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tc4钛合金扩散连接接头的振动疲劳特性及劣化机理

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Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2024年第2期34卷 533-546页

作者：雷奕文马广璐刘悦赵伟吴会平李细锋上海交通大学材料科学与工程学院塑性成形技术与装备研究院上海200030 沈阳黎明航空发动机有限责任公司沈阳110043

为了研究扩散连接工艺对材料振动疲劳特性的影响,对扩散连接后的tc4钛合金和原始母材进行一系列振动疲劳试验以及显微组织表征。结果表明:扩散连接的热循环过程引起tc4钛合金显微组织变化,并导致其振动疲劳性能降低。经扩散连接后,tc4... 详细信息

为了研究扩散连接工艺对材料振动疲劳特性的影响,对扩散连接后的tc4钛合金和原始母材进行一系列振动疲劳试验以及显微组织表征。结果表明:扩散连接的热循环过程引起tc4钛合金显微组织变化,并导致其振动疲劳性能降低。经扩散连接后,tc4钛合金晶粒尺寸的不均匀性增加,加重了材料不同取向α晶粒间的不协调变形,从而使微孔洞易于在晶粒尺寸差异较大的两α晶粒的晶界上萌生,或者在较大α晶粒的内部萌生。同时,扩散连接后材料α晶粒取向的变化使得柱面滑移系更易被启动,促进了裂纹更早地萌生。此外,扩散连接后tc4钛合金β相含量的增加为微孔洞提供了更多的形核位置。因此,由扩散连接热循环过程造成的晶粒尺寸不均匀性增加、晶粒取向变化和β相含量增加使扩散连接tc4钛合金的振动疲劳性能劣化。

关键词：扩散连接振动疲劳热循环 tc4钛合金

tc4钛合金表面超音速火焰喷涂防护涂层及其摩擦学性能研究

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表面技术 2024年第5期53卷 69-77页

作者：刘畅张春晖杜鹏程许建亮高名传陈同舟武汉材料保护研究所有限公司武汉430030 特种表面保护材料及应用技术国家重点实验室武汉430030 武汉船用机械有限责任公司武汉430080 凌云科技集团有限责任公司武汉430030

目的改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损,提升钛合金零部件的使用寿命。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在tc4钛合金表面上制备Cr_(3)C_(2)-NiCr、Ni50和NiCr涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等分析涂层的显微结构... 详细信息

目的改善钛合金零部件之间因相对滑动造成的磨损,提升钛合金零部件的使用寿命。方法采用超音速火焰喷涂(HVOF)方法在tc4钛合金表面上制备Cr_(3)C_(2)-NiCr、Ni50和NiCr涂层。采用扫描电子显微镜(SEM)、显微硬度计等分析涂层的显微结构及力学性能,采用多功能摩擦磨损试验机及白光共焦三维形貌仪测试和分析不同涂层与tc4钛合金在干摩擦条件下的摩擦学性能。结果Ni50和NiCr涂层的硬度分别为680HV0.3和438HV0.3,低于Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层硬度1120HV0.3。在高载荷作用下,由于Ni50和NiCr涂层的硬度较低,导致其颗粒界面出现裂纹,断裂韧性测试表现低于Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层。3种涂层的摩擦系数及波动均大于tc4钛合金基材。Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层对tc4的切削和NiCr涂层对tc4的黏着导致了tc4对磨副的严重磨损。中等硬度的Ni50涂层对tc4的切削和黏着作用分别弱于Cr_(3)C_(2)-NiCr和NiCr涂层,tc4对磨副的磨损损失最低。结论采用超音速火焰喷涂技术制备Ni50涂层可以降低tc4钛合金基体和摩擦副的黏着磨损损失,本研究为钛合金表面耐磨涂层的设计和提高钛合金零部件间的摩擦性能提供了一种可行的方案。

关键词： HVOF tc4钛合金 Cr_(3)C_(2)-NiCr涂层 Ni50涂层断裂韧性摩擦学性能

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tc4钛合金电致塑性本构方程建立

塑性工程学报 2024年第3期31卷 91-99页

作者：翟瑞雪吴庚洋乔铮金卓翰李书宇张正义燕山大学先进锻压技术与科学重点实验室河北秦皇岛066004 燕山大学机械工程学院河北秦皇岛066004

采用自行设计的绝缘夹具对tc4钛合金板材进行了电致塑性单向拉伸试验。基于对照试验的方法,以无脉冲电流且不同温度条件作为参照,与同等温度条件下脉冲电流加热情况进行对比,以探索电流参数对tc4钛合金电致塑性效应和力学性能的影响规... 详细信息

采用自行设计的绝缘夹具对tc4钛合金板材进行了电致塑性单向拉伸试验。基于对照试验的方法,以无脉冲电流且不同温度条件作为参照,与同等温度条件下脉冲电流加热情况进行对比,以探索电流参数对tc4钛合金电致塑性效应和力学性能的影响规律。结果表明:在试验研究范围内,脉冲电流的占空比主要影响材料的温度变化,脉冲电流密度对tc4钛合金的电致塑性起主导地位,脉冲电流作用下的tc4钛合金材料抗拉强度大幅下降,塑性提高。基于Johnson-Cook模型和Arrhenius方程建立了耦合温度和脉冲电流密度的tc4钛合金电致塑性本构方程,并进行了验证。

关键词： tc4钛合金电致塑性效应本构方程应力-应变关系

大厚度tc4钛合金激光增材连接过程分区组织调控

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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1285-1299页

作者：吕飞阅王磊磊高转妮张家豪黎一帆李琳沁占小红南京航空航天大学材料科学与技术学院南京211106

针对大厚度钛合金构件激光增材连接过程中热累积效应导致的组织粗化及性能劣化问题,本文开展了微观组织分区调控研究,分析了厚板不同位置的晶粒尺寸与析出相形态随着激光功率与扫描速率的变化规律,形成了激光增材连接件分区组织调控方... 详细信息

针对大厚度钛合金构件激光增材连接过程中热累积效应导致的组织粗化及性能劣化问题,本文开展了微观组织分区调控研究,分析了厚板不同位置的晶粒尺寸与析出相形态随着激光功率与扫描速率的变化规律,形成了激光增材连接件分区组织调控方法。结果表明:通过改变激光功率来调控组织形态的参数灵敏度较高,针对激光增材连接过程热累积效应导致的组织粗化问题,需改变激光扫描速率来调控试样中上部及顶部的组织形态。当激光有效能量为5.46×10^(5) J时,增材连接试样的抗拉强度高达915 MPa左右,同时断口韧窝尺寸较大,材料塑韧性较优异。因此,在激光增材连接过程中进行分区组织调控,可实现连接件整体力学性能的显著提升。

关键词：激光增材连接 tc4钛合金有效激光能量微观组织分区调控

tc4钛合金样品硬度对激光诱导等离子体温度的影响研究

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量子电子学报 2024年第3期41卷 522-532页

作者：杨楠程天乐史广源皮雨欣崔敏超西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室陕西西安710072 西北工业大学机电学院陕西西安710072

钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等优良特性,目前已被广泛应用于压气机盘和叶片制造等航空制造领域。然而,钛合金材料的硬度较低,在服役过程中极易出现摩擦损耗等问题,从而降低部件的使用寿命。因此,原位、实时的硬度监测对钛合金部... 详细信息

钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等优良特性,目前已被广泛应用于压气机盘和叶片制造等航空制造领域。然而,钛合金材料的硬度较低,在服役过程中极易出现摩擦损耗等问题,从而降低部件的使用寿命。因此,原位、实时的硬度监测对钛合金部件在使用过程中的性能评估具有重要意义。本工作利用激光诱导击穿光谱(LIBS)对tc4钛合金样品热处理后的不同硬度进行了表征。实验结果发现,随着样品硬度增大,材料的激光诱导等离子体温度呈上升趋势,表明激光诱导等离子体温度可以作为金属硬度的重要表征参数。研究还进一步探究了材料硬度变化对等离子体温度影响的内在机理。

关键词：光谱学硬度检测激光诱导击穿光谱等离子体温度 tc4钛合金

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tc4钛合金的高温变形行为及损伤机理研究

兵器材料科学与工程 2024年第4期47卷 8-14页

作者：戚英伟陈宏燃王祥贺谢洪志付和国赵天章沈阳航空航天大学航空宇航学院辽宁沈阳110136 沈阳飞机工业(集团)有限公司辽宁沈阳110034 沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点实验室辽宁沈阳110136

本文在500~800℃、应变率为0.001~0.1 s^(-1)条件下对tc4钛合金进行高温力学性能测试,研究其高温变形行为。根据NCL损伤准则计算出临界损伤值,引入温度补偿因子Z,建立基于温度和应变率的损伤本构模型。通过表征显微组织,从微观上解释高... 详细信息

本文在500~800℃、应变率为0.001~0.1 s^(-1)条件下对tc4钛合金进行高温力学性能测试,研究其高温变形行为。根据NCL损伤准则计算出临界损伤值,引入温度补偿因子Z,建立基于温度和应变率的损伤本构模型。通过表征显微组织,从微观上解释高温变形行为和损伤机理。结果表明:在500~800℃下,tc4钛合金的流变应力出现加工硬化,以及动态再结晶;用三次多项式对损伤本构模型进行拟合,拟合曲线和试验结果的相关系数达到0.96;由显微组织表征结果可得,在500~800℃下,tc4钛合金变形以动态再结晶为主。断裂方式为韧性断裂,且随温度的升高和应变率的降低,韧窝数量增多、形状更规则,材料塑性增强。

关键词： tc4钛合金高温力学性能损伤本构微观表征

tc4钛合金微锻残余应力预测模型及实验验证

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机械设计与研究 2024年第3期 194-198+204页

作者：陈耀宗李亚萍王亚齐王成瀚金思雨沈彬上海交通大学机械与动力工程学院上海飞机制造有限公司

为了能够预测tc4微锻过程所引入的残余应力场，提出一种基于卷积神经网络(CNN)和长短时记忆网络(LSTM)的组合模型，其中CNN模块对输入数据进行高维特征提取，LSTM模块进行序列化建模处理。建立了tc4微锻有限元模型并通过微锻实验验证了... 详细信息

为了能够预测tc4微锻过程所引入的残余应力场，提出一种基于卷积神经网络(CNN)和长短时记忆网络(LSTM)的组合模型，其中CNN模块对输入数据进行高维特征提取，LSTM模块进行序列化建模处理。建立了tc4微锻有限元模型并通过微锻实验验证了有限元模型的准确性，基于有限元仿真建立数据集并对该模型进行训练，结果表明，该模型的各项性能指标都优于LSTM模型。通过微锻实验验证了该模型的预测效果，表明该模型具备一定的有效性和实用性。

关键词：神经网络表面微锻残余应力预测 tc4钛合金

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tc4钛合金低温拉伸行为与本构建模

塑性工程学报 2024年第1期31卷 204-215页

作者：詹奇云靳刚韩进李文硕林怀鑫天津职业技术师范大学天津市高速切削与精密加工重点试验室天津300222

在20、10、0、-10、-20、-30和-40℃温度下开展了tc4钛合金拉伸行为的试验研究,分析了温度变化对材料力学性能的影响规律,构建了Johnson-Cook和Modified Zerilli-Armstrong本构模型,预测了tc4钛合金的动态本构关系,并将tc4钛合金塑性阶... 详细信息

在20、10、0、-10、-20、-30和-40℃温度下开展了tc4钛合金拉伸行为的试验研究,分析了温度变化对材料力学性能的影响规律,构建了Johnson-Cook和Modified Zerilli-Armstrong本构模型,预测了tc4钛合金的动态本构关系,并将tc4钛合金塑性阶段的本构模型代入ABAQUS软件进行拉伸有限元模拟仿真分析。结果表明:tc4钛合金在试验温度区间内具有一定敏感性。随着温度的下降,tc4钛合金的弹性变形能力变化不大,塑性变形能力、抗拉强度和屈服强度逐渐提高,而最大伸长率先增大后减小,0℃时最大,-40℃时最小;塑性阶段-40℃时材料的应力值最大,20℃最小;0℃时材料的断裂应变最大,-40℃最小。还发现Johnson-Cook本构的预测结果与试验值吻合更好;仿真与试验在塑性阶段和断裂阶段具有较好的吻合性,屈服强度、抗拉强度和伸长率的误差在5%以内。

关键词： tc4钛合金低温拉伸本构模型力学性能有限元仿真

植酸修饰改性对tc4钛合金微弧氧化膜层性能的影响

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稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 954-962页

作者：兰欣悦王平龚泽宇罗许郑友平邓博文钒钛资源综合利用国家重点实验室四川攀枝花607000 西南石油大学新能源与材料学院四川成都610500 中国科学院大学中国科学院化学研究所北京100190

通过向电解液中添加有机酸植酸,提升了tc4钛合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能和热稳定性。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和热冲击实验等技术手段,分析了植酸对涂层形成、形貌和性能的影响。结果显示,植酸的添加使放... 详细信息

通过向电解液中添加有机酸植酸,提升了tc4钛合金微弧氧化涂层的耐腐蚀性能和热稳定性。通过扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪和热冲击实验等技术手段,分析了植酸对涂层形成、形貌和性能的影响。结果显示,植酸的添加使放电微孔更加细小,提高了涂层的形成效率并优化了相结构。通过动电位极化测试,发现添加植酸显著提高了微弧氧化涂层的耐腐蚀性能。将电解液中的植酸浓度调整为12 m L/L(最佳植酸浓度)后,腐蚀电流密度由8.406×10^(-5)A·cm^(-2)降低至2.580×10^(-6)A·cm^(-2)。循环高温氧化试验结果表明,tc4钛合金的耐热冲击性能和高温抗氧化性能得到了改善。

关键词： tc4钛合金微弧氧化耐腐蚀性能耐热冲击性能