β热模锻TC17钛合金整体叶盘的显微组织与力学性能

采用β热模锻工艺生产了某型号航空发动机压气机用TC17钛合金整体叶盘,分析了整体叶盘的显微组织并测试了力学性能。结果表明,β热模锻工艺生产的整体叶盘具有典型的网篮组织,原始β晶粒沿变形方向拉长,无明显再结晶;晶界α相呈弯折断续分布,晶内针状α相呈网篮状编织。这种网篮组织的TC17钛合金β锻造整体叶盘具有较优的综合力学性能,室温拉伸、高温拉伸、蠕变、断裂韧性和高周疲劳性能均符合设计要求,且有较大的富裕量。     

TC25钛合金α+β锻件和准β锻件组织和性能研究

为满足航空发动机钛合金锻件对安全性和可靠性的需求,以某型航空发动机第一级压气机盘TC25钛合金锻件为研究对象,对比分析了α+β锻件和准β锻件的微观组织和力学性能。结果表明：α+β锻件为双态组织,准β锻件为含初生α相的片层组织;α+β锻件在室温、高温下的抗拉强度和屈服强度较高,准β锻件的热稳定性较高。准β锻件较小的集束尺寸使其塑性较高。由于原材料的Al和O含量偏高,导致两种锻件的热稳定性偏低。两种锻件的持久寿命均满足要求。     

退火对TC25G钛合金组织和性能的影响

研究了不同退火处理对TC25G钛合金棒材组织和性能的影响。结果表明,初生α相的含量对一次退火温度非常敏感,且随着一次退火温度的升高,其强度呈缓慢上升趋势,塑性先升高后降低。随着一次退火保温时间的延长,初生α相的尺寸有增加的趋势,同时β转变组织逐渐粗化,保温时间对其塑性影响较为明显。随着冷却速度的提高,塑性明显下降,强度明显升高。二次退火温度对棒材的强度和塑性均有影响,当二次退火温度超过600℃后,其强度轻微升高而伸长率和断面收缩率明显下降。二次退火温度对TC25G钛合金棒材的冲击性能影响显著,二次退火温度超过600℃时,与技术条件规定的≥24 J相比,不能满足要求,二次退火温度不超过560℃时,试样的冲击性能明显提高,达到技术要求。     

TC17双性能整体叶盘模锻件的研制

整体叶盘是将叶片和轮盘通过先进的工艺联为整体,从而大大简化结构和减轻重量的结构,是高推比发动机设计的重要发展方向之一.航空发动机整体叶盘各部位服役的环境不同,对叶片和轮盘的性能要求也不一样.     

TC25钛合金压气机盘锻件工艺选择

通过对几种锻造工艺试制件的组织和性能测试数据对比,分析了热强钛合金TC25组织和性能的关系,确定了盘件的锻造工艺,研制出了合格的TC25钛合金压气机盘锻件。     

锻态TC25G钛合金棒材的显微组织和织构

利用光学显微镜(OM)和电子背散射技术(EBSD)研究α+β型TC25G钛合金大规格棒材不同位置的显微组织和晶体取向。结果表明:锻态TC25G棒材不同位置组织和织构不同;表面位置和1/2R位置为双态组织,棒材中心为等轴状初生α相、棒状α板条和β转变组织;棒材表面为α相0001//AD和1120/1010//AD的弱织构,1/2R位置处为1120//AD的弱织构,中心位置形成2022织构;适当增加β单相区的锻造变形量,细化原始β晶粒并通过控制α+β两相区的终锻温度,降低坯料的温度梯度,提高坯料应变场的均匀性,可提高棒材组织和晶体取向分布的均匀性。     

锻造温度对TC25钛合金锻件组织及性能的影响

TC25钛合金是苏联于1971年研制的一种综合性能优良的Ti-Al-Sn-Zr-Mo-W-Si系α+β型热强钛合金,它兼有BT9钛合金的高热强性和BT8钛合金的热稳定性,适合在500～550.C长时间工作;加工性能良好,是用于发动机的理想热强钛合金,被广泛应用于制造航空发动机关键零件,如航空发动机压气机盘件.     

TC18钛合金的微观组织和力学性能

本研究使用真空自耗炉制备出Ti-5Al-5Mo-5V-1Fe-1Cr钛合金,然后进行了热机加工和热处理。本文对热处理后材料的微观组织和力学性能进行了研究。热处理后,初生α相呈现出球形、近似等轴、盘状以及短棒状等多种形貌,这和α的晶界偏析有关。拉伸试验中试样表现出了良好的强度和塑性,不过材料的屈强比值却高达0.95。这说明拉伸过程中试样位错强化增长相对缓慢。研究认为拉伸过程中晶界吸收了增殖的位错,这是导致材料高屈强比的首要原因。     

热处理对TC4钛合金锻件力学性能的影响

研究了普通热处理和预高温退火以两种不同方式冷却后再进行普通退火,这三种热处理工艺对大尺寸TC4锻件组织及性能的影响。结果表明:采用普通退火,抗拉强度及屈服强度较低,不能满足标准要求,断裂韧性高达70 MPa·m1/2左右;在普通退火前进行一次预备高温退火处理,且调整高温退火后的冷却方式,抗拉强度及屈服强度得到明显提高,同时,断裂韧性也能达到标准要求。     

TC25G钛合金热变形过程中的组织演变

利用Gleeble 3800型热模拟试验机对TC25G钛合金进行了恒应变速率热压缩变形实验,获得了变形温度为930~1 020℃、应变速率为0.001~50 s~(-1)、变形程度为60%条件下的组织演变特征。结果表明:应变速率对α相的含量和形状基本没有影响,而对β转变组织的影响较大,高应变速率下呈带状,低应变速率下呈等轴状;变形温度对于控制α相含量有显著影响,α相含量随变形温度升高而降低,960℃时,仅为8%,且较高的变形温度下,β晶粒尺寸也相对粗大。     

TC25钛合金环形件组织和性能的研究

采用α+β锻和β锻两种锻造工艺研制了TC25钛合金环形件,对锻件的各项性能指标如拉伸性能、冲击韧性、热稳定性能等进行了测试。此外,还列出了该系列产品的损伤容限特性包括T形缺口冲击韧性KCT,断裂韧性KIC和裂纹扩展速率da/dN。结果表明,β锻的损伤容限特性要优于α+β锻,更适用于制造在500～550℃长时工作的构件。     

锻造变形量对TC25G钛合金组织和性能的影响

将?260mm TC25G钛合金圆棒料在Tβ-40℃温度下保温一段时间后进行锻造,研究15%、30%、45%、和60%四种典型变形量对锻件的组织和室温力学性能的影响。结果表明,四种变形量的锻件显微组织均由多个椭球状的初生α相和互相交错的条状α相组成;随着变形量的增加,平直的束状α相减少,α相方向性减弱,条状α相尺寸减小;同时,随着变形量的增加,拉伸强度先增后降;变形为30%～50%时,可获得满足技术标准要求的最佳的强塑性匹配。     

TC25G钛合金高温变形组织演变及强塑性研究

对比研究了网篮组织TC25G钛合金棒材在不同变形量下的组织演变及其550℃热暴露和蠕变性能变化。结果表明：随变形量的增加,合金热暴露后拉伸塑性逐渐增加,而高温抗蠕变性逐渐减弱,2种性能在变形量100%时达到良好匹配,均可满足工程应用要求。变形量的增加对应显微组织中片层α相的球化过程,在片层α相充分球化前,显微组织中多层级结构的界面强化效应使得合金具有良好的高温抗蠕变性;而α相充分球化后,以等轴组织为主的显微组织使得合金具有较好的塑性。随变形量的增加,热暴露后拉伸断口韧窝尺寸逐渐变得细小均匀,且韧窝深度增加,表明合金热暴露后塑性提升。纳米显微硬度测试结果表明,合金中初生α相的显微硬度高于β转变组织,通过固溶温度调整合金中α相的含量和分布,可提升抗蠕变性,但其效果不及变形量的调控显著;为获得最佳的高温强塑性匹配,可通过控制片层α相球化程度来实现。     

中温高强TC11和TC19钛合金锻件组织与性能研究

针对航空发动机压气机整体叶盘等部件所使用的TC11、TC192种中温高强钛合金锻件,基于其各自典型使用状态,开展了组织形貌和不同条件下拉伸性能、冲击韧度以及保载/无保载条件下低周疲劳性能的对比分析研究。结果表明：TC11钛合金锻件呈现典型的双态组织,TC19钛合金锻件呈现全片层网篮组织;TC19钛合金锻件在100～400℃下的拉伸强度明显优于TC11钛合金锻件。TC19钛合金锻件的高温缺口冲击韧度值明显高于TC11钛合金锻件,在100℃和855 MPa峰值应力载荷下,TC19钛合金锻件的保载和无保载疲劳寿命均明显高于TC11钛合金锻件,且2种合金均存在一定的保载效应。     

TC4-DT钛合金模锻件组织和性能的控制研究

为了解决TC4-DT钛合金模锻件宏观组织粗晶亮带和性能低的问题,对其所用原材料、锻造工艺、热处理工艺进行了分析,并从加热温度、变形量调节方面进行了工艺优化控制,有效地解决了上述问题,获得了组织性能满足技术要求、质量稳定的TC4-DT钛合金模锻件。     

TC4-DT钛合金锻件组织与拉伸性能研究

对3种工艺生产的TC4-DT钛合金锻件组织与拉伸性能展开了系统研究,结果表明:锻造火次影响锻件的均匀性,锻造火次增加,锻件的组织和拉伸性能均匀性增加;锻件显微组织中残余一定量的初生α相有利于拉伸性能提高;锻造温度升高,锻件拉伸强度增加。     

电弧沉积制造TC4钛合金的组织和力学性能研究

利用钨极氩弧沉积制造技术制备了TC4钛合金试样,研究了电弧沉积制造TC4钛合金的显微组织和力学性能。分析表明:电弧沉积制造TC4钛合金组织宏观上呈以基材为基底的外延连续生长的粗大柱状晶特点,由α相和β相组成,但α相随位置的不同形貌有差别,在上部位置呈粗大针状魏氏体组织,在中部呈粗化了的层片状网篮组织,在下部呈针状+层片状混合组织。显微硬度测试表明:沉积成形件硬度较高,且越靠近试样表面硬度越大。室温拉伸测试显示,沉积态试样具有明显的各向异性特点,沿焊接水平方向拉伸强度较高,沿沉积高度方向拉伸塑性较好,且所有测试试样均具有超过锻造TC4合金的强度和塑性指标。     

分模方式对TC18钛合金模锻件组织及力学性能的影响

针对实际生产中TC18钛合金模锻件存在的成形难和组织、性能不稳定的问题,对锻件分模面位置和结构进行了调整,并进行实验验证。结果表明,采用顶部分模方式可以大大改善金属的流动性,减少锻造火次,提高生产效率,同时锻件组织较采用中间分模得到的更加均匀,强度和断裂韧性得到了提高,塑性也保持了较高的水平,具有良好的综合性能。     

厚板TC4钛合金电子束焊接头组织和力学性能研究

对30 mm厚TC4钛合金进行电子束焊接试验,通过金相分析以及显微硬度测试对焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究。结果表明,TC4钛合金母材由等轴α以及部分β转变组织组成,焊缝区组织在纵向上具有不均匀性。焊缝顶部β柱状晶粗大,沿熔合线向顶部生长,中部和下部柱状晶相对较小,垂直熔合线向焊缝中心对称竞相生长。β晶粒内部微观组织为针状马氏体,马氏体尺寸从焊缝顶部到底部逐渐减小。热影响区显微组织为等轴初生α相和α'针状马氏体,以及未完全转变的β相。焊缝区和热影响区显微硬度值高于母材;在焊缝区纵向上,顶部显微硬度值为340 HV,随着距离焊缝顶部距离的增加,硬度值显著增大,最大值为435 HV。