TC21合金片层组织特征对其断裂韧性的影响

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。

通过研究单级、双级和三级时效对新型高强铝合金强韧性的影响,探索使该合金具有最佳强韧性配合的热处理工艺。此外,对该合金在不同热处理条件下的kic试样的断裂特征进行了观察。

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。

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。

研究了高压下凝固ti-48al合金片层间距及其力学性能的变化。结果表明,压力下凝固时,随着凝固压力的增加扩散系数降低,从而引起片层增厚速度的降低,即片层间距的减小。在常压、2gpa、4gpa下凝固时,片层间距的平均值分别为495,345,227nm。片层组织的显微硬度随着凝固压力的增加而增加。该实验为细化片层间距提供了一种新的方法。

为了深入了解冷激合金铸铁气门挺杆的磨损规律,研究了冷激合金铸铁气门挺杆表层组织对耐磨性的影响。结果表明:当气门挺杆组织中的石墨以点状均匀分布,碳化物呈细小针状、块状,分布较为均匀时,耐磨性较好,磨损形式以划伤、点蚀为主;当气门挺杆组织中的石墨以片状均匀分布,碳化物呈粗大针状、块状,分布不均匀时,耐磨性较差,磨损形式以剥落为主。

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。

研究了缺口对铸造单一取向层片组织tial合金断裂形貌特征和断裂机制的影响。通过对断口进行观察发现,缺口对单一取向的层片组织有较大影响。研究表明,在光滑试样的拉伸过程中,裂纹起源于试样内部,然后迅速扩展至断裂;在缺口试样的拉伸过程中,微裂纹于断口边缘产生,在切应力的作用下扩展、连接形成裂纹稳态扩展区,然后在正应变控制下从裂纹稳态扩展区向裂纹失稳扩展区过渡,同时试样失稳。

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。

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.

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。

利用定向凝固方法研究了在1580和1650℃加热温度下ti-47al-2cr-2nb合金不同片层取向的晶粒竞争生长规律.显微组织分析表明,合金初生相为β相,随后发生包晶反应形成α相,并在β→α转变时α相依附已有β相形核,12种α变体中仅形成了一种特定取向的α变体,两相区平均温度梯度由40k/cm增大至160k/cm,从而使凝固界面形态由柱状树枝晶转变为胞状树枝晶.在排除切割面影响的前提下,对γ片层取向的演变过程进行了分析.结果表明,在1mm/min的抽拉速度下,温度梯度为40k/cm(加热温度为1580℃)时,与生长方向呈74°左右的柱状晶逐渐淘汰其他与生长方向约呈45°的晶粒;提高温度梯度至160k/cm(加热温度为1650℃)时,与生长方向呈74°左右的柱状晶逐步淘汰其他与生长方向约呈90°的晶粒而生长占优.晶体取向计算表明,在本实验条件下β枝晶倾向于沿〈110〉_β方向择优生长,提高温度梯度使β枝晶沿〈110〉_β方向择优生长趋势增强,〈001〉_β等其他取向枝晶被更快淘汰.

采用加工图理论分析了tc17(ti-5al-4mo-4cr-2sn-2zr)钛合金在高温变形过程中的片状α球化规律。结果表明:用加工图理论分析材料的高温变形行为能准确直观地反映出材料在不同变形条件下的组织演变规律。分析加工图发现:tc17合金在840℃~870℃,应变速率0.5s-1~3s-1之间变形是片状α组织球化的理想区域,此时对应的能量耗散效率值为45%左右;在850℃~910℃,较高应变速率(>5s-1)下对tc17合金加工易发生流变不稳定现象,形成绝热剪切带。

研究了含ag7055铝合金在t6,t73,rra3种热处理状态下的力学性能、断裂特征及显微组织变化特征。实验结果表明,rra处理可以在保持t6状态强度的同时,获得较高的电导率,然而试样的延伸率相对较低;断口sem形貌观察表明,t6状态断裂机制为剪切型穿晶断裂和沿晶断裂同时并存,而t73处理后,主要呈韧窝型穿晶断裂,沿晶断裂部分减少,rra试样断口则主要为沿晶断裂,并在晶界面上分布有韧窝型断裂特征;由于不同热处理状态下,强化相不同且其阻碍位错滑移能力也不同,同时晶界pfz宽度也发生变化,这些因素的综合作用导致不同热处理状态下的断裂特征不同。

系统研究了直径为0.5mm的细晶粒微型钻头金刚石涂层前预处理工艺对其断裂强度的影响,并尝试使用线形同轴耦合式微波等离子体cvd方法对预处理后的微型钻头进行了金刚石涂层。其中,预处理采用murakami溶液(10gkoh+10gk3[fe(cn)6]+100gh2o)对微型钻头进行表面侵蚀,使其表面适当粗化;其后采用硫酸-双氧水溶液(10ml98wt%h2so4+100ml38%m/vh2o2)对微型钻头表面进行侵蚀,以去除其表面的co。实验表明,被广泛采用的上述两步法表面预处理技术对尺寸较小的硬质合金微型钻头的断裂强度会造成显著的影响。即使是很短时间的预处理,也会对硬质合金表面造成显著的损伤,引起微型钻头断裂强度的大幅度下降。其中,酸处理过程由于会引起表层组织疏松,其造成的断裂强度的下降更为严重。这表明,两步法预处理方法并不适用于尺寸较小的硬质合金工具。针对小截面硬质合金工具金刚石涂层的需求,需要发展更为适用的表面预处理方法。

高频焊管断裂韧性要求值的预测

对原始组织为不同粗细片层组织的ta15钛合金板材在两相区进行75%的热轧变形,并用金相法观察变形后组织的球化行为,并分析变形机理。结果表明,晶内片层状α相随变形量增加发生球化,球化程度与片层状α相粗细有关,粗片层状组织发生扭曲和弯折,但等轴α晶粒较少;细片层状组织大部分发生球化,生成均匀细小的等轴组织,这说明原始组织片层状越细则变形后球化程度越高,组织更均匀细小。

２００３年增刊 ?　４１　? 机械动力学专集 静态或准静态加载的加载速度和试样变形速度 比较低，未计及其对断裂过程带来的影响。在高的加 载速度和试样变形速度情况下，材料变形和断裂的 性质发生了改变。当加载速度提高时，材料塑性变形 过程受到了约束和限制，使材料的屈服点升高，塑性 有可能降低，形变硬化过程也受到影响，从而增加了 材料的脆化倾向。对含缺口、裂纹等缺陷的构件，即 使加载速度并不高，在缺口、裂纹的尖端也能达到很 高的变形速度，此时同样会增加材料的脆化倾向。因 此，在高速冲击载荷作用下，焊接接头的冲击断裂韧 性应该与在静态或准静态载荷作用下有很大不同。 一、试验安排 试验利用ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ小气炮加载装置［１］对冲击 试样进行高速冲击加载。试验中子弹质量ｍ１＝３． ０８３ｋｇ，冲击杆质量ｍ２＝６．５ｋｇ。为了研究焊接组配、 冲击速度及焊缝不同区域对焊接接头

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。

采用双悬臂夹层梁试样,对橡胶—钢粘接界面的i型边缘裂纹的扩展情况及断裂韧性进行实验研究.通过声发射技术的监测将裂纹扩展划分为无损伤、开裂、失稳扩展三个阶段,把线弹性断裂力学中的柔度和能量释放率引入到橡胶—钢粘接界面断裂韧性的计算中,由实验测出裂纹的张开位移计算出夹层梁的柔度曲线,进而得到了能量释放率曲线,并对断裂韧性的变化规律进行了分析.

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.