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航空发动机用TC11钛合金抗点燃性能及机理研究

弭光宝 , 曹春晓 , 黄旭 , 曹京霞 , 王宝

航空材料学报 doi:10.11868/j.issn.1005-5053.2014.4.008

采用摩擦点燃方法研究摩擦接触压力P和预混气流氧浓度c0对TC11钛合金抗点燃性能的影响,建立定量描述TC11钛合金抗点燃性能的P-c0关系,并结合原位观察、SEM和EDS等手段给出TC11钛合金点燃与抗点燃的微观机理.结果表明,TC11钛合金的P-c0关系曲线符合抛物线规律,P从0.05MPa增至0.25MPa时,点燃对应的c0降低约32.5%;TC11钛合金点燃的c0至少比TC4钛合金高20%,即TC11钛合金的抗点燃性能显著高于TC4钛合金;摩擦过程产生强烈的火花,着火首先发生在具有原生金属表面的微凸体上;点燃过程形成燃烧区、熔凝区、热影响区和过渡区四个具有不同特征的区域;富Al和Mo的钛基固溶体相降低热影响区Ti向熔凝区的扩散速率,限制燃烧区Ti与O的优先反应,并与熔凝区O的大量固溶共同阻止O向热影响区的继续扩散,从而提高微凸体的抗点燃性能.

关键词: 航空发动机 , TC11钛合金 , 阻燃性能 , 摩擦点燃 , 机理 , 钛火

热处理对激光立体成形TC11钛合金组织的影响

黄瑜 , 陈静 , 张凤英 , 林鑫 , 黄卫东

稀有金属材料与工程

通过对TC11钛合金激光立体成形件沉积态和热处理态组织进行对比研究,探索改善TC11钛合金激光立体成形组织,提高材料高温综合性能的途径.结果表明,TC11钛合金的沉积态组织由贯穿多个熔覆层粗大柱状晶和粗大等轴晶组成,原始柱状β-Ti晶内的微观组织是由条状α和残留β组成.沉积态试样在950 ℃热处理后组织为等轴α、条状α和β转变基体组成的近似三态组织,晶界α大部分破碎球化消失,部分未破碎的晶界上镶嵌有α集束.粗大β晶内等轴α的产生与亚晶有关.在970 ℃热处理后为网篮组织,等轴α较少,α板条有粗化趋势;在1030 ℃再结晶后再经950 ℃热处理的组织是由粗大α板条组成的魏氏组织,在α边界和α内部残留有大量细小β,晶界α基本没有破碎消失.

关键词: TC11钛合金 , 激光立体成形 , 热处理 , 组织

TC11钛合金流变行为及其应变分段本构模型

崔军辉 , 杨合 , 孙志超 , 李宏伟 , 李智军 , 沈昌武

稀有金属材料与工程

针对TC11钛合金,提出了基于应变分段的Arrhenius双曲正弦模型,并进行热模拟压缩试验,分析了TC11钛合金高温流变行为及流变参数对流变应力的影响.采用分段函数的Arrhenius双曲正弦方法,在不同应变区域下求出不同的材料参数,得到了更为精确的本构模型.对比试验结果表明,模型具有很高的精度,并对比了模拟结果,表明模型是可靠的.

关键词: TC11钛合金 , 流变行为 , 本构模型 , Arrhenius双曲正弦 , 分段函数

变形工艺对TC11钛合金超塑性的影响

董洪波 , 王高潮 , 曹春晓

材料热处理学报

为了研究TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)钛合金的超塑性变形行为,采用两种改锻工艺细化坯料原始组织,然后在电子拉伸试验机上分别以恒速、恒应变速率和最大m值法进行拉伸实验.结果表明,TC11钛合金在α+β区通过三维镦拔改锻工艺,可以获得晶粒度为6μm的细晶等轴组织,而在β区拔长改锻的组织为粗大的魏氏组织.在变形温度为900℃的条件下,TC11钛合金通过最大m值超塑变形方式获得了异常高的超塑性,最大伸长率达到2300%;而采用常规的恒应变速率和恒速超塑变形,伸长率分别为1147%和1100%.说明TC11钛合金在α+β区通过三维镦拔改锻细化晶粒后,以最大m值超塑变形是获得较好超塑性的有效方法.

关键词: TC11钛合金 , 超塑性 , 最大m值超塑变形 , 变形工艺

TC11钛合金热加工静态球化过程

陈慧琴 , 曹春晓

稀有金属材料与工程

研究TC11钛合金片层组织在两相区980-850℃,0.001,0.01和0.1 s<'-1>应变速率条件下的热变形组织以及在不同温度退火过程中静态组织的演变规律和机制.结果表明,温度较高、应变速率较慢的条件下,动态球化过程进行得较充分,退火组织的球化分数主要取决于变形过程中的动态球化过程;温度较低、应变速率较快的条件下,动态球化过程不能充分进行,则退火后的球化分数取决于变形状态和退火过程中的静态球化过程.α晶粒尺寸则主要取决于退火温度和时间.进一步对比分析动静态球化组织的EBSD测试结果,表明退火静态球化的机制是β相的静态再结晶和α相的静态回复,以及随后的球化和聚集粗化过程.

关键词: TC11钛合金 , 热加工 , 微观组织 , 静态球化

固溶处理对TC11钛合金棒材组织和性能的影响

和永岗 , 耿景东 , 孙小平 , 赖运金 , 刘向宏

材料开发与应用

通过场发射扫描电镜及拉伸性能测试,研究了TC11钛合金棒材3种固溶处理时间和2种固溶方式对显微组织及力学性能的影响.结果表明:TC11钛合金在经过3h的固溶后,组织中局部的亚稳定β晶体位相发生偏转,β转变组织中的次生α相变的粗大,经过后续时效后的β转变基体发生更为充分的分解和析出,在片层的β边界出现连续的更细小的次生α相.由于固溶时间延长,发生了过固溶,析出的次生相逐渐细小,导致裂纹扩展阻力降低,引起屈服强度的降低,分开各1h的固溶时效性能低于连续2h的固溶时效性能.

关键词: TC11钛合金 , 固溶处理 , 显微组织 , 拉伸性能

连续变断面循环挤压工艺参数对TC11合金组织及显微硬度的影响

王坤 , 刘莹莹 , 王磊 , 冯银敏 , 虎银 , 程丹

材料热处理学报

采用连续变断面循环挤压对TC11合金进行变形,研究了变形温度、变形速度、变形道次对其沿径向显微组织及硬度分布的影响.结果表明:在再结晶温度附近变形时,α相尺寸减小并呈等轴状,晶粒细化显著;而在较高温度变形时,晶粒细化效果变差.同时,变形速度对α相形貌影响较大,速度较低时,初生α相呈长条状,而当速度较高时,初生α相呈等轴状,且分布均匀.变形温度和变形速度对TC11合金沿径向的显微硬度分布有一定影响,试样经不同工艺参数变形后,同一试样沿径向的显微硬度值差异较小且分布较均匀,这与晶粒细化程度较好有关.采用连续变断面循环挤压制备TC11细晶材料时的较佳工艺参数为:850℃,5 mm/s,6道次,α相晶粒尺寸为4~4.5 μm,且分布均匀.

关键词: TC11合金 , 连续变断面循环挤压 , 显微组织 , 晶粒细化

TC11钛合金表面渗锆层组织及其摩擦学性能

姜爱龙 , 张平则 , 黄俊

机械工程材料

为提高TC11钛合金的摩擦磨损性能,对合金表面进行双层辉光等离子渗锆处理,对渗锆层进行了物相分析、组织观察和微区成分分析,并在不同温度下进行了摩擦磨损试验。结果表明:TC11钛合金表面获得了组织致密、厚度为25μm、主要由α-Ti相组成的渗层,锆元素主要固溶在α-Ti相中;在室温和450℃时,渗锆层的摩擦因数均远小于TC11钛合金的;室温时,TC11钛合金的磨损机制主要以粘着磨损和磨粒磨损为主,渗锆层主要以磨粒磨损为主;在450℃时,TC11钛合金磨痕中心位置主要以粘着磨损和剥层为主,磨痕边缘部位以磨粒磨损为主,渗锆层的磨损机制主要以磨粒磨损为主,兼有轻微剥层现象。

关键词: TC11钛合金 , 等离子渗锆 , 摩擦磨损

TC11钛合金热变形本构方程的建立

张雪敏 , 曹福洋 , 岳红彦 , 冯义成 , 郭二军 , 康福伟

稀有金属材料与工程

利用Gleeble-1500D热模拟试验机,在变形温度为960~1050℃,应变速率为0.01~10 s-1范围内对TC11钛合金进行等温恒应变速率压缩实验.通过真应力-真应变曲线,分析了变形温度和应变速率对流变应力的影响规律,并在Arrhenius双曲正弦型方程的基础上建立了适用于TC11钛合金热变形的本构方程.误差分析表明所建立的本构方程与实验值吻合较好,为制定TC11钛合金锻造工艺提供了理论依据.

关键词: TC11钛合金 , 热变形 , 本构方程

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