选区激光熔化成型TC4钛合金的拉伸性能

为实现选区激光熔化成型的TC4钛合金在军用航空上的应用,减小选区激光熔化成型的TC4钛合金垂直沉积方向(XY方向)与平行沉积方向(Z方向)的拉伸性能差异,在室温状态下对选区激光熔化成型的TC4钛合金进行准静态拉伸试验,结果表明选区激光熔化的TC4钛合金两种方向取样的拉伸性能都达到了中国与美国AMS宇航钛合金标准。TC4钛合金沿XY向取样合金的抗拉强度与屈服强度要略高于沿Z方向取样,断后伸长率与断面收缩率略小于沿Z方向取样。合金断口为韧窝特征形貌,与XY方向取样相比,Z方向取样断口剪切唇区域尺寸分布比例略小,纤维区差异不大。     

热成形条件下TC4钛合金的相变特征

以钛合金TC4为例评述了热成形条件下金属固态相变特征、影响因素和相变规律的研究现状,讨论了工艺条件、相变过程、微观组织与力学性能之间的因果关系. 指出传统相变研究没有考虑塑性变形对相变的影响,因而不能用于分析热成形过程中相变对热塑性加工零件微观组织和力学性能的影响. 给出了作者近期得到的TC4钛合金变形与相变的实验结果;结果证明,热塑性变形对相变有明显影响,主要表现为应变速率增加会对相变有阻止作用,应变增加对相变有促进作用.     

激光立体成形TC4钛合金动态剪切特性研究

采用微型霍普金森压杆装置和双剪切试样对激光立体成形TC4钛合金的高应变率动态剪切特性进行了研究.通过数值模拟方法从应力、应变均匀性和应力三轴度方面对双剪切试样的缺口形状、剪切区宽度和长度进行优化设计.采用实验方法,分析了不同取向的激光立体成形沉积态TC4钛合金的高应变率（10⁴ s^-1量级）剪切性能.结果表明,动态剪切力学性能并没有明显的各向异性,流动应力随应变率的增大而增加,二者大致呈线性关系.     

不同损伤模型的TC4钛合金高温损伤数值仿真及裂纹预测

对TC4钛合金进行温度800～1 000℃、应变速率0.01～5 s^-1条件下热拉伸试验。基于Normalized Cockcroft&Latham、Oyane和Rice&Tracey 3种损伤模型,引入了Zener-Hollomon参数,通过遗传算法识别临界损伤值,建立TC4钛合金高温损伤模型。将这3种高温损伤模型集成到Forge^?软件中,分别对拉伸试验进行仿真计算,比较拉伸试样仿真与试验的断裂长度与断口形貌。结果表明：基于Normalized Cockcroft&Latham高温损伤模型的相关系数R值最大,为0.997。模拟与试验断裂长度具有良好的相关性,且模拟断口与试验断口的形状、颈缩程度吻合度最好,表明该高温损伤模型最适用于预测TC4钛合金的损伤行为。     

TC11钛合金的高温蠕变实验研究

对TC11钛合金在同一温度(550℃)不同应力水平条件下进行了多组蠕变实验,根据有关流变模型建立了积分型蠕变本构方程和微分型应力应变本构关系,并对由蠕变方程推导的理论结果与实验结果的误差进行了分析.     

激光快速成形与锻造TC4钛合金力学行为对比研究

采用MTS万能材料试验机和分离式Hopkinson Bar技术,分别对激光快速成形与传统锻造TC4钛合金进行了准静态及动态压缩试验,研究了 2种制备方法生产TC4钛合金的力学行为.结果显示,在准静态和动态压缩变形下,锻造TC4-1#(forging TC4-1#)等轴组织均表现出最好的塑性及强度,且呈现出较强的应变强化...     

TC4钛合金薄板储能焊接头组织与性能

采用微型储能焊机对厚度为0．2mm的TC4钛合金薄板进行了快速连接,并研究了接头组织形貌及焊接参数对接头力学性能的影响。结果表明：储能焊能够实现TC4钛合金薄板的快速凝固焊接,焊接接头由熔核和熔核向母材过渡的熔合区（线）组成。极短的焊接时间和高的冷却速率,使得熔核凝固过程具有快速凝固特征,熔核中凝固组织得到显著细化。当焊接工艺参数为电压250V、电容6600妒、电极力20N时,接头剪切强度可达601MPa。     

TC4钛合金钻杆在腐蚀条件下的力学性能研究

为研究适用于腐蚀环境下的钛合金钻杆材料,参照NACE和GB规范中的腐蚀要求和试验标准,首先对TC4钛合金试件进行腐蚀处理（设置未经腐蚀处理的对照组）,然后进行拉伸、冲击和硬度试验,研究其在腐蚀条件下的综合力学性能. 结果表明:在NaCl、H₂S、CO₂、205 ℃条件下,TC4钛合金的拉伸性能下降不超过10%,冲击性能变化仅为0.33%,硬度下降3.21%,说明TC4钛合金具有出色的耐腐蚀性,在腐蚀条件下能够保持良好的综合力学性能. 以API规范中对钢钻杆材料的力学性能要求为指标,腐蚀处理后TC4钛合金的力学性能表现为屈服强度、拉伸强度及伸长率均不低于X级钢;冲击吸收功高于API对钢钻杆要求的62%（20 ℃）;硬度超过G级钢约37%,接近S级钢;故可将TC4钛合金应用于腐蚀性油气井钻杆中以避免或减轻钻杆腐蚀失效.      

双重退火对形变TC4钛合金组织与性能的影响

本文研究了双重退火热处理对变形TC4钛合金显微组织及性能影响,实验结果表明:随着一重退火温度的升高,组织尺寸发生长大,分布较为均匀,材料的强度随退火温度的升高而下降,而塑性增加;双重退火后,材料内部析出次生α相数量增多,尺寸增大,得到典型的等轴α+晶间β组织,较一重退火强度有所降低,而塑性有很大的提升。     

TC4钛合金加工图及其在板材轧制工艺分析中的应用

TC4钛合金在航空航天工业中有着广泛的应用,热塑性加工中的微观组织演变对其使用性能具有重要的影响。该文通过热-力实验分析,得到TC4合金的加工图,并将加工图信息集成在有限元分析中,对板材轧制工艺进行分析。对TC4钛合金进行等温单向压缩实验获得了材料的流动应力,变形温度为800～1 050℃,应变速率为0.01～20s-1。采用动态材料模型(dynamic material model,DMM)绘制出TC4钛合金的加工图,并通过对压缩的微观组织检查分析验证了加工图的有效性。由加工图可知,在1 000～1 050℃应变速率0.01s-1的区域稳定性最好,为超塑性成形区域,在800～900℃应变速率0.1～20s-1的条件不利于塑性加工,应当避免在此区域加工。通过二次开发,将加工图的信息作为有限元程序DEFORM-2D的后处理变量在成形件中显示,从而直观地显示板材轧制变形不同位置的成形性能。在TC4轧制过程中,板坯基本处于功率耗散效率较高的安全区,有利于材料塑性成形。     

轧制工艺和退火温度对TC4ELI钛合金厚板显微组织的影响

研究了轧制工艺和退火温度对TC4ELI钛合金厚板显微组织的影响。结果表明：采用工艺1轧制后的板材显微组织为双态组织;采用工艺2轧制后板材的显微组织为网篮组织。将网篮组织板材在不同温度下退火后发现：退火温度低于900℃时,板材显微组织没有明显变化,仍为网篮组织;退火温度为940℃时,板材显微组织中出现了再结晶现象,一部分条状α相变成等轴状α相,网篮组织向等轴组织过渡。合适的退火温度为780~900℃。     

一种新型高强高韧TC27钛合金的高温变形行为

 采用Gleeble 3500 热模拟机对一种新型高强高韧TC27 钛合金进行等温恒应变速率压缩实验,开展TC27 钛合金的高温变形行为研究,为制定TC27 钛合金的热加工工艺提供依据。研究结果表明,TC27 钛合金应力应变曲线在变形温度较低时大致呈应变软化型;而在变形温度较高且应变速率较低时,应力应变关系曲线基本为稳态流动型。在应变速率为70 s^-1时,呈现较大幅的震荡现象。TC27 钛合金的流动应力对变形温度的敏感性在低温变形时要显著大于在高温变形时的;对应变速率的敏感程度随变形温度的升高而降低。利用实验数据对TC27 钛合金分别在700~850℃和850~1150℃温度段建立了本构方程,并具有较高的精度。通过高温变形微观组织观察,发现在变形温度高于β转变温度变形时,随变形温度提高,或应变速率降低,动态再结晶数量增加。     

TC4钛合金与无氧铜、可伐合金真空钎焊工艺研究

针对红外探测器杜瓦冷指的设计,应选取具有较高屈服强度、较低热导率和较低密度的材料,以提高红外探测器杜瓦的可靠性。考虑到红外探测器封装的其他结构需求,TC4钛合金与无氧铜、可伐等金属之间的焊接一般不太容易实现,试验中采用真空钎焊作为焊接手段,选取Ti-Ni-Zr-Cu钎料,对TC4钛合金与无氧铜、可伐合金的真空钎焊焊接试验结果进行比较分析,得出TC4钛合金与无氧铜、可伐合金钎焊后检漏漏率优于10^-11 torr.l/s,焊缝抗拉强度都达到150 MPa以上。     

TC4合金静动态断裂韧性KIC、KId相关性研究

对TCA钛合金经不同热处理后,平面应变断裂韧性KIC、动态断裂韧性KId及拉伸性能σP0.2的相关性进行了研究,给出了三者间的经验关系式。     

纯钛TA1和钛合金TC4表面固体渗硼

采用固体粉末法分别对基体组织为α-Ti的TA1和基体组织为(α+β)-Ti的TC4钛合金表面进行了渗硼,在偏光显微镜和扫描电镜(SEM)下观察了渗层的形貌,用X射线衍射(XRD)分析了渗层的物相组成.实验结果表明,渗硼温度在850~1000℃范围内,TA1表面渗层为平行于基体表面的多层结构,为Ti3O相和TiB相;当渗硼温度高于920℃时TiB为主要组成并出现了TiB2相,且硼钛化合物的含量随温度升高而增加.当渗硼温度低于1000℃时,TC4表面渗层为Ti3O相和TiB相,在渗硼温度高于1000℃时,渗层为TiB2+TiB晶须结构.渗硼温度高于1000℃是TA1和TC4表面形成硼钛化合物的充分条件.     

TC4钛合金线性摩擦焊过程材料流动行为分析

基于DEFORM软件建立了TC4钛合金线性摩擦焊的三维有限元模型,对焊接过程中材料的流动行为进行了数值模拟. 结果表明,在整个线性焊过程中,摩擦面边缘附近材料的流动速度高于中心区域;在焊接过程的摩擦阶段,焊件摩擦面上的材料在平行与垂直焊件振动方向上都存在塑性流动行为;在顶锻阶段,摩擦面上的材料主要向摩擦面外流动,使试件的轴向缩短量继续增加. 同时,摩擦面上材料的位移量随到摩擦面边缘距离的增加而减小,只有在较大轴向缩短量的情况下才可能实现线性摩擦焊在整个摩擦面上的自清理.      

Ti-2%Al-2.5%Zr钛合金的高温持久强度

介绍了Ti-2%Al-2.5%Zr钛合金的成分、组织后,首先测定出了该合金在350 ℃下的σb和σ0.2值.根据试验的特点、试材的组织状况及约比温度等因素确定了试验采用的6个应力水平点.按GB6395-86《金属高温拉伸持久试验方法》标准规定对该合金进行了350 ℃下的持久强度试验.对获得的数据用最小二乘法进行回归处理后,得到了适用于工作应力在σ350 ℃0.2＜σ＜σ350 ℃b范围的方程;而适用于工作应力σ＜σ350℃0.2 并可以外推一个数量级的方程最后,观察到试验后该种钛合金的金相组织发生了明显的变化:在集中塑性变形区呈明显的纤维状,而在均匀塑性变形区则由于回复再结晶而变成细小的等轴晶了.     

EBM成型TC4钛合金研究进展

电子束熔化成型技术（electron beam melting,EBM）是3D打印的代表性技术之一,特别适合传统工艺不易加工的Ti-6Al-4V合金（TC4钛合金）的快速成型,目前在航空航天、化工、生物医疗等领域展示出巨大的应用前景。从EBM的原理出发,综述了EBM制备TC4钛合金的显微组织、缺陷以及力学性能。分析了受成型工艺参数和成型件位置等因素影响的冷却速度的变化所导致的TC4钛合金的显微组织发生变化;并指出了导致TC4钛合金出现缺陷的主要原因。EBM成型TC4钛合金的拉伸性能已与锻造TC4钛合金相当,其较低的疲劳强度可以通过热等静压处理提高。