钛合金材料组织性能关系.pptVIP

采用新型“准?锻造工艺” (授权发明专利: ZL8)，控制复杂、变截面、大尺寸整体航空锻件的网篮组织均匀性，获得了具有高强、高韧、高疲劳性能和低da/dN的综合性能。 TC18钛合金是我国大型运输机大量选用的高强韧钛合金，也采用新型“准?锻造工艺” ，获得了高性能综合匹配。 TC6钛合金是普遍应用的中强度钛合金，采用新型“准?锻造工艺” ，也获得了高性能综合性能，并在某歼击机上得到应用。 采用新型“钛合金准?热处理工艺”(专利号ZL 20043)，解决了：(1) 片层组织塑性低；(2) 复杂截面特大型锻件组织性能均匀性；(3) 普通?热处理在实际生产控制难等技术关键。 美国F-22飞机和C-17等大型运输机上也大量采用了普通?退火态的Ti6Al4V ELI损伤容限钛合金，在其它性能相当的情况下，TC4-DT钛合金采用准?热处理可得到较高的塑性与疲劳性能（以满足我国飞机设计需求）。 基础研究方面：虽然钛合金的组织与性能关系研究热点多，但对组织设计与演变模拟等的基础研究不够。 应用基础研究方面： （1）以“表象” 或基本性能研究为主，应加强新材料与新工艺使用性能研究，并与实际应用挂钩。 （2）综合高性能要求下的组织参数设计与控制研究不多，追求单一高性能的组织-性能关系研究较多（如极端条件或极限性能研究）。 （3）加强特种加工工艺条件下（如激光成形、特种焊接、爆炸复合等）的组织性能关系研究，建立相应规范与标准。 工程化技术研究方面： （1）应加强大尺寸/薄细构件等复杂结构的组织均匀性与织构控制研究，以及机理研究。 （2）加强综合性能与工艺稳定性控制研究等。 例子1：高强韧损伤容限型TC21钛合金 621所 TC21钛合金相比美Ti62222S钛合金具有更加优异的综合性能匹配 例子2：高强韧TC18(BT22)钛合金 ≥60 ≥20 ≥8 ≥1010 ≥1080 指标 76.1 76.8 40.8 49.1 14.2 12.4 1117 1138 1154 1176 L 74.3 71.2 40 33 14 13 1075 1080 1120 1125 L KIC MPam0.5 ? % ?5 % ?0.2 MPa ?b MPa 取向 例子3：中强度TC6(BT31)钛合金 38~42 16~18 1075~ 1100 T 650 7.4 75~95 35~47 14~17 1035~ 1095 L 准β 34~37 12~15 1105~ 1120 T 566 11.2 55~63 45~49 14~18 1080~ 1110 L α+β ?D MPa da/dN x10-4 KIC MPam0.5 ? % ?5 % ?b MPa 取向 锻造 （二）对中等强度钛合金，采用钛合金准?热处理工艺，获得高塑性片层组织，也是实现综合高性能目标的有效途径 例子：中强高损伤容限型TC4-DT钛合金 TC4-DT钛合金大量应用于我国新一代飞机安全寿命级关键承力部件上 621所 与美国Ti-6Al-4V ? ELI合金对比 （三）对高温钛合金，采用钛合金近?锻造工艺，可获得高温综合性能好的双态组织 近β锻造 ℃ α+β α β 相转变点 Ti β稳定元素含量（%） 15 钛合金二元相图示意 近?锻造工艺即在相变点以下15℃加热锻造，并控制锻后冷却方式等得到的双态组织（或三态组织）具有良好的蠕变和持久性能的综合匹配 例子：发动机用TC11和TC17高温钛合金 TC11 TC17 西北工业大学 （四）对钛合金大规格棒材，采用钛合金铸锭与坯料的镦拔工艺，希望获得力学性能与超声波探伤缺陷可检性等均好的等轴组织 几个研究热点 ?斑点冶金缺陷控制 织构 新材料组织性能 新工艺组织性能 定义：α相（等轴或条状）含量少于基体的20%一种冶金缺陷 特征：低倍一般显亮点，也有黑点，高倍显黑斑，硬度稍高 形成原因：Fe偏析，其它含Mo、Cr、Mn等?共析元素偏析 ?斑冶金缺陷研究 SP700棒材 TC18（BT22）锻件 Ti1023锻件 ?斑可以在许多钛合金中存在 ?斑对性能的影响 β斑对Ti-10-2-3钛合金塑性?和低周疲劳性能的影响 如何控制?斑 生产时控制： （1） 合金化控制：避免Fe等元素的添加 （2） 成分均匀性控制：布料均匀、熔化与凝固速率 （3） 加热控制：锻造或热处理时在相变点上或下 50?C以上加热变形 应用时控制： 属于冶金缺陷：β斑超标时应整炉报