒材的β转变片层组织被破碎。棒材中含有少量等轴状β相晶粒,分布在α_p的晶界和β转变组织中。棒材边部为■板织构,R/2和心部为■轴向的丝织构,且棒材的织构强度从边部到心部逐渐减弱。棒材抗拉和屈服强度的变异系数仅为0.24%和0.29%,具有优异的一致性。径锻加工小规格TC4棒材的超声波杂波水平为Φ0.8～9 d B,相对于轧制棒材杂波升高,这与径锻棒材显微组织不均匀区域的晶体取向变化有关。     

TC4钛合金热连轧棒材孔型改进

为了使φ15·5 mmTC4钛合金热连轧棒材组织更加均匀、晶粒更加细小、性能更加优异,优化设计了φ15·5 mm TC4钛合金热连轧预精轧棒材孔型,并对比分析了原孔型和优化孔型轧制的φ15·5 mm TC4钛合金棒材预精轧各道次的变形量、显微组织和力学性能。实验结果表明,优化设计的φ15·5 mm TC4钛合金热连轧预精轧棒材孔型中除预精轧2的道次变形量比原孔型低,其余各道次的变形量几乎都高于原孔型,而且都在20%以上;采用优化孔型轧制的φ15·5 mm TC4钛合金热连轧棒材显微组织中初生α相含量较原孔型轧制的初生α相含量增多,其分布更加均匀、细小;优化孔型轧制的棒材各项力学性能都优于原孔型轧制的棒材。     

超塑成形用TC4钛合金薄板轧制工艺试验研究

通过单片轧制、包覆钢板多片叠轧和多片直接氩弧焊接叠轧三种轧制形式生产了TC4钛合金薄板,对比研究了三种工艺生产TC4薄板的优劣、工艺过程及产品性能,并研究了叠轧片层间不同润滑剂对TC4钛合金叠轧板材表面质量的影响,获得了适用于超塑成形的TC4薄板轧制工艺。     

不同初始组织的TC4钛合金轧制棒材的组织与性能

通过不同的热处理制度获得了不同初始组织状态的TC4坯料,然后轧制为准16 mm棒材。分析了不同初始状态棒坯轧制后组织演变规律和显微组织对材料力学性能的影响。结果表明:初始状态对TC4钛合金轧制棒材的组织和性能影响显著,双相组织轧制时,原始等轴初生α几乎没有参与变形,只是发生一定的扭曲;网篮组织和细片层组织轧制时,变形容易,破碎程度较高,可以获得细小等轴的两相组织。轧制时应将加热温度控制在相变点以下40~50℃,避免温度过高对轧制变形产生影响。     

平三角孔型轧制TC4钛合金棒材的三维弹塑性有限元分析

采用MSC．Mare三维大变形热力耦合弹塑性有限元软件和接触分析技术,对Y型轧机轧制TC4钛合金的三维变形过程进行了有限元仿真。以动态图像形式反映了金属变形过程,计算了轧件主要力学参数的分布值和极值,并在实验的基础上作了验证。模拟结果与现场轧机的记录数据十分吻合。表明采用本方法替代传统的通过实验来获取工艺设计所须参数的方法,可以达到减少实验次数,降低实验成本的目的。     

TC1钛合金宽幅薄板轧制工艺研究

对比分析了包覆叠轧和冷轧两种工艺制备TC1钛合金宽幅薄板表面质量、组织形貌和力学性能,并研究了成品退火温度对冷轧板材力学性能和组织的影响。结果表明:这两种工艺生产的TC1钛合金薄板力学性能均可满足GJB 2505A—2008要求,冷轧工艺生产的TC1钛合金成品板材表面质量良好,性能稳定,晶粒更为细小;冷轧板材成品退火温度控制在550~580℃较为适宜。     

大规格TC4钛合金厚板研制

采用经三次真空自耗电弧熔炼、多向锻造得到的TC4钛合金板坯为原料,以热模拟试验所获得的热加工图为参考,利用西部钛业有限责任公司2 800 mm四辊热轧机成功制备出了宽度为2 300 mm,厚度达到40~70 mm的大规格TC4钛合金厚板,研究了热轧工艺对其组织和室温力学性能的影响。结果表明,轧制温度、道次变形率和应变速率是制备大规格TC4钛合金厚板的关键工艺因素。所制备的TC4钛合金厚板的显微组织为双态组织,由平均晶粒尺寸为25μm的等轴初生α相、拉长的次生α相及晶间β相组成,其室温抗拉强度为925~960 MPa,屈服强度为870~910 MPa,延伸率为12.0%~14.5%。     

TC4钛合金退火工艺研究

为了降低TC4钛合金的硬度并获得良好的加工性能,对其进行了普通退火和等温退火实验,并讨论了不同热处理工艺对TC4钛合金的显微组织和力学性能的影响。实验结果表明:两种退火工艺的影响差别不大,普通退火更适合应用于实际。     

高速线材轧制Ti-6Al-4V合金小规格棒材的热处理工艺

利用高速线材轧机制备Ti-6Al-4V合金小规格棒材(d10 mm),研究固溶与时效热处理工艺对棒材显微组织与力学性能的影响。结果表明:棒材组织主要由α相和β相组成,随着固溶温度从900℃升高到990℃,棒材中α相含量减少而β相含量逐渐增多,显微组织出现了由初生等轴α相向针状β相转变进而向全片层状β转变的过程,棒材拉伸强度逐渐升高,而伸长率明显降低;棒材在930℃固溶后进行时效处理,随着时效温度从450℃升高到650℃,β相转变组织分解析出α相,组织主要由(α+β)相和β相混合组成,α相不断集聚长大,使组织粗大,棒材抗拉强度降低,伸长率升高;经(930℃,30 min,水淬)+(550℃,4 h,空冷)热处理后,棒材强度和塑性达到最佳配合,抗拉强度为1031 MPa,伸长率为12.5%。     

TC4钛合金角形断面异型材轧槽不变轧制工艺研究

针对常规热轧异型材设计复杂、生产周期长、设备投资大等问题,尝试了轧槽不变时,通过改变辊缝得到不同孔型的对称轧制工艺。建立了角形断面型材轧制过程的三维有限元模型,基于DEFORM软件模拟分析了不同条件下轧件的孔型充满度、温度分布和应变分布。结果表明,当坯料横截面尺寸为125 mm×37 mm并轧制4道次时,得到的最大长度约为127 mm,腿部最大厚度约为15 mm的角形断面TC4型材的孔型充满度良好,温度和等效应变分布合理。应用相同的参数进行了实验验证,得到的轧件组织与模拟结果相符,说明轧槽固定而改变辊缝的角形截面型材轧制工艺是可行的。     

TC4钛合金棒材低倍组织亮斑分析

通过光学显微镜、维氏硬度仪、扫描电镜和EDS能谱分析对TC4钛合金棒材的两类异常低倍组织进行研究。结果表明:两类异常低倍组织中出现的白色亮斑缺陷不属于同一类型。第一类异常组织的亮斑区由单一α相组成,亮斑区的硬度显著低于正常区,属于成分偏析类的冶金缺陷;第二类异常组织的亮斑区为典型的X形貌,亮斑区的显微组织和硬度与正常区相差不大,属于热加工类缺陷。