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Ti-6Al-4V合金网篮组织与拉伸性能定量关系研究

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稀有金属材料与工程 2016年第9期45卷 2327-2331页

作者：石晓辉曾卫东孙宇韩远飞赵永庆郭萍西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072 西北有色金属研究院陕西西安710016

建立钛合金显微组织-拉伸性能定量关系对于组织-性能的控制及优化具有重要意义。基于定量金相学和体视学原理,利用多元非线性回归方法建立了Ti-6Al-4V合金网篮组织-拉伸性能定量关系模型。模型自变量包括片状α相厚度、片状α相长宽比,... 详细信息

建立钛合金显微组织-拉伸性能定量关系对于组织-性能的控制及优化具有重要意义。基于定量金相学和体视学原理,利用多元非线性回归方法建立了Ti-6Al-4V合金网篮组织-拉伸性能定量关系模型。模型自变量包括片状α相厚度、片状α相长宽比,因变量为合金的室温拉伸性能。经验证表明,所建立的多元回归模型对合金的拉伸性能具有较高的预测精度,预测值与实验值相吻合。

关键词：网篮组织拉伸性能定量关系 Ti-6Al-4V 多元非线性回归

TC21钛合金网篮组织特征对力学性能的影响研究

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中国材料进展 2023年第8期42卷 657-661页

作者：王哲刘程程李海宾陕西宏远航空锻造有限责任公司陕西咸阳713801 北京星航机电装备有限公司北京100074 中航天地激光科技有限公司北京102209

TC21钛合金是我国自主研发的一种高强高韧损伤容限型钛合金,分别采用准β锻造、准β锻造+(α+β)锻造以及β锻造工艺对TC21钛合金进行锻造,采用金相显微镜和扫描电子显微镜研究了锻造工艺对TC21钛合金显微组织的影响规律,以及显微组织... 详细信息

TC21钛合金是我国自主研发的一种高强高韧损伤容限型钛合金,分别采用准β锻造、准β锻造+(α+β)锻造以及β锻造工艺对TC21钛合金进行锻造,采用金相显微镜和扫描电子显微镜研究了锻造工艺对TC21钛合金显微组织的影响规律,以及显微组织与力学性能之间的关系。结果表明:采用准β锻造(T_(β)+15℃)后,TC21钛合金显微组织特征为破碎的β晶粒和编织程度较好的网篮组织,并且该组织具有良好的强度-塑性-韧性匹配;采用准β锻造后再进行(α+β)相区小变形,显微组织中部分片层α相呈短棒状分布,且网篮编织程度较差,强度与塑性与准β锻造后相当,但断裂韧性较差;在较高温度(T_(β)+25℃)进行锻造,TC21钛合金显微组织中形成粗大平直的晶界α相,材料的强度、塑性和韧性均较低。

关键词： TC21钛合金网篮组织 β相区锻造片层α相晶界α相

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医用TC4钛合金网篮组织热处理工艺

材料导报 2022年第S2期36卷 271-273页

作者：王晓亭乔波张登峰刘冰邬富宝吴利军张世全郑宏伟内蒙金属材料研究所内蒙古包头014034 山东大学材料科学与工程学院济南250061

经不同固溶时效冷却制度处理后,观察医用TC4钛合金显微组织,并测量硬度变化。结果表明:钛合金TC4获得良好抗疲劳性能和断裂韧性的网篮组织的热处理工艺为1020℃×1 h(AC)+550℃×3 h(AC)。经1000℃固溶后时效,TC4钛合金的硬度较时效前... 详细信息

经不同固溶时效冷却制度处理后,观察医用TC4钛合金显微组织,并测量硬度变化。结果表明:钛合金TC4获得良好抗疲劳性能和断裂韧性的网篮组织的热处理工艺为1020℃×1 h(AC)+550℃×3 h(AC)。经1000℃固溶后时效,TC4钛合金的硬度较时效前略有降低;在1020℃固溶后时效的过程中,随时效温度升高其硬度先增后减,在时效温度为650℃时达到最大值,此时水冷和空冷硬度值分别为435.7HV和435.3HV。

关键词：医用TC4 钛合金网篮组织热处理硬度

TC21钛合金网篮组织优化及其对力学性能影响研究

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TC21钛合金网篮组织优化及其对力学性能影响研究

作者：周建伟南昌航空大学

学位级别：硕士

随着飞行器件向高性能、高寿命与复杂化方向发展,航空结构材料的设计理念由过去的“安全-寿命”转变为现代的“损伤容限设计”。TC21钛合金是我国自主研制的新型高强度钛合金,在航空工业中得到广泛应用。钛合金网篮组织中片状α相所占... 详细信息

随着飞行器件向高性能、高寿命与复杂化方向发展,航空结构材料的设计理念由过去的“安全-寿命”转变为现代的“损伤容限设计”。TC21钛合金是我国自主研制的新型高强度钛合金,在航空工业中得到广泛应用。钛合金网篮组织中片状α相所占比例大,片状α相含量、厚度及长宽比对合金的综合性能有着至关重要的影响。然而由于热加工过程中温度、时间、冷却速率等多重因素的影响,片状α相形成和演化过程极其复杂,显微组织特征参数难以控制,且显微组织特征参数与力学性能之间是高度复杂的非线性关系。因此,研究探明网篮组织中片状α相的演化机制,合理调控网篮组织特征参数,实现TC21钛合金构件强度-塑性-韧性的良好匹配具有重要的意义。本文以TC21钛合金为研究对象,通过不同的热处理试验和室温拉伸试验,探究三重热处理过程中显微组织的演变规律及热处理工艺参数对TC21合金显微组织及力学性能的影响。分析并测量不同热处理工艺条件下网篮组织特征参数,结合室温拉伸力学性能指标,建立网篮组织特征参数与拉伸性能定量关系。本文主要研究内容和结论如下:(1)TC21钛合金在β单相区高温(T+30℃)固溶后,再经两相区低温(810℃～910℃)固溶和一次低温(590℃)时效后,合金的显微组织均呈现典型的网篮组织。第一重热处理主要影响β晶粒的尺寸与形态;第二重热处理主要调节网篮组织特征参数;第三重热处理主要影响残余β基体中二次α相的含量与形态。(2)第二重热处理温度对网篮组织特征参数及拉伸性能的影响规律表明:随着第二重热处理温度的升高(810℃～910℃),网篮组织中片状α相含量降低,长度缩短,厚度略有增加,合金的强度增加,塑性降低。当第二重热处理温度升高至930℃时,显微组织中观察不到网篮组织。三重热处理最佳工艺为:990℃/1h,AC+870℃/1h,AC+590℃/4h,AC,实现合金的强度与塑性良好匹配。(3)TC21钛合金经不同冷却速率处理后,显微组织和力学性能差异较大。空冷和水冷试样显微组织中由α相、β相和α’马氏体组成,而炉冷试样显微组织仅由α相和β相组成。三者拉伸性能相比较,水冷和空冷后合金表现为强度较好,塑性较差;炉冷后合金表现为强度较差,塑性较好。(4)对具有网篮组织的TC21钛合金进行室温拉伸实验,分析网篮组织特征参数对拉伸性能影响的基本规律。在此基础上,再分别基于多元非线性回归模型和BP人工神经网络模型,构建网篮组织特征参数与拉伸性能定量关系,结果表明这些定量关系模型对TC21钛合金的拉伸性能预测精度较高,预测值与实验值相符合。

关键词： TC21钛合金网篮组织三重热处理定量关系力学性能

TC21钛合金网篮组织调控及其拉伸性能的定量关系研究

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TC21钛合金网篮组织调控及其拉伸性能的定量关系研究

作者：谢鑫南昌航空大学

学位级别：硕士

TC21钛合金是国内继TC4-DT之后自主研发的一种高强高韧损伤容限型钛合金,该合金由于优秀的综合性能被大量应用于航空航天工业。其中钛合金网篮组织因其强度高和抗裂纹扩展能力好,被用作为飞机上关键承力件材料。但是钛合金网篮组织塑性... 详细信息

TC21钛合金是国内继TC4-DT之后自主研发的一种高强高韧损伤容限型钛合金,该合金由于优秀的综合性能被大量应用于航空航天工业。其中钛合金网篮组织因其强度高和抗裂纹扩展能力好,被用作为飞机上关键承力件材料。但是钛合金网篮组织塑性较差,且组织参数难以控制,为调控合金组织参数,使其塑性、强度和韧性良好匹配。本文将研究TC21钛合金高温变形过程中的组织变化规律,探索合金组织与力学性能之间的定量关系。本课题首先利用Gleeble3500热模拟试验机对TC21钛合金进行了热压缩模拟实验,分析了不同温度(890℃～990℃)、应变速率(0.01s～10 s)和变形量(40%、60%)条件下该合金流变应力变化规律及微观组织演变,并在Arrhenius经验公式基础上利用多元线性回归方法建立了该合金的本构方程模型。基于热压缩实验结果,设计了不同锻造和热处理方案,对原始坯料进行准β锻,并对锻后坯料进行双重退火处理,研究了锻后不同冷却方式和热处理工艺对合金网篮组织的影响;研究了网篮组织参数对拉伸力学性能的影响,确定了影响合金拉伸性能的主要参数并建立其与拉伸性能的定量关系。本文的具体研究内容如下:(1)TC21钛合金高温变形时存在明显的流变软化现象,合金流变应力随着变形温度的升高和应变速率的减小而明显下降,变形程度的变化对其影响不显著,并出现不连续屈服现象。利用应力-应变数据,在Arrhenius经验公式基础上应用多元线性回归方法建立合金的本构方程模型。(2)分析了热压缩变形后的TC21钛合金微观组织,结果显示合金微观组织对温度与应变速率较为敏感。(α+β)两相区变形时,随着变形温度的升高,微观组织逐渐粗化,当温度接近相变点时,α→β相转变发生并伴随着β晶粒的动态再结晶。单相区变形时,微观组织动态再结晶和动态回复同时进行。随着温度的升高和应变速率增加,动态再结晶程度增强,同时动态回复作用也增加,β晶粒发生长大,尺寸增加。(3)分析TC21钛合金准β锻后微观组织发现,锻后冷却方式对锻后组织形貌影响较大。锻后水冷时,冷却速度过快,合金锻后显微组织只观察到β晶粒,未发现β→α相组织转变。锻后空冷时,冷却速度慢,合金显微组织中出现由晶界向晶内析出的针状α相。对锻后合金试样进行双重热处理发现,第一重退火温度对网篮组织片状α相的长度、宽度和含量影响较大,第二重退火温度主要影响次生α相尺寸。变形后试样在900℃,1h/AC+590℃,4h/AC条件下双重退火时,获得的网篮组织形貌最佳。(4)研究了网篮组织对TC21钛合金力学性能的影响,结果表明随着片状α相含量和厚度的增加,合金强度降低,塑性提升。而片状α相的长宽比的影响正好相反,随着长宽比的增加,合金强度增加,塑性降低。在分析组织参数对力学性能影响的基础上,采用二次多项式函数建立了钛合金网篮组织主要特征参数(片状α相含量、厚度、长宽比)与拉伸性能的定量关系式。

关键词： TC21钛合金高温变形网篮组织热处理定量关系

网篮组织TC4ELI钛合金TIG焊接接头的性能分析

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中国钛业 2018年第4期 32-36页

作者：左晓婷张鹏刘鸿彦郗运富燕辉陈欣南京宝色股份公司江苏南京211100

对网篮组织TC4ELI钛合金板材进行TIG焊接,并进行焊后热处理以消除残余应力。对焊接接头显微组织和力学性能进行检测,结果表明:热处理前后,焊缝和母材组织形态未发生太大变化,母材仍为α+β相的网篮组织,焊缝处为针状马氏体α'组织。热... 详细信息

对网篮组织TC4ELI钛合金板材进行TIG焊接,并进行焊后热处理以消除残余应力。对焊接接头显微组织和力学性能进行检测,结果表明:热处理前后,焊缝和母材组织形态未发生太大变化,母材仍为α+β相的网篮组织,焊缝处为针状马氏体α'组织。热处理后焊接接头的拉伸性能比母材稍低,但相差不大,室温冲击性能良好,尤其焊缝处的冲击性能最高。焊接接头的显微硬度分布规律为焊缝最低,热影响区和母材相差不大,其中热影响区稍高,但靠近母材处有一硬度薄弱区。

关键词：网篮组织 TC4ELI 焊后热处理显微组织力学性能

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Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳行为

金属学报 2007年第7期43卷 705-709页

作者：左景辉王中光韩恩厚中国科学院金属研究所材料环境腐蚀研究中心沈阳110016 中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室沈阳110016

采用超声疲劳实验分别确定了双态和网篮两种组织的Ti-6Al-4V合金的疲劳寿命（S-N）曲线．并用SEM观察疲劳断口．结果表明,两种组织合金的S-N曲线均保持下降趋势,在10^5-10^9 cyc间不出现水平段,不存在传统意义的疲劳极限,断口形貌分析表... 详细信息

采用超声疲劳实验分别确定了双态和网篮两种组织的Ti-6Al-4V合金的疲劳寿命（S-N）曲线．并用SEM观察疲劳断口．结果表明,两种组织合金的S-N曲线均保持下降趋势,在10^5-10^9 cyc间不出现水平段,不存在传统意义的疲劳极限,断口形貌分析表明,随着应力幅的降低,二者的裂纹萌生位置都发生了由试样表面到内部的转变．与加载频率为25Hz时的疲劳实验结果进行比较后发现,超声疲劳加载条件下,疲劳强度提高,疲劳寿命延长,且频率对网篮组织合金疲劳性能的影响大于对双态组织的影响．

关键词：超高周疲劳疲劳强度疲劳极限双态组织网篮组织

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三种组织TC17合金的疲劳裂纹扩展行为

稀有金属材料与工程 2018年第12期47卷 3741-3747页

作者：张赛飞曾卫东龙雨李欣徐建伟西北工业大学凝固技术国家重点实验室陕西西安710072

通过对TC17合金进行常规锻造、β锻造和"二次锻造"工艺,获得了等轴组织、网篮组织和球化组织3种典型微观组织,测试了不同显微组织对TC17合金疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,显微组织对TC17合金的疲劳裂纹扩展速率具有显著影响,网篮... 详细信息

通过对TC17合金进行常规锻造、β锻造和"二次锻造"工艺,获得了等轴组织、网篮组织和球化组织3种典型微观组织,测试了不同显微组织对TC17合金疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明,显微组织对TC17合金的疲劳裂纹扩展速率具有显著影响,网篮组织的抗裂纹扩展能力最优,球化组织次之,等轴组织最差;断口分析表明,该合金的抗裂纹扩展能力与组织中的裂纹偏折和分叉密切相关。基于线弹性断裂力学和Paris公式,建立了3种典型组织TC17合金的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,对预测模型的分析发现,高韧性组织具有显著较高的临界裂纹长度,而在裂纹扩展寿命方面,高韧性组织的优势并不十分明显。长裂纹扩展寿命仅占疲劳总寿命的极小部分,因而控制裂纹起始(形核和短裂纹扩展)更为重要,提高抗疲劳裂纹扩展能力的意义在于提高临界裂纹长度。

关键词： TC17合金疲劳裂纹扩展等轴组织网篮组织球化组织

TC18钛合金模锻件低倍组织分层机理及预测

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中国有色金属学报 2023年第2期33卷 343-352页

作者：陈雷张禹森张启飞胡峻华薛明达郭晓敏金淼燕山大学机械工程学院秦皇岛066004 中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司德阳618013

TC18钛合金模锻件低倍组织显现出分层现象。通过热模拟试验,利用金相统计并结合微拉伸、SEM等手段,分析对比了近表层表现出的“冷模组织”及近中心层的网篮组织的显微特点及力学性能,探讨了经β锻造及热处理后TC18模锻件由表及里显现出... 详细信息

TC18钛合金模锻件低倍组织显现出分层现象。通过热模拟试验,利用金相统计并结合微拉伸、SEM等手段,分析对比了近表层表现出的“冷模组织”及近中心层的网篮组织的显微特点及力学性能,探讨了经β锻造及热处理后TC18模锻件由表及里显现出的低倍组织分层机理,提出了低倍分层出现的工艺条件判据并建立了预测模型。结果表明:经单相区加热后,锻件表层变形温度降低(处于双相区)且变形程度小,这使得变形前粗大晶粒的破碎程度降低,难以形成网篮组织,而以“冷模组织”的特征存在,导致了明显的分层现象。特别是“冷模组织”对应的伸长率明显降低,难以达标。随着变形温度(t)的降低,获得网篮组织的临界应变量(εf)增大,根据热模拟试验的系统数据对εf与t之间的关系进行量化表达;以εf为判据,通过二次开发建立了有限元子程序,实现了锻件低倍组织分层的可视化预测。

关键词：近β钛合金冷模组织低倍分层网篮组织可视化模型