兩相鈦合金片層組織的靜態(tài)球化行為

通過(guò)熱壓縮試驗(yàn)研究了具有初始β轉(zhuǎn)變組織的tc11鈦合金在兩相區(qū)800~980℃和應(yīng)變速率0.001~0.1s-1范圍內(nèi)的熱變形行為和組織演變。分析了該合金在試驗(yàn)參數(shù)范圍內(nèi)變形的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)特征。動(dòng)力學(xué)分析獲得該合金在兩相區(qū)變形的應(yīng)力指數(shù)和變形激活能分別為4.42和490.8kj.mol-1,說(shuō)明變形主要是位錯(cuò)的滑移和攀移過(guò)程。分析變形組織認(rèn)為,片層組織的球化和彎折是兩相區(qū)變形應(yīng)力軟化的原因。溫度和應(yīng)變速率嚴(yán)重影響片層組織球化過(guò)程的進(jìn)行,980℃,0.001s-1和0.01s-1,以及950℃,0.001s-1條件下變形有利于片層組織球化過(guò)程的充分進(jìn)行。900~980℃,0.001~0.1s-1球化過(guò)程中,變形到穩(wěn)態(tài)的等軸α直徑與溫度補(bǔ)償應(yīng)變速率參數(shù)z呈對(duì)數(shù)線(xiàn)性關(guān)系。

鈦合金片層組織在兩相區(qū)變形時(shí)流動(dòng)應(yīng)力隨應(yīng)變的增加普遍表現(xiàn)為快速硬化和持續(xù)軟化的特征.為了研究該流動(dòng)軟化的機(jī)理,采用等溫?zé)釅嚎s實(shí)驗(yàn)研究了tc11合金片層組織在溫度890—995℃和應(yīng)變速率0.01—10s~(-1)范圍內(nèi)的熱變形行為.理論計(jì)算表明α/β片層界面(α片層內(nèi)孿晶界)產(chǎn)生的hall-petch強(qiáng)化效應(yīng)遠(yuǎn)大于片層束集邊界.tc11合金片層組織高溫變形的流動(dòng)軟化機(jī)理可歸結(jié)為硬滑移模式向軟滑移模式轉(zhuǎn)變導(dǎo)致hall-petch強(qiáng)化效應(yīng)的減弱.

介紹了目前國(guó)內(nèi)外在鈦合金片層組織的球化規(guī)律及模型方面的的研究成果.主要探討了熱變形參數(shù)、原始晶粒大小、加工方式對(duì)鈦合金片層組織球化規(guī)律的影響及幾種主要的球化機(jī)制模型.

采用tem、sem和ebsd等組織分析技術(shù)研究了β退火態(tài)片層組織tc11鈦合金兩相區(qū)熱變形球化過(guò)程中組織的精細(xì)結(jié)構(gòu)和晶界特征。結(jié)果表明,片層組織的球化過(guò)程包括α片內(nèi)小角度晶界形變和回復(fù)亞結(jié)構(gòu)的形成、β相沿亞晶界擴(kuò)散和晶界滑動(dòng)作用下片層的解體以及晶界擴(kuò)散和滑動(dòng)驅(qū)動(dòng)下α晶粒的球化和組織的均勻化。ebsd測(cè)試結(jié)果揭示了片層組織兩相區(qū)熱變形的球化機(jī)制為α相的連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶和β相的動(dòng)態(tài)回復(fù)或不連續(xù)動(dòng)態(tài)再結(jié)晶過(guò)程。

采用大規(guī)模并行計(jì)算進(jìn)行鈦合金中片層組織生長(zhǎng)相場(chǎng)模型的數(shù)值模擬.針對(duì)allen-cahn和cahn-hilliard等相場(chǎng)模擬方程,在均勻網(wǎng)格上采用時(shí)域有限差分顯式時(shí)間步進(jìn)和算子分裂的數(shù)值算法.基于消息傳遞接口(mpi)實(shí)現(xiàn)三維區(qū)域分解和計(jì)算與通信重疊的并行算法.在深騰7000上通過(guò)測(cè)試,顯示程序具有良好的可擴(kuò)展性.在10243計(jì)算網(wǎng)格上使用4096核的并行效率達(dá)到94.2%,每個(gè)時(shí)間步耗時(shí)約0.2s.

在gleeble-1500熱模擬試驗(yàn)機(jī)上通過(guò)熱壓縮試驗(yàn)研究具有初始片層組織的tc17鈦合金在變形溫度為780～860℃、應(yīng)變速率為0.001～10s~(-1)、變形量為15%～75%范圍內(nèi)的組織演變,定量分析熱變形參數(shù)對(duì)片層組織動(dòng)態(tài)球化過(guò)程的影響。采用結(jié)合貝葉斯歸一化算法的bp人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),建立tc17鈦合金片層組織動(dòng)態(tài)球化演變的預(yù)測(cè)模型,誤差分析表明模型精度較好。

分別以1020℃保溫30min后空冷和爐冷得到的ta15合金為原材料,對(duì)其進(jìn)行等溫恒應(yīng)變速率壓縮試驗(yàn),研究了溫度800～950℃、應(yīng)變速率0.001～1s-1、真應(yīng)變0.51～1.20時(shí),不同原始α片層厚度對(duì)ta15合金動(dòng)態(tài)球化行為的影響。結(jié)果表明:真應(yīng)力-真應(yīng)變曲線(xiàn)均呈現(xiàn)出明顯的流動(dòng)軟化,峰值應(yīng)力和流動(dòng)軟化率對(duì)α片層厚度的依賴(lài)程度較小。當(dāng)熱變形參數(shù)相同時(shí),細(xì)片狀比粗片狀組織更容易發(fā)生動(dòng)態(tài)球化,這與其在試驗(yàn)范圍內(nèi)測(cè)得的變形激活能分別為597kj/mol和650kj/mol是一致的。ta15合金中片狀α除了形成低和高角度界面及強(qiáng)烈的局部剪切帶導(dǎo)致動(dòng)態(tài)球化外,還有動(dòng)態(tài)再結(jié)晶等其它方式。

通過(guò)熱壓縮試驗(yàn)研究了tc11鈦合金退火態(tài)片層組織在兩相區(qū)980℃,950℃,850℃,應(yīng)變速率0.001s-1,0.01s-1條件下,變形程度30%~70%范圍內(nèi)的熱變形過(guò)程。分析了熱變形參數(shù)對(duì)變形行為和片層組織球化過(guò)程的影響,并根據(jù)片層組織球化分?jǐn)?shù)演變特征,建立了修正的avrami片層組織球化動(dòng)力學(xué)方程,與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合較好。

對(duì)具有片層α相的ti-17合金圓餅在兩相區(qū)進(jìn)行5種變形程度的等溫鍛造及固溶時(shí)效處理,用定量金相學(xué)方法研究了片層α相在熱加工過(guò)程中的演變規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):α相的厚度隨著應(yīng)變量的增大而增大;變形程度及圓餅的變形區(qū)域?qū)Ζ料嘈螒B(tài)的變化有很大影響。隨變形程度的增大,α相的形態(tài)參數(shù)feretratio(feretmax/feretmin)的分布曲線(xiàn)在feretratio介于1.5～2.5區(qū)間出現(xiàn)單峰,且峰值不斷增大,大feretratio的α相比例逐漸減小。圓餅中心位置的feretratio分布曲線(xiàn)具有較大的峰值。大變形使片層α相的等軸化程度提高,改善了圓餅的組織均勻性。等效應(yīng)變對(duì)組織中不同形態(tài)α相分布的影響曲線(xiàn)表明:球化α相比例隨著等效應(yīng)變的增大呈單調(diào)增大,增大速率表現(xiàn)為慢—快—極慢的分階段特征;近等軸狀的α相比例先快速增長(zhǎng)后不斷減少;片層狀和大片層狀α相比例隨著等效應(yīng)變?cè)龃蟪蕟握{(diào)減少。片層α相的臨界球化與完全球化的等效應(yīng)變分別約為0.4與1.0。

采用等溫壓縮實(shí)驗(yàn)研究了具有不同初始片層厚度(3μm和0.4μm)的tc11合金兩相區(qū)變形時(shí)的微觀組織演化,其中壓縮實(shí)驗(yàn)的變形溫度為920℃~980℃,應(yīng)變速率為0.1s-1~1s-1,變形量為30%~70%。金相分析表明具有片層組織的tc11合金兩相區(qū)變形時(shí)微觀組織演化主要為α片層的球化過(guò)程。進(jìn)一步的研究結(jié)果表明:在相同的變形工藝參數(shù)下,細(xì)片層組織(片層厚度0.4μm)的球化程度高于粗片層組織(片層厚度3μm);兩種初始片層厚度組織的球化程度均隨應(yīng)變的增加和應(yīng)變速率的降低而提高;變形溫度對(duì)兩者球化程度的影響存在不同的規(guī)律:粗片層組織的球化程度隨溫度的升高而增加,細(xì)片層組織的球化程度隨溫度的升高而降低;初始片層厚度和應(yīng)變是影響tc11合金片層組織球化的主要因素,在兩相區(qū)變形之前可通過(guò)β熱處理+快速冷卻得到細(xì)片層和采用反復(fù)鐓拔等大應(yīng)變變形得到片層完全球化的細(xì)晶等軸態(tài)組織。

研究了1150℃時(shí)效時(shí)ti-48al合金全片層組織的連續(xù)粗化機(jī)制。片層組織的連續(xù)粗化不僅能通過(guò)片層界面缺陷(如臺(tái)階、端部、彎曲的界面等)遷移來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且可以通過(guò)γ/γ片層界面遷移或分解的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)；在真孿晶、偽孿晶和120°旋轉(zhuǎn)有序型γ/γ界面當(dāng)中，120°旋轉(zhuǎn)有序界面的穩(wěn)定性最低，最容易遷移或分解；γ片層內(nèi)的120°旋轉(zhuǎn)有序疇界與片層界面的交匯處易形成熱溝(thermalgroove)，它往往成為片層界面發(fā)生分解的起始部位。

研究了通過(guò)熱處理制度調(diào)整,在合金α片層之間形成細(xì)小的條狀次生α相,形成一種新型的鈦合金顯微組織——雙片層組織。通過(guò)對(duì)比等軸組織、雙態(tài)組織、片層組織和雙片層組織的性能,結(jié)果表明,在合金的強(qiáng)度和塑性不損失的條件下,雙片層組織進(jìn)一步提高了裂紋在合金中的擴(kuò)展阻抗,使得合金的斷裂韌性得到改善,疲勞裂紋擴(kuò)展速率得到降低。雙片層組織提高了疲勞裂紋擴(kuò)展路徑,使得大量的次生裂紋萌生。

進(jìn)行了強(qiáng)磁場(chǎng)下bi-mn合金的全熔和半固態(tài)實(shí)驗(yàn),研究了mnbi相在強(qiáng)磁場(chǎng)中的凝固行為.在10t強(qiáng)磁場(chǎng)下從全熔態(tài)和curie點(diǎn)以上半固態(tài)開(kāi)始凝固的實(shí)驗(yàn)中,mnbi相在360℃左右逐漸形成片狀相,其短軸為易磁化軸;加磁場(chǎng)后易磁化軸轉(zhuǎn)向磁場(chǎng)方向,并沿磁場(chǎng)方向定向排列和聚合,最終形成條狀組織;片狀相在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下有分裂趨勢(shì).結(jié)合晶體的磁各向異性和生長(zhǎng)各向異性的特點(diǎn),從磁化理論和晶體學(xué)出發(fā),分析了bi-mn合金初生mnbi相在磁場(chǎng)中的凝固行為.

胸壁巨大腫瘤切除鈦合金片修補(bǔ)胸壁缺損的護(hù)理

為了研究雙相γ+α2鈦合金晶體中片層組織的承載特性,建立了相應(yīng)晶體不同取向力學(xué)性能的數(shù)學(xué)模型,并計(jì)算了γ相及γ+α2片層組織不同取向的承載力.通過(guò)對(duì)模型的數(shù)值求解,得到γ相和γ+α2片層組織的承載力隨不同加載方向的變化規(guī)律.計(jì)算結(jié)果表明:隨著α2相體積分?jǐn)?shù)的增加,γ+α2片層組織的最大承載力方向逐漸趨向平行于α2相的(0001)面,臨界α2相等價(jià)體積分?jǐn)?shù)為λe=30%.這從理論上解釋了γ+α2片層組織的最大承載力方向?yàn)槠叫杏讦?相的(0001)面這一傳統(tǒng)觀點(diǎn).這一結(jié)論成立的條件為α2相等價(jià)體積分?jǐn)?shù)λe>30%.

利用金相顯微鏡、掃描和透射電鏡等儀器表征了tial合金的片層組織及結(jié)構(gòu)特征,研究了ti-48alat%合金片層組織的形成機(jī)制和片層組織細(xì)化工藝及其機(jī)理。結(jié)果表明,ti-48al合金單級(jí)熱處理能夠得到全片層組織,平均晶粒尺寸約150μm,片層間距約1.30μm。其形成過(guò)程是:γ相在α相晶內(nèi)(0001)面上通過(guò)全位錯(cuò)分解成核,通過(guò)不全位錯(cuò)滑移、層錯(cuò)區(qū)擴(kuò)展而長(zhǎng)大。循環(huán)熱處理和雙溫?zé)崽幚砭軐⑵瑢泳Я３叽缂?xì)化到30μm,片層間距0.90μm,前者的細(xì)化機(jī)理為相變重結(jié)晶細(xì)化了α相晶粒,后者細(xì)化片層組織的關(guān)鍵在于低溫段(α2+γ)兩相區(qū)熱處理形成細(xì)小的雙態(tài)組織。

研究tc21合金經(jīng)β相區(qū)固溶并慢速冷卻后的片層組織特征(晶界α層厚度、α片層寬度、α集束尺寸)及斷裂韌度隨冷卻速率的變化規(guī)律,探討片層組織特征與斷裂韌度的關(guān)系。結(jié)果表明:隨著冷卻速率的增大,tc21合金α片層集束、α片層厚度及晶界α層寬度均減小。在本文實(shí)驗(yàn)測(cè)試尺度范圍內(nèi),α片層寬度、α片層集束尺寸及晶界α層厚度的增大均可提高合金的斷裂韌性。

鈦與鈦合金

為了提高低碳合金鋼板的強(qiáng)度,進(jìn)行了終軋溫度為710℃的(α+γ)兩相區(qū)和γ單相區(qū)的熱軋對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)果表明:與終軋溫度為800℃奧氏體單相區(qū)軋制的鋼板相比,采用終軋溫度為710℃的兩相區(qū)熱軋工藝所得到的鋼板強(qiáng)度并沒(méi)有增加;而且,(α+γ)兩相區(qū)軋制條件下所得到的多邊形鐵素體組織具有二個(gè)特征,一是呈現(xiàn)仿晶界型鐵素體形貌,二是部分鐵素體晶粒沿軋制方向被拉長(zhǎng),一定程度上出現(xiàn)織構(gòu)現(xiàn)象,但不十分明顯。

我廠(chǎng)自制的小型真空爐,處理鐵鎳合金片,消除加工和恢復(fù)大晶粒。爐底有輪,可在軌道上運(yùn)行,爐膛可與裝料管迅速脫離,達(dá)到急速冷卻等特點(diǎn)。

汽輪機(jī)葉片鑲置司太立合金片的工藝探討

實(shí)驗(yàn)采用gleeble-1500d熱模擬試驗(yàn)機(jī)對(duì)5052鋁合金進(jìn)行等溫?zé)釅嚎s,研究了該合金動(dòng)態(tài)軟化特征和靜態(tài)軟化特征,變形溫度330~480℃,應(yīng)變速0.005~0.05/s。結(jié)果表明,5052鋁合金在熱壓縮過(guò)程中發(fā)生了動(dòng)態(tài)軟化和靜態(tài)軟化,首道次壓下量顯著地影響了道次間的靜態(tài)軟化率。結(jié)合流變應(yīng)力曲線(xiàn)和顯微組織分析,揭示了動(dòng)態(tài)軟化機(jī)制主要為動(dòng)態(tài)回復(fù),而靜態(tài)軟化主要是靜態(tài)再結(jié)晶的結(jié)果。