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2021年  第42卷  第6期

综述与专论
β相凝固TiAl合金的制备、加工、组织、性能及工业应用研究进展
陈玉勇, 吴敬玺
2021, 42(6): 1-16. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.001
摘要(610) HTML (65) PDF(98)
摘要:
β相凝固TiAl合金作为第三代TiAl基金属间化合物,凭借其突出的热变形优势,在航空航天及汽车制造等高端领域具有广阔的应用空间。然而,高温β相的引入在提高合金热变形能力的同时也使得组织演变和性能优化更为复杂。同时,受合金体系及本征脆性的影响,工业化进程相对迟缓。通过综述典型β相凝固TiAl合金的制备及加工工艺、组织与性能研究进展及工业化现状,系统分析了合金制备及加工工艺和成本优势,阐明了合金体系热变形、热处理及合金化对组织演变和性能优化的作用机制,指出合金工业化发展的限制环节及未来发展趋势。
高性能钛合金先进成形技术研究现状
李军兆, 孙清洁, 于航
2021, 42(6): 17-27. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.002
摘要(983) HTML (135) PDF(163)
摘要:
主要介绍先进热成形技术、脉冲电流辅助成形技术和电磁辅助成形技术的特点,及其在钛合金薄壁板材成形中应用的研究进展。热成形是钛合金塑性加工应用最为普遍的成形工艺,利用高温下钛合金塑性变形软化的特征,能够实现复杂钛合金零件的成形。脉冲电流和电磁辅助成形技术目前尚未开展大规模的产业应用,其在高强度难成形材料的成形加工方面具有潜在应用前景。
钛金属表面气体元素扩散耐磨处理技术的发展
李争显, 张雪峰, 陈敏, 李伟, 罗小峰
2021, 42(6): 28-35. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.003
摘要(467) HTML (45) PDF(39)
摘要:
针对近年来钛及钛合金表面气体元素扩散耐磨处理技术的研究进展进行了总结梳理。认为对钛合金表面进行渗氧、渗氮和渗碳耐磨处理,都可以起到提高表面硬度,改善表面耐磨性能的效果,结合真空和等离子体等技术,可以使得扩散层厚度增加,但需要结合工艺选择恰当的参数,不然会对材料力学性能带来较大的影响。另外耐磨状态是多样的,没有一种耐磨层能够适合于所有的摩擦环境;同时现代的服役环境更趋于复杂,不仅要求耐磨,还有耐蚀、导电等其它功能方面的要求,这样,就需要材料表面设计者,依据服役的苛刻条件,结合多场的相互作用关系,在现有表面技术的基础上设计和创新。
钛基复合材料耐磨性研究进展
钟亮, 付玉, 徐永东, 宋运坤, 王荫洋
2021, 42(6): 36-42. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.004
摘要(617) HTML (54) PDF(68)
摘要:
钛合金因具有高比强度、高比模量、耐腐蚀、耐低温、无磁等性能特点而被广泛应用。然而,与传统钢铁材料相比,钛合金存在弹性模量低、耐热性能不足、耐磨性差等局限,阻碍其在航空航天、兵器行业等领域的推广应用。与钛合金相比,钛基复合材料可将基体钛合金高强塑性与增强体高模量、高耐磨的优势相结合,具有比钛合金更高的弹性模量、耐磨性及高温性能,从而满足一些高承载、抗冲击、高耐磨和高温抗氧化等极端工况条件下的使用要求。从钛基复合材料发展历程出发,对钛基复合材料耐磨性研究进展加以概述,主要介绍了钛基复合材料耐磨性表征方法和摩擦磨损行为,对钛基复合材料良好耐磨性能、高耐磨钛基复合材料的设计及TMCs表面耐磨改性技术进行阐述,最后进行总结与展望。
钛合金焊接过程防氧化保护技术进展
樊立民, 耿乃涛, 杨柳, 武少杰, 程方杰
2021, 42(6): 43-50. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.005
摘要(510) HTML (40) PDF(67)
摘要:
钛及钛合金综合性能优异,但由于高温活性强导致焊接氧化问题严重,特别是在很低的固态温度下仍然吸收气体影响焊接接头质量,因此需要严格的焊接保护措施。在分析了钛合金的氧化机理及特性的基础上,系统总结了焊接过程中的各种防氧化保护措施和具体技术。详细介绍了钛合金长直焊缝、环形焊缝、空间不规则焊缝以及增材制造四种典型过程的防氧化保护问题,主要的防护措施有保护拖罩、封闭式充氩环境以及强制冷却三大类。针对钛合金长直焊缝局部气体保护,一般形式为保护拖罩结合背面保护气槽以及水冷措施;对于环形焊缝的背面保护方式,可以采用背面拖罩或者整体充氩保护的方法,其正面保护采用弧形拖罩即可;而不规则焊缝受限于空间形状,焊接拖罩的方法不再适用,小尺寸构件可采用简易充氩保护箱,大尺寸构件保护问题亟待解决;增材制造过程中的热积累问题也对其保护形式提出了更高的要求,目前采用具有一定气体挺度的层流惰性气体和CO2跟随强制冷却的方式取得了较好的效果。
钛合金制备
含钛高炉渣碳化过程钛-渣分离研究
简廷芳, 赵朗, 罗翔宇, 扈玫珑
2021, 42(6): 51-58. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.006
摘要(455) HTML (29) PDF(97)
摘要:
高炉冶炼钒钛矿过程产生了大量含钛高炉渣,攀钢针对渣中钛资源的回收利用成功开发出了高温碳化-低温氯化工艺,但是该工艺存在碳化渣磨矿和氯化尾渣利用等技术性难题,还需要继续探索绿色、经济的处理方法。针对高温碳化过程中Ti(C,N) 弥散分布的问题,提出高温碳化过程加铁富集Ti(C,N)的思路,试验考察了铁/渣(质量比)、生铁添加批次、保温富集时间及预配铁量等因素对富集过程的影响。结果表明,熔渣中Ti(C,N)能聚集在熔铁表面并随其下沉至坩埚底部,水淬后附着有Ti(C,N)的铁块可与残渣实现自然分离,按铁/渣为1.50,在原料中预配15%铁,1600 ℃保温30 min后于30 min内分批向熔渣中加入铁的富集效果较好,可将渣中Ti含量从13.79%降低到4.59%,Ti的回收率达到66.72%。
阴极结构对熔盐电脱氧法制备金属钛影响及杂质研究
辛学松, 张强, 张姗姗, 张敏
2021, 42(6): 59-65. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.007
摘要(240) HTML (25) PDF(28)
摘要:
在高纯氩气气氛下,在CaCl2熔盐中电解高钛渣制备金属钛,研究了成型压力与阴极片孔隙率的关系以及对电解过程的影响,并采用 XRD、 SEM等分析手段对阴极片及电解后的物相和微观形貌结构进行表征。结果表明:成型压力对阴极片孔隙率有直接影响,随着成型压力升高,阴极孔隙率下降;阴极片的孔隙率直接影响电脱氧过程,适当的孔隙率有利于形成中间产物CaTiO3和提高电还原速率。4 MPa压制的阴极1050 ℃烧结2 h,孔隙率为34.79%,电解12 h 产物氧含量降低至1.75%,钛含量为95.72%,此时阴极片的电化学性能较好。
固溶温度对Ti6Al4V ELI钛合金显微组织及性能的影响
冉兴, 王哲, 李海宾, 吕志刚, 李培杰
2021, 42(6): 66-71. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.008
摘要(301) HTML (89) PDF(49)
摘要:
采用扫描电镜(SEM)和金相显微镜(OM)研究了固溶热处理对Ti6Al4V ELI钛合金显微组织的演变规律,以及显微组织对力学性能的影响关系,结果表明:随着固溶温度的升高,Ti6Al4V ELI钛合金初生αp相含量降低,片层α相厚度和β晶粒尺寸均增加;钛合金强度和塑性均随着固溶温度的升高而降低,在952 ℃固溶后时效,抗拉强度可达915 MPa,延伸率16.8%,断裂韧性仅为84 MPa·m1/2;在997 ℃进行固溶后时效,钛合金抗拉强度降低至861 MPa,延伸率9.6%,断裂韧性达115 MPa·m1/2。在952 ℃进行固溶,Ti6Al4V ELI钛合金为韧性断裂,提高固溶温度后合金呈韧脆混合型断裂。
氢化钛粉末冶金制备的近α型Ti-1100合金的高温压缩性能
朴荣勋, 朱文进, 吕顺顺
2021, 42(6): 72-77. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.009
摘要(305) HTML (27) PDF(190)
摘要:
以氢化钛粉为原料,采用粉末冶金法-热等静压法制备高温钛合金Ti-1100,并进行了等温压缩试验,通过压缩样品应力应变曲线进行压缩变形行为分析,再结合Arrhenius双曲正弦本构模型建立热压缩本构方程。通过应力应变曲线分析,发现应变速率在0.01 s−1时,所有样品在加工硬化后均表现出稳态流变行为;而应变速率为1 s−1、温度在900 ℃或1 000 ℃时,流变应力随着变形达到稳态流变状态后,呈增加趋势。应变速率为0.01、0.1、1 s−1时的热压缩变形激活能分别为96、165、232 kJ/mol。硬度测试结果表明显微硬度随温度和应变速率增加稍有降低趋势,当温度为950 ℃,应变速率为0.1 s−1时,合金的硬度普遍较小, 热加工性能最佳。
热变形参数对钛合金两相区流变行为的影响
付文, 周晓锋, 利成宁, 程方杰, 王东坡
2021, 42(6): 78-83. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.010
摘要(220) HTML (49) PDF(24)
摘要:
以热轧态Ti80合金作为基材,在Gleeble-3500热模拟测试机上进行高温压缩测试,变形温度为800~1000 ℃,应变速率为0.01~10 s−1,总变形比例为75%。结果表明:Ti80钛合金在800~950 ℃时处于α+β两相区,其流变行为受变形温度和应变速率的显著影响。Ti80钛合金的加工硬化主要来自于初始α相中位错密度的提高,变形温度的提高会导致α相的减少,流变峰值应力不断降低,过高的应变速率会导致α相内位错运动受阻。Ti80钛合金中的初始α相更容易发生动态回复和动态再结晶,随着变形温度的提高,初始α相不断减少,动态软化程度逐渐减小直至接近0。为保证钛管热轧的稳定性,应适当提高变形温度,保证Ti80钛合金热变形组织具有较高的β相体积分数,同时避免应变速率过高造成轧制载荷过大。
多孔Ti-Nb合金材料的制备与性能研究
张美丽, 叱小彤, 周春生, 刘彦峰, 方琛, 郑郭刚
2021, 42(6): 84-89. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.011
摘要(291) HTML (12) PDF(31)
摘要:
采用粉末冶金添加造孔剂法制备多孔Ti-Nb合金,研究不同Nb含量对合金物相结构、微观孔隙形貌、孔隙率、抗压强度及耐腐蚀性能的影响。研究结果表明:多孔Ti-Nb合金具有α和β双相组织,随Nb含量的增加,材料中的 β 相含量逐渐增大,Nb含量为25%~30%时材料的孔隙大小和分布较均匀,平均孔径为300 μm左右;随Nb含量的增加,材料的孔隙率随之增大,径向收缩率和抗压强度逐渐减小,耐腐蚀性呈先增大后减小趋势,在Nb含量30%时材料的耐腐蚀性最强,其孔隙率为33.6%,径向收缩率为7.3%,抗压强度为130 MPa。
增材制造
原料粉末对NiTi的选区激光熔化成形件性能的影响
张亚伟, 施麒, 谭冲, 刘辛, 李贵发, 郑海忠
2021, 42(6): 90-96. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.012
摘要(301) HTML (20) PDF(31)
摘要:
分别以Ni+Ti元素混合粉末和NiTi预合金粉末为原料,采用选区激光熔化工艺打印成形。重点研究了在相同打印工艺参数下原料粉末对成形件致密度、物相组成、显微组织、显微硬度的影响,从而反馈说明所用打印粉末对成形件性能的影响。结果表明:在相同打印工艺参数下,整体上NiTi预合金粉末成形件的致密度较高,而Ni+Ti 混合粉末成形件的显微硬度较高。对于同一种粉末,随着能量密度的增大,成形件的致密度先增大后减小,而显微硬度先减小后增大。NiTi预合金粉末成形件有致密的微观结构且相分布均匀,但存在少量孔隙。Ni+Ti 混合粉末成形件的微观结构有和构建方向垂直的贯穿式裂纹以及不均匀的基体相,但几乎没有孔隙。
TC4-DT激光熔丝增材制造微观组织与力学性能研究
张大越, 刘旭明, 张建, 李彬周, 赵阳, 王军生
2021, 42(6): 97-101. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.013
摘要(219) HTML (13) PDF(37)
摘要:
激光熔丝增材制造技术在航空航天、海工船舶等领域应用前景广阔。针对TC4-DT材料,在初步优化的工艺参数下,通过激光熔丝增材制造技术制备金属试样,并对试样进行固溶-强化热处理,研究激光熔丝沉积态及热处理态的微观组织、缺陷及室温拉伸力学性能。研究发现,激光熔丝TC4-DT成形态组织为粗大的柱状晶及针状αʹ马氏体,热处理后转变为等轴晶与柱状晶的双相组织,马氏体分解为针状α+β双相组织,固溶-强化热处理后拉伸力学性能与锻件水平相当。
基于电子束增材制造的TC4钛合金成形件热处理性能研究
黄星光, 孙宝福, 孙国辉, 张建飞
2021, 42(6): 102-108. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.014
摘要(405) HTML (12) PDF(42)
摘要:
将电子束选区熔化制备的试件增加热处理工艺,利用扫描电子显微镜和金相显微镜研究了热处理后TC4钛合金试件的组织特征;并通过试件力学性能的变化,揭示了不同热处理工艺选择对电子束选区熔化成形产品的影响。结果表明:不论是空冷处理还是炉冷处理,试件在相变点温度以下加热其抗拉强度提升,在相变点温度以上加热其抗拉强度会下降。通过观察微观组织与分析拉伸断口可知,TC4钛合金试件在经过950 ℃和1 000 ℃热处理的组织由于β相转变为魏氏组织而抗拉强度下降;而加热至850 ℃时由于未达到相变点温度,其内部为网篮组织而性能稳定。恰当的热处理工艺能使增材制造成形的TC4钛合金的抗拉强度等力学性能更优。
钛合金应用
热压温度对TC4/Ta 层状复合材料界面元素扩散行为及微观结构的影响
余豪, 姜庆伟, 张晓青, 张守健, 张凤珍
2021, 42(6): 109-114. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.015
摘要(276) HTML (18) PDF(20)
摘要:
在不同温度下通过高温热压复合制备了TC4/Ta/TC4层状金属复合材料(LMCs),并讨论了界面元素扩散行为、微观结构随热压温度的变化关系。结果表明,在热压和保温过程中两组元元素在界面处发生了明显的扩散行为,两组元实现了良好的冶金结合。高温热压促进了Al、V、Ti、Ta各元素在界面处的扩散,其扩散程度显著影响了界面附近的显微组织。每种元素的扩散深度与原子半径紧密相关,随着原子半径减小,扩散行为发生的更为强烈。元素扩散行为导致界面附近钛基体的相变温度降低,在低于TC4相变温度的950 ℃出现了网篮组织,随着与界面距离的变化呈现不同的微观组织形貌。
钛箔表面二氧化钛纳米管的可控制备研究
范兴平, 马兰, 杨成, 范维
2021, 42(6): 115-119. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.016
摘要(232) HTML (14) PDF(29)
摘要:
采用电化学阳极氧化法在金属钛箔表面制得了二氧化钛纳米管,通过调整阳极氧化电压和时间,控制纳米管的管径及管壁尺寸,采用扫描电镜(SEM)观察了不同制备条件下得到TiO2纳米管阵列的微观形貌,考察了氧化电压及时间对纳米管TiO2纳米管阵列形貌的影响;利用热处理工艺调整二氧化钛纳米管的晶型,通过X射线衍射仪(XRD)对样品晶型进行了表征。结果表明,以0.5%氟化铵的乙二醇水溶液作为电解液,在40 V电压下氧化30 min,得到的TiO2纳米管整齐有序;经过450 ℃热处理2 h,TiO2纳米管晶型由无定型态转变为锐钛矿型TiO2,纳米管出现小部分坍塌。
光响应型钛基纳米薄膜的制备及防腐性能研究
李文靓, 彭穗, 辛亚男, 唐敏
2021, 42(6): 120-132. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.017
摘要(315) HTML (17) PDF(42)
摘要:
基于企业生产研究背景与优势,提出利用廉价且易得的钛源(例如:TiOSO4)材料为原料,采用反应简单、操作便捷的sol-gel法在基材表面制备一层或多层纳米级钛基薄膜,研究镀膜后基材在紫外光光照和暗态条件下的耐腐蚀能力,意图通过镀膜大幅度提高基材的耐腐蚀能力。通过选择钛源、沉淀剂、水溶胶的钛浓度、络合剂比例和反应温度优化水溶胶制备工艺;同时研究不同浓度水溶胶的粘温特性及采用水溶胶浓缩为干凝胶的方法对水溶胶中颗粒粒径和形貌进行观测,溶胶粒径均小于50 nm。后期采用匀速提拉法在基板表面进行不同层数薄膜的制备,采用相应热处理得到纳米钛基薄膜,并研究纳米薄膜的形貌。最后将基片制作成电极浸渍在3.5%氯化钠溶液中测试其防腐性能,制备纳米薄膜表面颗粒粒径均小于50 nm,五层膜厚度在1 μm左右。防腐性能测试结果表明在基材表面制备防腐薄膜提高了基材腐蚀电位、降低其腐蚀电流,在暗态条件下,相较基板的防护效率最高可达99.73%;在紫外光照下,相较基板的防护效率最高可达99.14%。同时通过暗态和紫外光照下的基板的开路电位分析,在紫外光照射下相对于暗态下的开路电位出现不同程度负移的情况,展现出薄膜具有光响应性。
高盐废水浓缩环境中的TC4钛合金腐蚀研究
韩旭, 李强, 姜训勇, 徐克
2021, 42(6): 133-137. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.018
摘要(232) HTML (40) PDF(31)
摘要:
从蒸汽机械压缩技术(MVR)腐蚀环境角度,模拟高盐废水浓缩液开展了TC4材料耐腐蚀性能研究,通过微观组织表征、腐蚀失重、缝隙腐蚀、电化学测试(开位电路、电化学阻抗以及动电位极化曲线测试)等腐蚀测试,证实了TC4合金的(α+β)双相钛合金,在各种高氯离子强度环境中的耐缝隙腐蚀能力较强,14 d全浸试验没有出现局部点蚀,最大腐蚀速率仅1 mg/(cm2·a)左右,远低于2205双相钢在相同环境下的腐蚀情况。电化学测试结果也表明:TC4钛合金在高氯离子强度溶液中,表面形成的惰性钝化层生成迅速并保持稳定,对抑制材料表面腐蚀、缝隙腐蚀也有较明显作用。TC4合金的高温耐腐蚀性能适用于高盐废水环境,在MVR技术处理高氯含量工业污水方面有潜在应用价值。
航空航天用Ti60高温钛合金铸锭制备工艺
郭杰, 岳颗, 胡钊华, 张天馨, 耿乃涛
2021, 42(6): 138-141. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.019
摘要(361) HTML (248) PDF(57)
摘要:
针对Ti60高温钛合金在熔炼工艺上的关键技术,选用等级较高的0A级军工小粒海绵钛以及合适的中间合金,采用真空自耗电弧炉熔炼,通过控制熔炼电流电压等关键工艺参数,制备出Ø310 mm大型Ti60高温钛合金铸锭。铸锭表面质量良好,没有出现冷隔和不到边等缺陷。经检测,各合金元素在铸锭上均匀分布,杂质元素含量以及分布控制较好,系统研究了以中间合金方式添加的Nb、Ta、Mo等高熔点元素以及低熔点元素Sn的配入方式和熔炼电流、熔炼电压等工艺参数对合金铸锭的成分均匀性以及缺陷控制的影响。此铸锭通过后续工序所制出的锻件,经过力学性能以及超声探伤,均达到了行业要求。
氧含量对TC4 ELI钛合金棒材组织及力学性能的影响
马兰, 杨绍利, 李俊翰, 邹新毅, 万鑫
2021, 42(6): 142-146. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.020
摘要(392) HTML (59) PDF(63)
摘要:
采用自主制备的两种氧含量的TC4合金铸锭,通过开坯-锻造-退火等工艺制备出间隙元素含量远远低于GB/T 13810—2017及UNS R56401要求,性能优异的TC4 ELI钛合金棒材。通过化学分析、金相显微镜、拉伸试验和扫描电镜研究其性能,结果表明,经过开坯-锻造-退火,钛合金棒材氧氮氢等间隙元素含量较铸锭有较明显降低,其中氧含量均低于0.07%。棒材的力学性能受氧含量影响不大,强度及塑性较高,静态拉伸呈塑性断裂,棒材显微组织主要为均匀细化的等轴组织、双态组织及网篮组织。
热处理制度对汽车用TC6钛合金组织及性能的影响
李广德, 王瑛, 李伟伦
2021, 42(6): 147-152. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.021
摘要(249) HTML (16) PDF(11)
摘要:
采用四种不同热处理制度对汽车用TC6钛合金棒材进行了等温退火试验,并进行了试样显微组织、耐磨损性能和耐腐蚀性能测试与分析。结果表明,采用“870 ℃保温1.5 h,炉冷至600 ℃保温2 h,空冷”热处理制度(1#试样)时,合金的耐磨损和耐腐蚀性能最差;采用“900 ℃保温1.5 h,炉冷至600 ℃保温2 h,空冷”热处理制度(2#试样)时,合金的耐磨损和耐腐蚀性能最佳;采用“920 ℃保温1.5 h,炉冷至600 ℃保温2 h,空冷” (3#试样)和“900 ℃保温1.5 h,炉冷至620 ℃保温2 h,空冷” (4#试样)时,合金试样的腐蚀电位和耐腐蚀性能介于上述二者之间。与1#试样相比, 2#试样的磨损体积减小8×10−3 mm3、腐蚀电位正移53 mV。
放电等离子烧结法制备TiC/SiC复合增强材料的研究
刘小红, 王艳凤, 曹永娣, 刘建秀, 王兵维
2021, 42(6): 153-157. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.022
摘要(217) HTML (19) PDF(31)
摘要:
采用放电等离子烧结工艺,将不同用量的纳米SiC粉末与TiC颗粒相复合制备力学增强材料。分别对不同SiC粉末含量的试样进行SEM表征,对质量分数10%SiC的复合试样进行XRD测试。并着重分析探讨了SiC对复合材料在断裂韧性、导电性方面的影响及TiC对复合材料在材料密度和硬度方面的影响。结果表明:该复合增强材料内部晶粒细密化程度较高,结构缺陷度较低,SiC与TiC相容性优异。质量分数10%SiC样品中的各组分含量占比与XRD分析测试结果相一致,杂质衍射峰基本没有出现。SiC的加入对于复合材料断裂韧性和导电性的提升效果较为显著,30%SiC样品的断裂强度比单纯TiC材料高116%,平均电导率高约100倍。TiC的加入对于材料密度和硬度的提升作用较为良好,当TiC/SiC的含量之比为1.3∶1时,密度和硬度均达到最大值,分别为4.3 g/cm3和68.3HRA。试验结果基本符合预期。
钛合金焊接
高强钛合金TIG焊接工艺研究
冯靖, 樊立民, 耿乃涛, 杨柳, 武少杰, 程方杰
2021, 42(6): 158-163. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.023
摘要(401) HTML (35) PDF(60)
摘要:
采用一种新型Ti-V-Mo系高强钛合金,通过TIG自动送丝和手动填丝两种方式进行了焊接工艺试验,对焊接接头的成形、组织和力学性能进行了分析测试。结果表明:两种焊接方式下的焊缝外观成形都很美观,没有飞溅和咬边等缺陷,焊道表面呈银白色;母材是一种等轴α相含量较高的双态组织,热影响区晶粒十分粗大,内部主要是针状α'相,焊缝区晶粒也十分粗大,主要由层片α相转变组织构成,含有少量针状α'相;自动送丝TIG和手动填丝TIG的接头抗拉强度分别为822 MPa和612 MPa,热影响区的冲击吸收功分别达到了72.2 J和84.9 J,表明该钛合金在TIG焊接工艺下,热影响区具有良好的韧性特征。
TC4钛合金MIG焊接头热处理后组织性能研究
何逸凡, 陈东高, 张龙, 王大锋, 邵志文, 马良超
2021, 42(6): 164-170. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.024
摘要(415) HTML (30) PDF(55)
摘要:
对TC4钛合金MIG焊焊接接头进行焊后热处理,采用盲孔法、拉伸、冲击、金相、扫描等方法对接头进行试验与分析,研究不同热处理工艺对残余应力、组织和力学性能的影响。结果表明:焊接接头经焊后热处理,横向残余应力和纵向残余应力平均值最大降为74.2 MPa和70.1 MPa;未热处理接头母材区为α+β片层组织,焊缝区为α'针状马氏体组织,热影响区为α和α'混合组织。热处理后,随着热处理温度和时间的增加,焊缝组织中的针状α'马氏体粗化,晶粒尺寸增加;未热处理接头焊后拉伸断裂位置为母材处,接头强度高于母材。在650 ℃+2 h的热处理工艺下,接头延伸率较未热处理状态提高,断裂方式为韧性断裂,保温时间延长至3 h,晶粒粗大、延伸率降低。接头室温冲击功焊后状态能够达到母材的95%,经焊后热处理后接头得到软化,室温冲击功相比焊后状态有所下降。
TA1中厚板电子束焊接组织性能及接头强化原因分析
白威, 李大东, 董雪娇, 陈容
2021, 42(6): 171-177. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.025
摘要(290) HTML (31) PDF(170)
摘要:
采用真空电子束焊对30 mm厚TA1工业纯钛试板开展焊接试验,结合光学金相显微镜(OM)、维氏硬度、拉伸试验及电子背散射衍射(EBSD)对接头进行宏微观组织性能检验,分析电子束焊接过程对TA1材料微观组织与力学性能的影响及接头强化原因。结果表明:电子束焊接热循环过程使TA1母材至焊缝组织由等轴α向锯齿α转变;焊缝及热影响区的强度、硬度均高于母材;接头性能得到强化与锯齿α及针状α马氏体对硬度的提升作用、焊缝及热影响区内细小的锯齿状α晶粒以及微细孪晶对焊接组织的细化作用有关。
TC4/6061异种金属电阻点焊接头组织与性能研究
陈今良, 马巍, 李小兵
2021, 42(6): 178-183. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.026
摘要(337) HTML (43) PDF(18)
摘要:
采用2 mm厚的TC4钛合金和1.5 mm厚的6061铝合金进行电阻点焊,研究焊接热量与时间对接头拉剪力与熔核直径的影响,观察接头断裂特征并对接头进行了显微组织分析。试验结果表明:热影响区和熔核区的晶粒尺寸相对母材区变得粗大,靠近熔核的6061侧热影响区出现晶粒长大,TC4侧组织出现了细小的针状α'马氏体组织,并呈一定位向排列。随着焊接热量的增加,接头的拉剪力和焊核直径逐渐增加,随着焊接时间增加,接头的拉剪力和熔核直径先增加后减小;当Q=600 J时,接头的拉剪力最高,为1.17 kN。接头靠6061侧显微硬度无明显变化,靠TC4侧熔核区与热影响区硬度分布不均匀,当Q=550 J,t=10 s时硬度分布较理想。试验数据为钛/铝异种金属点焊提供理论指导。
TiAl合金建筑材料焊后热处理组织及性能研究
廖晨雅, 黎姝洵
2021, 42(6): 184-190. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.027
摘要(260) HTML (12) PDF(31)
摘要:
对建筑用TiAl合金电子束焊接接头进行了两种热处理试验研究,借助金相显微镜(OM)分析了接头不同区域的显微组织,并对焊接接头进行显微硬度测试,分析了两种热处理方式对建筑TiAl合金焊接接头组织及硬度带来的变化。研究表明,TiAl合金电子束焊接后焊缝组织主要为α2相,B相与O相。焊接接头局部热处理后接头硬度较高的区域有所增加,但整体呈下降趋势;热处理后,TiAl合金电子束焊接后合金焊缝区的B2相尺寸减小,但B2相分解的O相板条尺寸变大。整体热处理后焊接接头的显微硬度整体有所降低。两种热处理均能降低焊缝区显微硬度,并分布较为平稳。
基于步进式加热炉的钛坯加热过程温度场研究
向国进, 罗许, 耿乃涛, 张安康, 李俊洪, 于辉
2021, 42(6): 191-198. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.028
摘要(385) HTML (29) PDF(37)
摘要:
基于某钢厂的蓄热室步进式加热炉,以炉内的TA1钛坯为研究对象,建立传热的数学模型和加热过程的有限元模型,开展钛坯在炉内加热过程中的温度分布研究。研究炉膛温度和钛坯入炉温度对钛坯加热过程中最大断面温差的影响,以及预热段温度和一加热段温度对满足出炉要求钛坯芯部温度的加热时间影响。结果表明:钛坯经过预热段和加热段加热时,其最高温度一直位于端面角部,最低温度位于钛坯芯部,而经过均热段后,角部温度最低。预热段温度每升高5 ℃,最大断面温差增加1~2 ℃,钛坯入炉温度每升高50 ℃,最大断面温差减小3~8 ℃;预热段温度每升高10 ℃,芯部温度满足出炉要求的时间减少1~2 min,一加热段温度每升高10 ℃,芯部温度满足出炉要求的时间减少4~6 min。
高钛钢板坯连铸凝固传热与压下量数值计算研究
吴晨辉, 谢鑫, 李阳, 张敏, 吴国荣, 曾建华, 何为
2021, 42(6): 199-205. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.029
摘要(237) HTML (13) PDF(19)
摘要:
高钛钢具有较高的耐磨性、韧性、强度及晶间抗腐蚀性,已得到较普遍应用。针对高钛钢板坯连铸过程凝固传热与理论压下量开展了数值计算研究,结果表明:拉速1.0 m/min时,高钛钢在结晶器出口位置坯壳厚度约15 mm,凝固终点距弯月面约20.4 m,两相区长度约10.8 m,拉速每增加0.1 m/min,结晶器出口坯壳厚度减小约0.2 mm,凝固终点向后移动1.7 m,两相区长度增加约0.9 m,不同拉速时,补缩两相区凝固收缩所需理论压下量基本相同,约为2.2 mm。
基于应力三轴度的TA18钛合金损伤失效研究
张天文, 王莹, 李伟, 江健, 彭力, 于辉
2021, 42(6): 206-212. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.030
摘要(403) HTML (42) PDF(62)
摘要:
对TA18钛合金材料设计不同缺口尺寸的拉伸试样,进行不同应力状态下的室温拉伸试验及断口形貌观察,通过试验和数值计算结合的方法研究TA18钛合金的韧性断裂特性,分析了应力状态对微观断裂机制的影响规律。利用Bridgman正向计算法修正颈缩失稳后的应力数据,建立了TA18钛合金的Johnson-Cook(J-C)本构模型,计算了拉伸试样的平均应力三轴度和断裂应变,回归确定了TA18钛合金损伤失效模型。结果表明:不同应力状态下的TA18钛合金断裂应变各不相同,断裂应变随着应力三轴度的增大而减小,断口韧窝尺寸与应力三轴度呈正相关关系,所建立的损伤失效模型能够描述该材料的断裂特性。