Ti55鈦合金板材超塑性變形行為

介紹了成形性能較差、需加工成三維曲面形狀的鈦合金板材的無(wú)模多點(diǎn)成形技術(shù),解決了試驗(yàn)中出現(xiàn)回彈、起皺等問題,證明鈦合金可利用無(wú)模多點(diǎn)成形方法成形出線型較復(fù)雜的三維曲面,成形效果良好。

本文采用了正交試驗(yàn)方法,選取固溶溫度、固溶時(shí)間、時(shí)效溫度和時(shí)效時(shí)間四因素三水平對(duì)ti55531鈦合金板材熱處理制度進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:熱處理制度為800℃/60minac+650℃/6hfc時(shí),該合金板材的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別為1,242mpa、1,122mpa,延伸率為10.0%,強(qiáng)度和塑性達(dá)到了最佳匹配,為生產(chǎn)該合金板材熱處理提供了依據(jù)。

為了使板坯在軋機(jī)咬入之前溫度均勻、表面氧化輕微,綜合分析了目前常用加熱爐的優(yōu)點(diǎn)和存在的不足,設(shè)計(jì)了一種新型的鈦及鈦合金板材軋前加熱裝置。該裝置的主體包括一個(gè)箱式輥底電爐和一個(gè)替換工作輥道組,它們可根據(jù)需要隨時(shí)上線或離線移動(dòng)。與其它加熱爐相比,該裝置距離軋機(jī)更近,板坯出爐后的運(yùn)輸時(shí)間更短,最終入軋機(jī)前的板坯仍保持高的加熱質(zhì)量。該裝置除了可進(jìn)行鈦及鈦合金板坯的軋前加熱、快速補(bǔ)溫外,還可兼顧部分成品退火處理。其生產(chǎn)模式靈活,大大提高了設(shè)備的利用率和生產(chǎn)效率。

除超塑成形技術(shù)外,應(yīng)用于鈦合金板材成形的新工藝還有熱成形/熱蠕變成形、激光沖擊/激光成形技術(shù),以及處于實(shí)驗(yàn)室研究階段的熱介質(zhì)成形技術(shù)等。

應(yīng)用pam-stamp沖壓模擬軟件,對(duì)ta2m鈦合金板材u形彎曲成形及回彈過程進(jìn)行了數(shù)值模擬預(yù)測(cè),并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了工藝試驗(yàn)驗(yàn)證,得到了板料厚度、軋制方向以及相對(duì)彎曲半徑等參數(shù)對(duì)回彈影響的數(shù)值結(jié)果,并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。

為提高鈦合金板材的表面硬度,對(duì)其進(jìn)行了火焰加熱淬火表面強(qiáng)化處理,采用數(shù)值模擬的方法研究了火焰加熱的溫度場(chǎng)以及沿壁厚方向上的溫度變化特點(diǎn),分析了金相組織和硬度。試驗(yàn)結(jié)果表明:采用火焰加熱淬火表面強(qiáng)化工藝可以獲得晶粒細(xì)小、硬度高于基體硬度的強(qiáng)化層,火焰強(qiáng)度越高,表面硬化效果越好,表面最高硬度達(dá)456hv;在火焰線掃描速度保持一定的條件下,火焰噴射強(qiáng)度影響的主要是合金表面硬度值,對(duì)其淬透層厚度影響不大。

采用有限元數(shù)值模擬與成形工藝實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,對(duì)0.84mm厚的tc1m鈦合金板材杯形件室溫拉深成形及回彈過程進(jìn)行了研究.結(jié)果顯示,拉深制件不僅出現(xiàn)凸耳和杯口厚度不均等熟知的現(xiàn)象,還揭示出因鈦合金各向異性所引發(fā)的杯口內(nèi)壁非圓化,這類形狀畸變對(duì)制件的幾何精度將產(chǎn)生不利影響.600℃溫?zé)崂钅苡行У匾种菩遁d回彈,杯口內(nèi)壁非圓化得以消除,但卻無(wú)法改變鈦板的各向異性性質(zhì),凸耳和杯口厚度不均等畸變現(xiàn)象依然存在.

研究了tc4鈦合金板材高靈敏度雙晶探頭超聲波檢測(cè)中變型波、組織噪聲的產(chǎn)生原因及影響。結(jié)果表明:變型波會(huì)給缺陷波定量評(píng)定帶來影響,以缺陷波始脈沖波幅定量評(píng)定最為準(zhǔn)確,對(duì)于缺陷波始脈沖之后的波幅超標(biāo)應(yīng)選用不同焦距的雙晶探頭進(jìn)行對(duì)比檢測(cè)。組織噪聲的產(chǎn)生與板材中同取向粗大α相晶粒增多密切相關(guān),通過減小脈沖寬度可有效降低組織噪聲。

針對(duì)大型鈦合金板材磨削過程中存在的問題,研究了自適應(yīng)控制技術(shù)在平面砂帶磨床恒壓隨型磨削加工鈦合金板材中的應(yīng)用,在分析平面砂帶磨削加工過程的基礎(chǔ)上,建立了系統(tǒng)控制對(duì)象數(shù)學(xué)模型,設(shè)計(jì)并采用自適應(yīng)控制技術(shù)應(yīng)用于控制磨削加工。結(jié)果證明,所應(yīng)用的自適應(yīng)控制技術(shù)能較好的保證恒壓磨削,有效地提高了鈦合金板材表面深度尺寸精度。

主要回顧了我國(guó)鈦及鈦合金板材標(biāo)準(zhǔn)化歷程,重點(diǎn)介紹了本世紀(jì)鈦板材國(guó)標(biāo)體系的重要變化及完善情況,并與國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了對(duì)比,提出了進(jìn)一步完善和發(fā)展我國(guó)鈦板材標(biāo)準(zhǔn)體系的發(fā)展思路、改進(jìn)意見和建議。

為了滿足我國(guó)航空航天等領(lǐng)域?qū)︹伡扳伜辖鸢宀牡男枨?占領(lǐng)國(guó)內(nèi)外鈦及鈦合金板材的高端產(chǎn)品市場(chǎng),寶鈦集團(tuán)有限公司研制了真空蠕變矯形爐。該設(shè)備屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng),與國(guó)外同類設(shè)備相比自動(dòng)化程度、主要技術(shù)性能指標(biāo)、使用效果以及生產(chǎn)的鈦及鈦合金板材質(zhì)量均已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。自2007年到2009年3年間為寶鈦集團(tuán)新增產(chǎn)值57560萬(wàn)元,新增利潤(rùn)8000萬(wàn)元,不僅滿足了國(guó)內(nèi)航空航天等領(lǐng)域的需求,還為國(guó)外客商提供了大量的產(chǎn)品,使我國(guó)的鈦及鈦合金板材加工技術(shù)上了一個(gè)臺(tái)階,提升了中國(guó)制造的影響力。

在研究薄板沖壓成形原理和模型描述的基礎(chǔ)上,采用ansys有限元方法對(duì)鈦合金板材翻邊成形進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,完成對(duì)鈦合金板材的室溫和高溫下的翻邊成形過程的模擬,預(yù)測(cè)板材成形過程中的應(yīng)變分布,并得出室溫和高溫下極限翻邊系數(shù),預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值相比較,擬合良好,同時(shí)應(yīng)變分布規(guī)律符合試驗(yàn)結(jié)果,證明了有限元方法模擬鈦合金熱成形性的可行性和準(zhǔn)確性。

利用電子背散射衍射(ebsd)取向成像技術(shù),對(duì)ta17鈦合金板材對(duì)接焊縫的顯微組織、晶界特征和晶體學(xué)取向進(jìn)行表征研究。結(jié)果表明其母材呈典型的軋制變形組織,且由α相和少量晶間分布的β相組成,大部分為小角度晶界,為基面織構(gòu)。熱影響區(qū)晶粒呈梯度長(zhǎng)大分布。在焊接熱傳導(dǎo)下,熱影響區(qū)晶粒得到回復(fù)和長(zhǎng)大,大角度晶界逐漸增多。其織構(gòu)繼承了母材織構(gòu)的特點(diǎn),只是織構(gòu)密度有所減弱。熔區(qū)為粗大的α'馬氏體相交織成的網(wǎng)籃狀組織,大部分為大角度晶界,織構(gòu)比較漫散。

ta1鈦合金板材洛氏硬度b標(biāo)尺試驗(yàn)結(jié)果不合格較多,檢測(cè)中心與薄板車間試驗(yàn)結(jié)果差異較大。文章針對(duì)這種結(jié)果爭(zhēng)議,通過試驗(yàn)驗(yàn)證找到數(shù)據(jù)存在差異的原因,并對(duì)如何更標(biāo)準(zhǔn)地進(jìn)行鈦合金板材洛氏硬度b標(biāo)尺試驗(yàn),提出有效的、良好的操作建議。

目的揭示工藝參數(shù)對(duì)鈦合金錐形件柔性加熱旋壓成形過程的影響。方法采用基于abaqus平臺(tái)建立的ta15鈦合金柔性熱旋有限元仿真模型和基于正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的模擬方案,研究了芯模預(yù)熱溫度、工件加熱溫度、旋輪與芯模間隙和旋輪進(jìn)給比對(duì)該過程中,工件的切向拉應(yīng)變和壁厚差的影響顯著性與規(guī)律。結(jié)果獲得了合理的工藝參數(shù)組合與回歸方程。結(jié)論較小的旋輪進(jìn)給比有利于抑制工件的破裂;適中的工件加熱溫度有利于獲得較為均勻的壁厚。

通過對(duì)冷加工板材的變形程度,退火溫度等變形和熱處理參數(shù)的研究,探討ti4al22v鈦合金板材的加工變形特點(diǎn)和組織性能的變化規(guī)律。結(jié)果表明,該合金具有較強(qiáng)的冷變形能力,較寬的溫度區(qū)域,可通過細(xì)化晶粒來提高板材的強(qiáng)度和塑性。

采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的智能壓力檢測(cè)顯示設(shè)備為寶雞鈦業(yè)股份有限公司板帶廠四輥可逆式冷軋板機(jī)研制了智能壓力測(cè)量系統(tǒng),解決了該冷軋機(jī)壓力測(cè)量系統(tǒng)老化,控制精度下降(由于最初設(shè)計(jì)的3%下降到10%左右)無(wú)法滿足現(xiàn)行生產(chǎn)工藝要求的問題,使軋機(jī)的控制精度達(dá)到0.5%,并具有自動(dòng)記錄等功能,大幅度提高了板材軋制的成品率及工藝精度,操作容易。

對(duì)常溫下鈦合金板材進(jìn)行了激光彎曲成形研究。分析了激光功率、掃描速度、光斑大小對(duì)板材彎曲變形的影響,獲得理想工藝參數(shù)范圍為:功率1.0～1.2kw、掃描速度2～3m/min、光斑直徑6～7mm。同時(shí)分析了板材厚度、寬度及掃描次數(shù)對(duì)材料彎曲變形的影響,為鈦合金板材彎曲成形提供了一種新途徑

采用x射線衍射分析技術(shù),探討了六方晶系合金板材彈性模量的計(jì)算方法。經(jīng)不同退火工藝(850～1050℃)的合金板材,其織構(gòu)由{1120}(1010)轉(zhuǎn)向{1010}(0001)+{1013}(0001)雙重織構(gòu),對(duì)應(yīng)的軋向彈性模量由1077gpa變?yōu)?332gpa,該結(jié)果與實(shí)測(cè)值相吻合。

通過研究鈦合金在不同加熱參數(shù)下進(jìn)行水火彎板后的組織和性能,分析了水火彎板的加熱溫度和加熱次數(shù)對(duì)鈦合金的組織和性能的影響。結(jié)果表明,在600～900℃范圍內(nèi)進(jìn)行水火彎板時(shí),合金的性能同室溫的相比,隨著加熱溫度的升高,合金的σb有所增加,而σ0.2和δ5均較大幅度地減小。隨著加熱次數(shù)的增加,合金的σb和σ0.2逐漸增加,而δ5則逐漸減小。合金的塑性和韌性隨著加熱溫度的升高和加熱次數(shù)的增加而下降,這是由表面產(chǎn)生脆性層和晶粒長(zhǎng)大所造成的

研究了熱處理工藝對(duì)ti-1023鈦合金板材組織和性能的影響.討論了工藝、組織和性能之間的關(guān)系.為高爾夫用ti-1023鈦合金板材選擇合理的熱處理制度提供依據(jù).

采用tc2管材縱向剖條試樣,在880及920℃、初始應(yīng)變速率分別為1.0×10-4,5.0×10-4,8.0×10-4,2.0×10-3和5.0×10-3s-1條件下進(jìn)行了超塑性拉伸試驗(yàn)。樣本數(shù)據(jù)顯示,tc2管材在880℃及應(yīng)變速率1.0×10-4s-1條件下獲得最大伸長(zhǎng)率為240%。基于等應(yīng)變?cè)瓌t,結(jié)合backofen超塑性本構(gòu)方程,采用多試樣法獲得了不同溫度下的m值。采用arrhenius簡(jiǎn)化本構(gòu)方程計(jì)算了tc2管激活能q。最后,以斜率法和截距法計(jì)算了880及920℃時(shí)的k值,結(jié)果顯示,2種方法計(jì)算結(jié)果接近。