损伤容限型钛合金新型β锻造工艺

钛合金构件采用高温β锻造工艺代替常规的α+β锻造工艺,由于变形温度高、抗力小、易于成形和成品率高等特点,在国内外生产上受到高度的重视.同时,高温β锻造获得的网篮组织正是大应力、高温和长时间使用条件下的零件(如盘类零件)所希望得到的组织.另外,该类型组织又是高损伤容限长寿命设计所需的高断裂韧度、低疲劳裂纹扩展速率(da/dN)的基本保证.本文作者提出了一种新型的钛合金"准β锻造工艺",通过控制钛合金低倍组织和高倍显微组织参数,从根本上解决了网篮组织塑性偏低的难题,改善了形状复杂飞机结构零件的组织均匀性,使钛合金的使用寿命得到大幅度提高,可进一步降低生产成本,为低成本损伤容限钛合金的应用提供参考.     

新型TC21钛合金相变行为和相组成研究

采用X射线衍射(XRD)对TC21钛合金β热处理后,经不同冷却速率冷却及双重退火后的相结构进行了分析,并用扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)对显微组织和相的形貌特征进行了观察研究。结果得出,TC21钛合金在β处理时经炉冷和水冷后,合金由α和β两相组成。空冷状态下,合金主相为α β,并有少量Nb3Si相析出。实验证明,冷却速率主要影响α和β相含量的比例,相的组成基本不受冷却速率的影响。合金经970°,30min,空冷 600℃,4h退火后,仍由α相和β相组成,没有发现新的析出相,但观察到转变β相中存在次生析出的细小针状α相。     

TB8超高强度钛合金热工艺参数研究

采用对比的方法研究了锻造温度、变形程度、锻后冷速对TB8钛合金组织性能的影响。试验结果表明，相变点以上30—50℃的β锻造方法、30％—65％的较大变形程度、锻后采用空冷，并采用合适的固溶时效热处理制度，可获得强度—塑性—韧性的最佳匹配。     

TC4-DT钛合金电子束焊接接头的损伤容限性能

针对TC4-DT钛合金厚截面锻件开展了电子束焊接工艺实验和接头力学性能测试与分析.结果表明,TC4-DT钛合金不仅具有良好的焊接工艺特性,而且电子束焊接接头具有高的损伤容限性能.接头的断裂韧性优于母材并且比母材有更高的疲劳裂纹扩展抗力.     

近α型、(α+β)型和近β型钛合金的高温力学性能

研究了近α型TA15和Ti60、(α＋β)型TC21和近β型TB17钛合金在100、400、500、600、650和700 ℃时的高温力学性能。结果表明,温度在100~500 ℃时,TB17合金的高温强度最高,TA15合金的高温强度最低,TC21合金的高温强度高于Ti60合金;当温度超过600 ℃后,TB17合金的高温性能变化幅度最大,强度最低,Ti60合金的变化幅度最小,强度最高,TC21合金的强度介于TA15与Ti60合金之间,并逐渐与TA15合金接近;当温度在100 ℃时,4种合金应变硬化和应变软化作用相当,应力-应变曲线处于较为平衡的状态;当温度在400 ℃时,TB17合金变形以应变软化为主,应力随着应变增加显著降低;当温度在600 ℃时,TC21和TA15合金变形也开始以应变软化为主,但TA15合金应力的下降幅度低于TC21合金;直到温度在650 ℃时,Ti60合金变形才以应变软化为主。     

TB17钛合金两相区等温时效析出行为研究

采用X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)和透射电子显微镜(TEM)研究了亚稳β钛合金TB17在α+β两相区固溶处理后的等温时效析出行为,并分析了次生α相的析出位置、尺寸、形态。结果表明:TB17钛合金在350℃等温时效时,发生β→ω相变,ω相呈椭圆状,尺寸在3～5 nm之间;在450℃和550℃等温时效过程中,主要发生β→α相变。α相首先在亚晶界和亚晶缺陷处形核并长大,最后形成细小的棒状α相,并且两相区固溶时所保留的大量亚晶界加快了时效过程中次生α相的析出响应。     

钛合金组织特征参数与拉伸性能预测

研究了TA15钛合金β区热变形时,变形温度、变形量、变形速率、冷却方式等工艺参量对片状组织特征参数β晶粒尺寸D、α集束尺寸d、α片厚b的影响,以及片状组织特征参数与力学性能的关系.利用多元回归分析得到了强度、塑性与3个特征参数D、d、b的定量关系式,通过这种定量关系可以预测力学性能.     

TC21钛合金α′′马氏体中的反相畴界状结构(英文)

采用X射线衍射(XRD)和透射电子显微镜(TEM),研究TC21钛合金马氏体中亚结构的形貌和形成机理。结果显示,在960～1000°C温度范围内,TC21合金进行固溶淬火处理后会发生β→α′′马氏体相变。在板条状α′′马氏体内部发现有反相畴界状结构,并且该结构平行于α′′马氏体的(001)和(020)面。该结构被确定为马氏体相变过程中诱导产生的一种堆垛层错,它具有反相畴界的形貌特征,但并不是有序/无序相变过程中产生的反相畴界。在马氏体相变过程中,马氏体畴形核并且长大,畴与畴之间相互碰撞,最终导致反相畴界状结构的产生。     

不同热处理工艺下TC4-DT钛合金的显微组织及力学性能

研究了几种热处理制度对TC4-DT钛合金板材显微组织和力学性能的影响。结果表明:等轴或双态组织具有好的拉伸性能,片层组织能够有效提高材料的断裂韧性;控制单相区固溶的冷却速度以及第二重热处理的温度和冷却速度,可以获得不同尺寸的片层组织;单相区固溶后空冷,再经两相区第二重热处理,空冷的组织中含有粗的初生α片层和细小的次生α片层,炉冷的组织中α片层变厚,单相区固溶后水冷得到马氏体组织,在两相区热处理保温时,马氏体组织直接分解成粗的α片层。采用1 015℃/1 h/AC+955℃/1.5 h/AC+550℃/6 h/AC多重热处理,可以获得粗细相间的片层组织,具有更好的强度-塑性-断裂韧性的综合匹配。     

低成本高性能钛合金研究进展

基于钛合金材料在新一代航空航天飞行器上大量使用,以满足减重、延长寿命的设计和使用要求,因此钛合金低成本化以及钛合金材料成形的低成本化已成为国内外钛工业领域研究的重要方向。发展具有我国自主知识产权的航空用高性能低成本钛合金材料及其加工技术,是提高我国钛合金材料在航空领域用量和应用水平的重要途径。介绍了国内外主要钛合金生产国一些低成本钛合金的研发背景、典型力学性能以及实际应用情况,指出了降低航空用高性能钛合金材料的发展思路。