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低成本钛合金在车辆上的工程应用研究

现代交通与冶金材料 2024年第1期4卷 75-80页

作者：商国强王新南雷云清李明兵祝力伟朱知寿中国航发北京航空材料研究院先进钛合金航空科技重点实验室北京100095 青海聚能钛金属材料技术研究有限公司青海西宁810007

随着钛合金在航空航天等领域的用量不断提升,昂贵的加工和使用成本已经成为制约其扩大应用的主要障碍,迫切需要发展低成本钛合金材料及其加工技术,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... 详细信息

随着钛合金在航空航天等领域的用量不断提升,昂贵的加工和使用成本已经成为制约其扩大应用的主要障碍,迫切需要发展低成本钛合金材料及其加工技术,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。本文通过添加100%返回料的方式,成功制备了化学成分合格的Ti-Al-V系低成本钛合金铸锭,并采用短流程轧制技术制备了各种规格的板材,分析了轧制过程中Ti-Al-V系低成本钛合金的组织性能演变过程,研制的各规格板材通过了某车辆炮塔体的考核试验。同时采用短流程锻造加工技术,研制了低成本高性能钛合金平衡肘锻件,其显微组织和力学性能均能满足技术标准要求,通过了某车辆的跑车考核试验。

关键词：低成本钛合金 EB炉熔炼显微组织力学性能

一种提高Ti-Al-V-Cr-Fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺

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钛工业进展 2024年第4期41卷 8-8页

本发明公开了一种提高Ti-Al-V-Cr-Fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺,该工艺包括:(1)将钛合金铸锭进行相变点温度以上的多火次开坯及高温锻造;(2)相变点温度以下的锻造;(3)相变点温度以上的终锻;(4)退火处理后空冷至室温,最终得到Ti-A... 详细信息

本发明公开了一种提高Ti-Al-V-Cr-Fe系低成本钛合金力学性能的加工工艺,该工艺包括:(1)将钛合金铸锭进行相变点温度以上的多火次开坯及高温锻造;(2)相变点温度以下的锻造;(3)相变点温度以上的终锻;(4)退火处理后空冷至室温,最终得到Ti-Al-V-Cr-Fe系钛合金成品。本发明采用高—低—高的锻造方式,结合锻后“空冷+水冷”的冷却方式以及退火处理,得到具有项链状的晶界α相、网篮状分布的多尺度片状α相复杂微观结构,从而使钛合金成品具有较高的强度以及良好的塑性和韧性,大大提高了钛合金强度—塑性—韧性匹配。

关键词：低成本钛合金相变点力学性能锻造方式退火处理高温锻造开坯晶界α相

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Fe代替V制备低成本钛合金的组织与性能

特种铸造及有色合金 2022年第5期42卷 535-539页

作者：王亮颜卉姜博涛陈云骆良顺苏彦庆郭景杰哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室

设计了4种成分的低成本Ti-Al-V-Fe合金,通过真空非自耗电弧熔炼及热处理得到成分较为均匀的(α+β)钛合金铸锭,并利用扫描电镜、拉伸试验机、数显硬度计等手段研究了不同Fe和V含量的低成本钛合金的微观组织与力学性能。结果表明,不同成... 详细信息

设计了4种成分的低成本Ti-Al-V-Fe合金,通过真空非自耗电弧熔炼及热处理得到成分较为均匀的(α+β)钛合金铸锭,并利用扫描电镜、拉伸试验机、数显硬度计等手段研究了不同Fe和V含量的低成本钛合金的微观组织与力学性能。结果表明,不同成分钛合金的组织差异不明显,多为粗大柱状晶,显微组织为魏氏组织和网篮状组织;随着Fe和V含量增加,其屈服强度和抗拉强度随之增大,其中Fe比V的强化效果更明显;当Fe含量升高时,钛合金伸长率降低程度明显严重,Fe含量过高会使晶格畸变过大引起相的脆化;V对钛合金组织细化作用明显,当V含量增加时钛合金伸长率略有提高。

关键词：低成本钛合金 Ti-Al-V-Fe 微观组织力学性能

碳微合金化对Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe低成本钛合金组织及力学性能的影响

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钢铁钒钛 2022年第6期43卷 71-77页

作者：王安东王志天相志磊韩竟俞周宗熠申高亮黄景存陈子勇北京工业大学材料与制造学部北京100124

采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉制备了不同碳含量为0、0.1%、0.15%和0.3%的Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe低成本钛合金,研究了碳微合金化对钛合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明:随着碳元素的引入,原始β晶粒以及α片层宽度尺寸有一定的细... 详细信息

采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉制备了不同碳含量为0、0.1%、0.15%和0.3%的Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe低成本钛合金,研究了碳微合金化对钛合金铸态组织和力学性能的影响。结果表明:随着碳元素的引入,原始β晶粒以及α片层宽度尺寸有一定的细化,合金铸态凝固组织由魏氏组织逐渐转变为网篮组织,TiC在晶界析出。碳含量增加,合金强度增强,塑性降低,其中Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe-0.1C合金综合力学性能最佳,抗拉强度和屈服强度分别为979 MPa和920 MPa,延伸率为5.4%。

关键词：低成本钛合金碳微合金化铸态组织力学性能

碳微合金化对低成本钛合金组织及力学性能的影响

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热加工工艺 2023年第8期52卷 60-64,70页

作者：王志天相志磊马小昭韩竟俞陈子勇北京工业大学材料科学与工程学院北京100020

研究了碳含量对α+β型低成本钛合金Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe微观组织、室温力学性能的影响。结果表明:碳元素的引入细化了原始β晶粒,导致铸态凝固组织由魏氏转变为网篮组织。当碳添加量为0.1wt%~0.3wt%时,Ti C相由细小近等轴状变为短棒状... 详细信息

研究了碳含量对α+β型低成本钛合金Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe微观组织、室温力学性能的影响。结果表明:碳元素的引入细化了原始β晶粒,导致铸态凝固组织由魏氏转变为网篮组织。当碳添加量为0.1wt%~0.3wt%时,Ti C相由细小近等轴状变为短棒状和长条状。980℃热轧后,合金强度提升,塑性最高可达15%,力学性能明显改善。这是由于轧制过程中组织破碎晶内大量位错塞积,通过EBSD织构分析发现随着碳含量增加,织构强度减小,Ti C相为α相的再结晶提供了形核质点。其中Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe-0.1C合金在室温下表现出良好的强度和断裂伸长率匹配。

关键词：低成本钛合金微合金化显微组织力学性能

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新型低成本钛合金的热变形行为研究

特种铸造及有色合金 2023年第8期43卷 1132-1136页

作者：胡金宝牟义强张洺川姚楠王枫覃美玲徐勤思沈阳航空航天大学民用航空学院攀枝花市午跃科技有限公司

针对一种新型低成本钛合金Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe在应变速率范围为0.0002~0.2 s^(-1),变形温度在1123~1273 K之间,工程应变量为50%条件下的热变形行为进行了研究。根据真应力-真应变曲线分析变形参数对流变应力的影响,建立了该合金的Arrhen... 详细信息

针对一种新型低成本钛合金Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe在应变速率范围为0.0002~0.2 s^(-1),变形温度在1123~1273 K之间,工程应变量为50%条件下的热变形行为进行了研究。根据真应力-真应变曲线分析变形参数对流变应力的影响,建立了该合金的Arrhenius本构模型。基于动态材料学模型,给出Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金在真应变为0.92下的加工图,以优化相应的工艺参数。

关键词：低成本钛合金热变形行为本构方程加工图

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碳微合金化对低成本钛合金组织及性能影响

碳微合金化对低成本钛合金组织及性能影响

作者：王志天北京工业大学

学位级别：硕士

以Ti-Al-Fe合金为基础,设计了一种新型α+β双相Ti-4.5Al-3.5Zr-2Fe低成本钛合金,并加入不同质量分数(0.1%、0.15%、0.3%)的碳元素,分别标记为TAZF基体合金,TAZF-0.1C,TAZF-0.15C,TAZF-0.3C合金。利用廉价Fe元素替代TC4合金中较昂贵的V元素,并加入部分Zr元素补充强化,提高性能。在此基础上,添加微量碳元素对其改性处理。在加工过程中,利用自由锻以及温轧工艺,从原材料以及加工过程中降低合金成本,并通过最终退火处理得到性能优异的细小等轴晶组织,该合金成本仅为TC4合金的70%～75%。采用水冷铜坩埚真空感应悬浮熔炼炉(ISM)经三次熔炼炼制合金铸锭。利用差式扫描量热法(DSC)测得不同碳含量钛合金相变点,为后续热加工提供参数依据。采用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)对其微观组织、物相、拉伸断口进行观察,用X射线衍射仪(XRD)对物相定性分析,透射电镜(TEM)用于分析亚结构以及变形过程中第二相周围位错演变,利用电子万能试验机机对合金进行力学性能拉伸测试。碳添加量在小于0.15wt.%范围时,合金铸态显微组织为魏氏组织,晶界有少量等轴状Ti C相析出。当碳含量达到0.3wt.%时,原始β晶粒内α片层取向随机化明显,原始β晶界被大量析出的长条状Ti C相占据,ɑ片层交叉分布,呈现出网篮组织形貌。TAZF基体合金的抗拉强度和屈服强度分别为881.6MPa和811.5MPa,延伸率为6.9%;TAZF-0.1C合金具有良好的强塑性匹配,抗拉强度和屈服强度分别为979.0MPa和920.0MPa,延伸率为5.4%;TAZF-0.15C和TAZF-0.3C合金强度略有提升,但塑性下降明显。TAZF-0.1C合金为最佳成分合金。TAZF-0.1C铸态合金最佳热处理工艺为950 ST/1h+600 A/4h,热处理后抗拉强度达到1038.7MPa,屈服强度为987.0MPa,延伸率为5.5%,可作为铸造合金进行实际应用。TAZF和TAZF-0.1C铸态合金在980℃保温后,进行多向空气锤锻。TAZF基体合金锻造后组织转变为网篮组织,次生ɑ板条交叉分布,初始β晶粒内α片层破碎,少数片层在外力作用下弯曲扭折球化再结晶。随着碳元素的引入,等轴α相逐渐增加,织构强度逐渐减小。TAZF-0.1C合金中析出的Ti C相钉扎了大量位错,增加了变形后材料的位错密度,增加形变储存能,即增加再结晶的驱动力。相比基体,再结晶分数增加。TAZF-0.1C合金锻后力学性能明显提升,室温抗拉强度和屈服强度分别为1067.9MPa和1019.0MPa,延伸达12.7%。400℃高温拉伸抗拉强度、屈服强度分别达到741.6MPa、561.3MPa,延伸率为13.4%。对锻态TAZF-0.1C合金进行轧制实验,合金轧制前进行1010℃预热处理,并采取不同冷却方式。其中合金空冷后为针状ɑ组织,水冷后为大量细小过饱和固溶马氏体ɑ’相。分别对预热处理后以及锻后合金进行700、750、800℃温度下轧制。锻后直接轧制,等轴α相随温度升高长大,次生α片层宽度增加,残余β相增多。1010℃保温空冷以及水冷后轧制,组织均为沿轧制方向的纤维组织。水冷后轧制纤维组织更为细小,同时水冷后750℃轧制组织中观察到β相的球化。合金经800℃轧制后观察到片层α相再结晶。F+1010WC+750R工艺处理后TAZF-0.1C具有最优的力学性能,室温抗拉强度和屈服强度分别为1202.2MPa和1092.5MPa,延伸率达8.0%。TAZF-0.1C合金经F+1010WC+750R工艺轧制后,分别在700/750/800/850℃温度下进行不同时间退火,结果表明在750℃退火4h后合金原始片层组织基本完全发生静态再结晶转变为1μm左右的细小等轴晶。随着退火温度升高,再结晶晶粒长大。退火后合金强度下降,延伸率增加,750℃退火4h后合金具有最佳的力学性能,抗拉以及屈服强度分别为1117.2MPa和1056.3MPa,断后延伸率高达15.9%。

关键词：低成本钛合金碳微合金化显微组织力学性能

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低成本钛合金激光-电弧复合焊接仿真分析

新技术新工艺 2023年第3期423卷 28-31页

作者：刘政高金良冯和永万鹏宋旭杰胡锦川北京北方车辆集团有限公司北京100072 陆军装备部驻北京地区军事代表局驻北京地区第八军代室北京100072

以10 mm的TC4LCA钛合金板为母材,建立TC4LCA板材有限元焊接接头模型,应用Marc软件对热源进行校核,校核结果吻合度较好,并对温度场和应力场进行模拟计算,结果表明焊缝底部位置存在较大残余应力,是焊接缺陷敏感区域;焊后试件中间位置横截... 详细信息

以10 mm的TC4LCA钛合金板为母材,建立TC4LCA板材有限元焊接接头模型,应用Marc软件对热源进行校核,校核结果吻合度较好,并对温度场和应力场进行模拟计算,结果表明焊缝底部位置存在较大残余应力,是焊接缺陷敏感区域;焊后试件中间位置横截面横向残余应力呈现上表面与下表面两端受压、中间受拉的状态,板厚方向残余应力数值较小。

关键词：低成本钛合金激光-MIG复合焊温度场应力场残余应力数值模拟

Ti8LC低成本钛合金疲劳裂纹扩展行为研究

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稀有金属材料与工程 2009年第12期38卷 2171-2174页

作者：贾蔚菊曾卫东段风川王焱周义刚西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 一航红原锻铸工业公司陕西三原713801

采用双重退火对Ti8LC低成本钛合金进行热处理,测试其拉伸性能,并对其疲劳裂纹扩展行为进行研究,探索其疲劳断裂机制。结果表明,提高双重退火的第1次退火温度,强度略有升高,塑性降低。da/dN试样断口3个区特征明显:预裂区为解理断裂机制... 详细信息

采用双重退火对Ti8LC低成本钛合金进行热处理,测试其拉伸性能,并对其疲劳裂纹扩展行为进行研究,探索其疲劳断裂机制。结果表明,提高双重退火的第1次退火温度,强度略有升高,塑性降低。da/dN试样断口3个区特征明显:预裂区为解理断裂机制。稳态扩展区裂纹以条纹循环机制向前扩展,同时能观察到很多二次裂纹。快速扩展区的断口呈韧窝型断裂特征。该合金的疲劳裂纹扩展速率对退火温度不敏感。

关键词：低成本钛合金断裂韧性疲劳裂纹扩展速率