两相钛合金片层组织的静态球化行为

通过热压缩试验研究了具有初始β转变组织的tc11钛合金在两相区800~980℃和应变速率0.001~0.1s-1范围内的热变形行为和组织演变。分析了该合金在试验参数范围内变形的应力-应变曲线特征。动力学分析获得该合金在两相区变形的应力指数和变形激活能分别为4.42和490.8kj.mol-1,说明变形主要是位错的滑移和攀移过程。分析变形组织认为,片层组织的球化和弯折是两相区变形应力软化的原因。温度和应变速率严重影响片层组织球化过程的进行,980℃,0.001s-1和0.01s-1,以及950℃,0.001s-1条件下变形有利于片层组织球化过程的充分进行。900~980℃,0.001~0.1s-1球化过程中,变形到稳态的等轴α直径与温度补偿应变速率参数z呈对数线性关系。

钛合金片层组织在两相区变形时流动应力随应变的增加普遍表现为快速硬化和持续软化的特征.为了研究该流动软化的机理,采用等温热压缩实验研究了tc11合金片层组织在温度890—995℃和应变速率0.01—10s~(-1)范围内的热变形行为.理论计算表明α/β片层界面(α片层内孪晶界)产生的hall-petch强化效应远大于片层束集边界.tc11合金片层组织高温变形的流动软化机理可归结为硬滑移模式向软滑移模式转变导致hall-petch强化效应的减弱.

介绍了目前国内外在钛合金片层组织的球化规律及模型方面的的研究成果.主要探讨了热变形参数、原始晶粒大小、加工方式对钛合金片层组织球化规律的影响及几种主要的球化机制模型.

采用tem、sem和ebsd等组织分析技术研究了β退火态片层组织tc11钛合金两相区热变形球化过程中组织的精细结构和晶界特征。结果表明,片层组织的球化过程包括α片内小角度晶界形变和回复亚结构的形成、β相沿亚晶界扩散和晶界滑动作用下片层的解体以及晶界扩散和滑动驱动下α晶粒的球化和组织的均匀化。ebsd测试结果揭示了片层组织两相区热变形的球化机制为α相的连续动态再结晶和β相的动态回复或不连续动态再结晶过程。

采用大规模并行计算进行钛合金中片层组织生长相场模型的数值模拟.针对allen-cahn和cahn-hilliard等相场模拟方程,在均匀网格上采用时域有限差分显式时间步进和算子分裂的数值算法.基于消息传递接口(mpi)实现三维区域分解和计算与通信重叠的并行算法.在深腾7000上通过测试,显示程序具有良好的可扩展性.在10243计算网格上使用4096核的并行效率达到94.2%,每个时间步耗时约0.2s.

在gleeble-1500热模拟试验机上通过热压缩试验研究具有初始片层组织的tc17钛合金在变形温度为780～860℃、应变速率为0.001～10s~(-1)、变形量为15%～75%范围内的组织演变,定量分析热变形参数对片层组织动态球化过程的影响。采用结合贝叶斯归一化算法的bp人工神经网络,建立tc17钛合金片层组织动态球化演变的预测模型,误差分析表明模型精度较好。

分别以1020℃保温30min后空冷和炉冷得到的ta15合金为原材料,对其进行等温恒应变速率压缩试验,研究了温度800～950℃、应变速率0.001～1s-1、真应变0.51～1.20时,不同原始α片层厚度对ta15合金动态球化行为的影响。结果表明:真应力-真应变曲线均呈现出明显的流动软化,峰值应力和流动软化率对α片层厚度的依赖程度较小。当热变形参数相同时,细片状比粗片状组织更容易发生动态球化,这与其在试验范围内测得的变形激活能分别为597kj/mol和650kj/mol是一致的。ta15合金中片状α除了形成低和高角度界面及强烈的局部剪切带导致动态球化外,还有动态再结晶等其它方式。

通过热压缩试验研究了tc11钛合金退火态片层组织在两相区980℃,950℃,850℃,应变速率0.001s-1,0.01s-1条件下,变形程度30%~70%范围内的热变形过程。分析了热变形参数对变形行为和片层组织球化过程的影响,并根据片层组织球化分数演变特征,建立了修正的avrami片层组织球化动力学方程,与试验数据吻合较好。

对具有片层α相的ti-17合金圆饼在两相区进行5种变形程度的等温锻造及固溶时效处理,用定量金相学方法研究了片层α相在热加工过程中的演变规律。研究发现:α相的厚度随着应变量的增大而增大;变形程度及圆饼的变形区域对α相形态的变化有很大影响。随变形程度的增大,α相的形态参数feretratio(feretmax/feretmin)的分布曲线在feretratio介于1.5～2.5区间出现单峰,且峰值不断增大,大feretratio的α相比例逐渐减小。圆饼中心位置的feretratio分布曲线具有较大的峰值。大变形使片层α相的等轴化程度提高,改善了圆饼的组织均匀性。等效应变对组织中不同形态α相分布的影响曲线表明:球化α相比例随着等效应变的增大呈单调增大,增大速率表现为慢—快—极慢的分阶段特征;近等轴状的α相比例先快速增长后不断减少;片层状和大片层状α相比例随着等效应变增大呈单调减少。片层α相的临界球化与完全球化的等效应变分别约为0.4与1.0。

采用等温压缩实验研究了具有不同初始片层厚度(3μm和0.4μm)的tc11合金两相区变形时的微观组织演化,其中压缩实验的变形温度为920℃~980℃,应变速率为0.1s-1~1s-1,变形量为30%~70%。金相分析表明具有片层组织的tc11合金两相区变形时微观组织演化主要为α片层的球化过程。进一步的研究结果表明:在相同的变形工艺参数下,细片层组织(片层厚度0.4μm)的球化程度高于粗片层组织(片层厚度3μm);两种初始片层厚度组织的球化程度均随应变的增加和应变速率的降低而提高;变形温度对两者球化程度的影响存在不同的规律:粗片层组织的球化程度随温度的升高而增加,细片层组织的球化程度随温度的升高而降低;初始片层厚度和应变是影响tc11合金片层组织球化的主要因素,在两相区变形之前可通过β热处理+快速冷却得到细片层和采用反复镦拔等大应变变形得到片层完全球化的细晶等轴态组织。

研究了1150℃时效时ti-48al合金全片层组织的连续粗化机制。片层组织的连续粗化不仅能通过片层界面缺陷(如台阶、端部、弯曲的界面等)迁移来实现，而且可以通过γ/γ片层界面迁移或分解的方式来实现；在真孪晶、伪孪晶和120°旋转有序型γ/γ界面当中，120°旋转有序界面的稳定性最低，最容易迁移或分解；γ片层内的120°旋转有序畴界与片层界面的交汇处易形成热沟(thermalgroove)，它往往成为片层界面发生分解的起始部位。

研究了通过热处理制度调整,在合金α片层之间形成细小的条状次生α相,形成一种新型的钛合金显微组织——双片层组织。通过对比等轴组织、双态组织、片层组织和双片层组织的性能,结果表明,在合金的强度和塑性不损失的条件下,双片层组织进一步提高了裂纹在合金中的扩展阻抗,使得合金的断裂韧性得到改善,疲劳裂纹扩展速率得到降低。双片层组织提高了疲劳裂纹扩展路径,使得大量的次生裂纹萌生。

进行了强磁场下bi-mn合金的全熔和半固态实验,研究了mnbi相在强磁场中的凝固行为.在10t强磁场下从全熔态和curie点以上半固态开始凝固的实验中,mnbi相在360℃左右逐渐形成片状相,其短轴为易磁化轴;加磁场后易磁化轴转向磁场方向,并沿磁场方向定向排列和聚合,最终形成条状组织;片状相在强磁场的作用下有分裂趋势.结合晶体的磁各向异性和生长各向异性的特点,从磁化理论和晶体学出发,分析了bi-mn合金初生mnbi相在磁场中的凝固行为.

胸壁巨大肿瘤切除钛合金片修补胸壁缺损的护理

为了研究双相γ+α2钛合金晶体中片层组织的承载特性,建立了相应晶体不同取向力学性能的数学模型,并计算了γ相及γ+α2片层组织不同取向的承载力.通过对模型的数值求解,得到γ相和γ+α2片层组织的承载力随不同加载方向的变化规律.计算结果表明:随着α2相体积分数的增加,γ+α2片层组织的最大承载力方向逐渐趋向平行于α2相的(0001)面,临界α2相等价体积分数为λe=30%.这从理论上解释了γ+α2片层组织的最大承载力方向为平行于α2相的(0001)面这一传统观点.这一结论成立的条件为α2相等价体积分数λe>30%.

利用金相显微镜、扫描和透射电镜等仪器表征了tial合金的片层组织及结构特征,研究了ti-48alat%合金片层组织的形成机制和片层组织细化工艺及其机理。结果表明,ti-48al合金单级热处理能够得到全片层组织,平均晶粒尺寸约150μm,片层间距约1.30μm。其形成过程是:γ相在α相晶内(0001)面上通过全位错分解成核,通过不全位错滑移、层错区扩展而长大。循环热处理和双温热处理均能将片层晶粒尺寸细化到30μm,片层间距0.90μm,前者的细化机理为相变重结晶细化了α相晶粒,后者细化片层组织的关键在于低温段(α2+γ)两相区热处理形成细小的双态组织。

研究tc21合金经β相区固溶并慢速冷却后的片层组织特征(晶界α层厚度、α片层宽度、α集束尺寸)及断裂韧度随冷却速率的变化规律,探讨片层组织特征与断裂韧度的关系。结果表明:随着冷却速率的增大,tc21合金α片层集束、α片层厚度及晶界α层宽度均减小。在本文实验测试尺度范围内,α片层宽度、α片层集束尺寸及晶界α层厚度的增大均可提高合金的断裂韧性。

钛与钛合金

为了提高低碳合金钢板的强度,进行了终轧温度为710℃的(α+γ)两相区和γ单相区的热轧对比试验。结果表明:与终轧温度为800℃奥氏体单相区轧制的钢板相比,采用终轧温度为710℃的两相区热轧工艺所得到的钢板强度并没有增加;而且,(α+γ)两相区轧制条件下所得到的多边形铁素体组织具有二个特征,一是呈现仿晶界型铁素体形貌,二是部分铁素体晶粒沿轧制方向被拉长,一定程度上出现织构现象,但不十分明显。

我厂自制的小型真空炉,处理铁镍合金片,消除加工和恢复大晶粒。炉底有轮,可在轨道上运行,炉膛可与装料管迅速脱离,达到急速冷却等特点。

汽轮机叶片镶置司太立合金片的工艺探讨

实验采用gleeble-1500d热模拟试验机对5052铝合金进行等温热压缩,研究了该合金动态软化特征和静态软化特征,变形温度330~480℃,应变速0.005~0.05/s。结果表明,5052铝合金在热压缩过程中发生了动态软化和静态软化,首道次压下量显著地影响了道次间的静态软化率。结合流变应力曲线和显微组织分析,揭示了动态软化机制主要为动态回复,而静态软化主要是静态再结晶的结果。