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TA18钛合金管材多行程皮尔格冷轧过程三维有限元模拟:Ⅰ理论解析、模型建立与验证

黄亮 , 徐哲 , 代春 , , 叶文君 , 王国 , 谢水生 , 李宏伟

稀有金属材料与工程

皮尔格冷轧技术制备的TA18钛合金管材具有高比强度、冷加工性能好、织构分布合理等优异的综合性能,在飞机和航天器液压管路系统、石油勘探钻杆中得到了广泛的应用.根据多行程皮尔格冷轧过程力学分析,获得了成形过程的精确运动模式和管材应力状态.然后,基于有限元软件ABAQUS/Explicit,建立了TA18钛合金管材多行程皮尔格冷轧三维有限元模型,并解决了建模关键技术,包括:虚拟曲柄连杆机构实现方法、多行程周期式运动控制方法、复杂模具几何实体定义、滚动与滑动摩擦定义.利用能量守恒原理和实验验证了模型的可靠性,以及利用成形过程等效应力和等效塑性应变分布评估了模型.

关键词: TA18钛合金管材 , 皮尔格冷轧 , 三维有限元模型 , 力学分析

TA18钛合金管材多行程皮尔格冷轧过程三维有限元模拟:Ⅱ塑性变形行为分析

黄亮 , 徐哲 , 代春 , , 叶文君 , 王国 , 谢水生 , 李宏伟

稀有金属材料与工程

利用己建立的TA18钛合金管材多行程皮尔格冷轧三维有限元模型,研究了φ25.4 mm×1.32 mm的TA18钛合金管材轧制塑性变形行为.结果表明:平均总轧制力模拟结果比理论结果稍大.轧成管最大等效塑性应变对称出现在轧辊周向面孔型脊部偏转约63.80°的位置,而最小/最大等效塑性应变的位置相差约90°.轧成管径向和周向受压应力,轴向受拉应力,且变形程度径向最大,轴向次之,切向最小.轧成管各向异性程度从外表面到中性层再到内表面依次减小.工作锥径向塑性真应变矢量的变化分为3个阶段,其变化趋势和Q值各不相同,塑性真应变矢量的应变比变化范围是从-30°(Q=0)到0°(Q=1)再到+30°(Q=∞),且工作锥经历了从径向织构到周向织构的转变,使得最终应变比保持在20°到27°之间,管材达到了六方晶体管材织构分布的稳定状态.

关键词: 三维有限元模拟 , 平均总轧制力 , 塑性真应变矢量 , Q值 , 应变比

BT-20合金薄板冷轧工艺特性

王俭 , 郭志军 , 王红武 , 任连保 , 陈东 , 魏寿庸 , , 王希哲

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2002.z1.128

对BT-20合金薄板冷轧加工特性、冷轧加工率、织构与力学性能的关系进行了研究,确定了BT-20板材冷轧工艺参数.

关键词: BT-20板材 , 冷轧加工率 , 织构

Ti-6554钛合金的晶粒长大动力学

于洋 , 李成林 , , 叶文君 , 王韦琪 , 张平辉 , 羊玉兰

中国有色金属学报

研究了Ti-6554(Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al)合金在相变点以上的晶粒长大动力学.结果表明:在800 ℃固溶处理时,随着固溶时间的延长,晶粒的尺寸增加,固溶时间超过60 min后,晶粒长大速度加快.800 ℃时,晶粒平均直径随时间的长大方程为 6.16t0.5.固溶时间为30 min时,随着固溶温度的升高,合金的晶粒尺寸增大,920 ℃固溶处理后,晶粒明显粗化.在本研究的温度和时间范围内,固溶温度对晶粒度的影响更为显著.

关键词: 钛合金 , 固溶 , 长大动力学

铸态Ti-6Al-4V-0.1B合金的热变形行为及加工图

于洋 , 熊柏青 , , 叶文君 , 宋晓云 , 刘睿 , 付艳艳

材料热处理学报

在Gleeble-1500热模拟试验机上进行高温压缩试验,研究了变形温度为1000~1100℃,初始应变速率为0.01~1 s-1的铸态Ti-6Al-4V-0.1B合金的变形行为。基于动态材料模型建立了加工图,并观察了变形组织。结果表明:该合金为热敏感和应力敏感型合金,热变形的最佳变形参数为1050~1100℃,应变速率在0.1~1 s-1之间。铸态大变形区组织为沿着变形方向拉长的原始β晶粒,晶粒组织内部出现针状马氏体,TiB相在变形的过程中出现折断,并沿着加工流线分布。

关键词: 铸态Ti-6Al-4V-0.1B合金 , 高温变形行为 , 加工图

热处理制度对Ti-22Al-27Nb合金显微组织和拉伸性能的影响

吴波 , 张翥 , 沈剑韵 , 彭德林 , 孙军 , ,

金属学报 doi:10.3321/j.issn:0412-1961.2002.z1.161

研究了不同热处理制度下Ti-22Al-27Nb(原子分数,%)合金的显微组织和拉伸性能.经过锻造的试样,直接进行短时时效,得到细小的网篮状组织,其室温和650℃时的拉伸性能都可以保持较高水平.长时时效后,O相比例增大,合金的强度增加,但塑性显著降低.合金在B2相区固溶后,经过水淬或空冷后进行低温时效,在初生的B2相上析出粗大且取向趋于一致的O相组织,合金的强度和塑性都较差.当合金在B2相区固溶随炉冷却后低温时效,将在初生的B2相上析出细小和取向不同的O和α2相,合金的强度能够保持到较高的水平,而塑性也明显增加.

关键词: Ti2AlNb基合金 , 热处理 , 拉伸性能

微量B添加对铸态Ti-6Al-4V合金组织及性能的影响

于洋 , 李成林 , 付艳艳 , , 叶文君

稀有金属材料与工程

通过添加0.1wt%B对铸态Ti-6Al-4V合金组织和性能影响研究表明:微量B添加在合金中形成TiB相,TiB相位于原始β晶界处.微量的B添加使得原始β晶粒和α集束都得到了明显的细化,获得的铸态组织更加均匀.微量的B添加同时提高了铸态合金的强度和塑性,并改变了合金的拉伸断裂机制.由微空洞在α集束交界处聚集、长大及裂纹形成扩展改变为TiB相与基体合金的变形不协调造成微裂纹的形成和扩展.

关键词: 钛合金 , 铸态组织 , 性能 , 硼添加

β钛合金的强韧化机制分析

付艳艳 , 宋月清 , , 米绪军 , 叶文君 , 于洋

稀有金属 doi:10.3969/j.issn.0258-7076.2009.01.020

β钛合金的合金成分、热处理工艺和显微组织决定了合金的强韧性.β钛合金的β稳定元素和中型元素Zr可以提高合金的强度,降低断裂韧性.细小的β晶粒不能有效提高时效态β钛合金的强度,可以降低Ti-15-3合金的断裂韧性,对β-C和Ti-1023合金的断裂韧性无明显影响.时效态β钛合金的强度主要取决于时效析出的次生α相的含量和尺寸,在含有同样初生α相的情况下,细小的次生α相可以显著提高合金的强度.初生α相的粗化以及初生相从球状转变为片状会导致β钛合金塑性降低,断裂韧性提高.β钛合金的双态组织具有良好的强度、塑性和韧性的匹配.

关键词: β钛合金 , 强度 , 断裂韧性 , 显微组织 , 热处理

冷却速度对TA15 ELI合金组织与性能的影响

李士凯 , , 叶文君 , 于洋 , 熊柏青

稀有金属材料与工程

研究了不同冷却方式(水冷,空冷和炉冷)对Ti-6Al-2zr-2V-1Mo(质量分数,下同)ELI(TA15 ELI)合金43 mm厚板双态组织中次生a片厚度,以及对该合金双态组织和等轴组织损伤容限性能的影响.结果表明:水冷时a片厚约1 μm,空冷时a片厚为2 μm~4 μm,炉冷时a片过于增厚,几乎完全溶于等轴a相内,形成完全等轴组织.次生a相的变化对该合金的屈服强度和断裂韧性产生很大影响,但对疲劳裂纹扩展速率影响不大,疲劳裂纹主要以切过或沿等轴a相界面扩展.采用Paris(da/dN=c(△K)")公式对3种合金组织疲劳裂纹扩展数据进行拟合,其结果为:c=1~8×10-8,n=3.12~3.28.

关键词: TA15 ELI合金 , 损伤容限 , 疲劳裂纹扩展速率 , 断裂韧性

铬含量对Ti5Mo5V3Al-XCr系合金α+β/β转变温度的影响

崔雪飞 , 米绪军 , 林晨光 , 陶海明 ,

稀有金属材料与工程

通过计算法、连续升温金相法及差示扫描量热法对Ti5Mo5V3Al-XCr (X=1.0,3.0,5.0,7.0,9.0,质量分数,%)系列合金的α+β/β相转变温度进行了测定.金相法测定结果显示,随着Cr含量的增加,相转变温度呈线性下降趋势,每提高1%的Cr含量,相变点降低17.5℃左右.通过观察各合金不同温度下的显微组织,发现随着Cr含量的增加,合金稳定β相能力逐渐提高,合金逐渐由近β钛合金向稳定型β钛合金过渡.结合差示扫描量热法测量结果显示,随着Cr含量的增加,合金相转变过程中的热效应逐渐减弱,相转变效应减弱.对比3种测定方法,尽管各有优缺点,但就β钛合金而言,金相法仍是最为直观、精确及可靠的方法.

关键词: Ti5Mo5V3Al-XCr钛合金 , α+β/β转变温度 , 金相法

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