2023年第40卷第4期文章目次
2023, 40(4):1-5.
摘要:
舰船和海洋领域对钛合金材料的需求呈大型化发展趋势，铸锭作为锻件和板材的母材，其大型化也势在必行。为满足大型铸锭的工业化生产，采用有限元分析法对真空自耗电弧熔炼（VAR）超大规格TC4ELI钛合金一次锭和成品锭的熔炼过程进行了数值模拟研究。结果表明，一次锭熔炼过程中稳弧电流和稳弧周期直接影响熔池中夹杂物的运动轨迹；对于TC4 ELI钛合金一次锭熔炼，较为合适的稳弧参数为稳弧电流30 A，稳弧周期40 s；成品锭熔炼时，降低熔炼电流，增大稳弧电流和稳弧周期，即加强VAR熔炼过程中的搅拌有助于提高铸锭成分均匀性和表面质量。根据数值模拟结果进行了12.8 t级超大规格TC4 ELI钛合金铸锭的工业化生产，所得铸锭表面质量良好，成分均匀。
舰船和海洋领域对钛合金材料的需求呈大型化发展趋势，铸锭作为锻件和板材的母材，其大型化也势在必行。为满足大型铸锭的工业化生产，采用有限元分析法对真空自耗电弧熔炼（VAR）超大规格TC4ELI钛合金一次锭和成品锭的熔炼过程进行了数值模拟研究。结果表明，一次锭熔炼过程中稳弧电流和稳弧周期直接影响熔池中夹杂物的运动轨迹；对于TC4 ELI钛合金一次锭熔炼，较为合适的稳弧参数为稳弧电流30 A，稳弧周期40 s；成品锭熔炼时，降低熔炼电流，增大稳弧电流和稳弧周期，即加强VAR熔炼过程中的搅拌有助于提高铸锭成分均匀性和表面质量。根据数值模拟结果进行了12.8 t级超大规格TC4 ELI钛合金铸锭的工业化生产，所得铸锭表面质量良好，成分均匀。
2023, 40(4):6-12.
摘要:
基于国内某企业3200 kW的双流C型电子束冷床炉（EB炉），建立了钛液流动–传热–凝固–挥发的多场耦合数学模型，理论分析了不同熔炼工艺下初炼和精炼冷床内钛液的冶金行为。结果表明：稳定熔炼过程中，热辐射为热量散失的主要途径，占总散失热量的77.63%，热传导散失的热量占比为22.36%，钛挥发导致的热量损失忽略不计；钛液挥发主要发生于初炼冷床内；相同熔炼功率下，增加熔炼速率可降低初炼冷床内钛液的过热度和挥发速率，当熔炼速率由1000 kg/h增加至2000 kg/h时，钛液的过热度由210 K降低至8 K，最大挥发速率由0.0022 kg/s降低至0.0004 kg/s。
基于国内某企业3200 kW的双流C型电子束冷床炉（EB炉），建立了钛液流动–传热–凝固–挥发的多场耦合数学模型，理论分析了不同熔炼工艺下初炼和精炼冷床内钛液的冶金行为。结果表明：稳定熔炼过程中，热辐射为热量散失的主要途径，占总散失热量的77.63%，热传导散失的热量占比为22.36%，钛挥发导致的热量损失忽略不计；钛液挥发主要发生于初炼冷床内；相同熔炼功率下，增加熔炼速率可降低初炼冷床内钛液的过热度和挥发速率，当熔炼速率由1000 kg/h增加至2000 kg/h时，钛液的过热度由210 K降低至8 K，最大挥发速率由0.0022 kg/s降低至0.0004 kg/s。
2023, 40(4):13-18.
摘要:
研究了Cr、V、Mo、Al等元素对Ti-Ta系合金在6mol/L沸腾硝酸中腐蚀行为的影响规律。通过扫描电子显微镜（SEM）和电化学工作站等分析方法对不同成分合金的腐蚀速率、钝化膜形貌、极化曲线等进行分析。结果表明，单独添加Cr、V、Mo元素对Ti-Ta合金的耐蚀性能影响较小，而添加Al元素会大幅降低合金耐蚀性能；Ti-Ta-Cr合金的腐蚀速率最低，钝化膜致密度最高，稳定性最佳；Ti-Ta-Al合金在腐蚀过程中很难形成致密且稳定的钝化膜。对于Ti-Ta系多元合金，复合添加Cr、V元素有助于获得致密的钝化膜，添加Mo元素会降低钝化膜致密度和稳定性，Al元素添加量为1%（质量分数）时对合金钝化行为的影响不大。提高氧浓度会恶化Ti-Ta-X三元合金在沸腾硝酸中的耐蚀性能。
研究了Cr、V、Mo、Al等元素对Ti-Ta系合金在6mol/L沸腾硝酸中腐蚀行为的影响规律。通过扫描电子显微镜（SEM）和电化学工作站等分析方法对不同成分合金的腐蚀速率、钝化膜形貌、极化曲线等进行分析。结果表明，单独添加Cr、V、Mo元素对Ti-Ta合金的耐蚀性能影响较小，而添加Al元素会大幅降低合金耐蚀性能；Ti-Ta-Cr合金的腐蚀速率最低，钝化膜致密度最高，稳定性最佳；Ti-Ta-Al合金在腐蚀过程中很难形成致密且稳定的钝化膜。对于Ti-Ta系多元合金，复合添加Cr、V元素有助于获得致密的钝化膜，添加Mo元素会降低钝化膜致密度和稳定性，Al元素添加量为1%（质量分数）时对合金钝化行为的影响不大。提高氧浓度会恶化Ti-Ta-X三元合金在沸腾硝酸中的耐蚀性能。
2023, 40(4):19-25.
摘要:
为了研究Ti6321合金在不同温度下的服役性能及其塑性变形机制，在–196～400℃下对其进行拉伸性能测试并对断口形貌和显微组织进行分析。结果表明，随着温度的升高屈服强度和抗拉强度逐渐降低，屈强差和断面收缩率逐渐增大；延伸率在–100℃降至16.0%，之后随着温度的升高而升高。不同温度下Ti6321合金的塑性变形机制有所不同。25℃下Ti6321合金塑性变形机制主要为柱面滑移。–196℃下Ti6321合金的位错滑移受到抑制，此时等轴α相滑移类型为柱面滑移、一级锥面和滑移，片层α相滑移类型为基面滑移和二级锥面滑移；但{1012}和{1122}孪晶开动使塑性得到恢复，变形机制为滑移、孪生共存，以滑移为主。200℃和400℃下Ti6321合金位错交互作用强烈，可发现位错网等位错组态特征，同时有少量{1012}孪晶开动，变形机制主要为位错滑移。等轴α相与片层α相中的滑移类型相同，为柱面滑移和二级锥面滑移。
为了研究Ti6321合金在不同温度下的服役性能及其塑性变形机制，在–196～400℃下对其进行拉伸性能测试并对断口形貌和显微组织进行分析。结果表明，随着温度的升高屈服强度和抗拉强度逐渐降低，屈强差和断面收缩率逐渐增大；延伸率在–100℃降至16.0%，之后随着温度的升高而升高。不同温度下Ti6321合金的塑性变形机制有所不同。25℃下Ti6321合金塑性变形机制主要为柱面滑移。–196℃下Ti6321合金的位错滑移受到抑制，此时等轴α相滑移类型为柱面滑移、一级锥面和
2023, 40(4):26-34.
摘要:
采用有限元法对Ti-811合金棒材热连轧过程进行数值模拟，分析变形过程中轧件应力场、应变场和温度场的数值以及分布规律，并基于数值模拟结果进行轧制验证，为制定Ti-811合金棒材轧制工艺提供指导。结果表明：模拟连续轧制过程中轧件的最大应力位于与轧辊接触的表面，且由边部到心部逐渐降低；随着轧制道次的增加，应力值逐渐下降、应变量逐渐增大；轧件在各道次的变形过程中表层和心部存在差异，心部变形量大于边部变形量；轧件与轧辊接触的表面层有明显温降，当轧件脱离轧辊后表面层温度逐渐回升，轧制结束后表面层温度回升至初始温度，但心部因变形热积聚温度略有升高，最大温升值达到14℃。基于数值模拟结果在热连轧机组上进行轧制验证，所轧制的Ti-811合金棒材外形尺寸良好，且组织与力学性能满足GJB 9567—2018《叶片用TA11和TC6钛合金棒材规范》要求。
采用有限元法对Ti-811合金棒材热连轧过程进行数值模拟，分析变形过程中轧件应力场、应变场和温度场的数值以及分布规律，并基于数值模拟结果进行轧制验证，为制定Ti-811合金棒材轧制工艺提供指导。结果表明：模拟连续轧制过程中轧件的最大应力位于与轧辊接触的表面，且由边部到心部逐渐降低；随着轧制道次的增加，应力值逐渐下降、应变量逐渐增大；轧件在各道次的变形过程中表层和心部存在差异，心部变形量大于边部变形量；轧件与轧辊接触的表面层有明显温降，当轧件脱离轧辊后表面层温度逐渐回升，轧制结束后表面层温度回升至初始温度，但心部因变形热积聚温度略有升高，最大温升值达到14℃。基于数值模拟结果在热连轧机组上进行轧制验证，所轧制的Ti-811合金棒材外形尺寸良好，且组织与力学性能满足GJB 9567—2018《叶片用TA11和TC6钛合金棒材规范》要求。
2023, 40(4):35-39.
摘要:
研究了不同冷轧变形量和退火工艺对Gr.39钛合金带卷显微组织和力学性能的影响。结果表明，对于热轧退火态Gr.39钛合金带卷，当冷轧变形量从0升高到59.4%时，显微组织由完全退火的等轴组织逐渐变形为被拉长的纤维状组织，并且随着变形量的增加，材料加工硬化程度逐渐增加。考虑到轧制过程的稳定性，建议单轧程冷轧变形量控制在60%以内。Gr.39钛合金带卷在700℃退火发生完全再结晶，退火温度升高至相变点以上时，显微组织转变为粗大魏氏组织。随着退火温度的升高，抗拉强度和屈服强度逐渐降低，延伸率逐渐升高。推荐冷轧Gr.39钛合金带卷退火制度为700℃/8 h/AC。
研究了不同冷轧变形量和退火工艺对Gr.39钛合金带卷显微组织和力学性能的影响。结果表明，对于热轧退火态Gr.39钛合金带卷，当冷轧变形量从0升高到59.4%时，显微组织由完全退火的等轴组织逐渐变形为被拉长的纤维状组织，并且随着变形量的增加，材料加工硬化程度逐渐增加。考虑到轧制过程的稳定性，建议单轧程冷轧变形量控制在60%以内。Gr.39钛合金带卷在700℃退火发生完全再结晶，退火温度升高至相变点以上时，显微组织转变为粗大魏氏组织。随着退火温度的升高，抗拉强度和屈服强度逐渐降低，延伸率逐渐升高。推荐冷轧Gr.39钛合金带卷退火制度为700℃/8 h/AC。
2023, 40(4):40-43.
摘要:
采用一次换向+四火次轧制、二次换向+四火次轧制和一次换向+三火次大变形轧制3种工艺制备了厚度10.0mm的TA15钛合金中板，研究了轧制工艺对板材显微组织和力学性能的影响。结果表明：3种TA15钛合金中板显微组织均为α+β两相区加工组织，但采用二次换向+四火次轧制的样品B显微组织中初生α相尺寸最为细小、等轴化程度最高；3种TA15钛合金板材室温和高温力学性能均符合GJB 2505A—2008标准要求，但采用一次换向+三火次大变形轧制的样品C室温和500℃高温抗拉强度横纵向差异最小，500℃高温持久性能最佳。
采用一次换向+四火次轧制、二次换向+四火次轧制和一次换向+三火次大变形轧制3种工艺制备了厚度10.0mm的TA15钛合金中板，研究了轧制工艺对板材显微组织和力学性能的影响。结果表明：3种TA15钛合金中板显微组织均为α+β两相区加工组织，但采用二次换向+四火次轧制的样品B显微组织中初生α相尺寸最为细小、等轴化程度最高；3种TA15钛合金板材室温和高温力学性能均符合GJB 2505A—2008标准要求，但采用一次换向+三火次大变形轧制的样品C室温和500℃高温抗拉强度横纵向差异最小，500℃高温持久性能最佳。
2023, 40(4):44-48.
摘要:
钛合金具有密度低、比强度高等多种优点，但存在摩擦因数高、耐磨性能差、高温易氧化等缺点。激光熔覆技术可根据需求提升钛合金的表面性能，满足不同服役环境下对钛合金零部件的使用要求。为此，重点介绍了钛合金表面激光熔覆材料，包括自熔性合金粉末、陶瓷粉末、金属基陶瓷复合粉末等，讨论了激光熔覆工艺对涂层性能的影响，最后指出了钛合金表面激光熔覆涂层的发展方向：(1)发展新型熔覆层材料体系；(2)优化激光熔覆工艺参数；(3)研发功能梯度涂层。
钛合金具有密度低、比强度高等多种优点，但存在摩擦因数高、耐磨性能差、高温易氧化等缺点。激光熔覆技术可根据需求提升钛合金的表面性能，满足不同服役环境下对钛合金零部件的使用要求。为此，重点介绍了钛合金表面激光熔覆材料，包括自熔性合金粉末、陶瓷粉末、金属基陶瓷复合粉末等，讨论了激光熔覆工艺对涂层性能的影响，最后指出了钛合金表面激光熔覆涂层的发展方向：(1)发展新型熔覆层材料体系；(2)优化激光熔覆工艺参数；(3)研发功能梯度涂层。
2023, 40(4):12-12.
摘要:
<正>日本大阪钛科技公司2023财年第1季度（2023年4月1日至2023年6月30日）营业额为141.30亿日元，较2022财年第1季度的87.02亿日元增长了62.4%；营业利润为16.91亿日元，较2022财年第1季度的4.22亿日元增长了300.5%；净利润为20.73亿日元，较2022财年第1季度的8.17亿日元增长了153.6%。公司钛事业部2023财年第1季度销售额为134.07亿日元，同比增长75.9%。其中，面向航空领域出口海绵钛的销售额同比增长72.2%，日本国内一般工业及民用领域对海绵钛的需求也显著增加，销售额同比增长83.1%。
<正>日本大阪钛科技公司2023财年第1季度（2023年4月1日至2023年6月30日）营业额为141.30亿日元，较2022财年第1季度的87.02亿日元增长了62.4%；营业利润为16.91亿日元，较2022财年第1季度的4.22亿日元增长了300.5%；净利润为20.73亿日元，较2022财年第1季度的8.17亿日元增长了153.6%。公司钛事业部2023财年第1季度销售额为134.07亿日元，同比增长75.9%。其中，面向航空领域出口海绵钛的销售额同比增长72.2%，日本国内一般工业及民用领域对海绵钛的需求也显著增加，销售额同比增长83.1%。
2023, 40(4):12-12.
摘要:
<正>据报道，ATI公司将在位于华盛顿州南部的里奇兰投资扩建钛熔炼工厂。该扩建项目预计于2024年年底投产，产品认证将在2025年进行。ATI公司总裁兼首席运营官KimFields表示，公司正在努力扩大钛熔炼产能，提升钛产品品质，本次扩建项目在化学成分控制、工艺灵活性方面将更具优势。项目完成后，ATI公司航空航天及国防级钛产品产量将较2022年增加约35%。
<正>据报道，ATI公司将在位于华盛顿州南部的里奇兰投资扩建钛熔炼工厂。该扩建项目预计于2024年年底投产，产品认证将在2025年进行。ATI公司总裁兼首席运营官KimFields表示，公司正在努力扩大钛熔炼产能，提升钛产品品质，本次扩建项目在化学成分控制、工艺灵活性方面将更具优势。项目完成后，ATI公司航空航天及国防级钛产品产量将较2022年增加约35%。
2023, 40(4):5-5.
摘要:
本发明公开了一种表面纳米化的大规格超细晶钛合金薄板及其制备方法，包括初步轧制、包覆叠轧和表面处理。该方法通过初始大变形轧制及后续低温包覆叠轧工艺得到晶粒尺寸小于2μm的大规格超细晶钛合金薄板；且随着碾压道次数的增加，下压力逐渐增加，经过多道次碾轧后可获得表面为纳米晶、芯部为超细晶的钛合金薄板。
本发明公开了一种表面纳米化的大规格超细晶钛合金薄板及其制备方法，包括初步轧制、包覆叠轧和表面处理。该方法通过初始大变形轧制及后续低温包覆叠轧工艺得到晶粒尺寸小于2μm的大规格超细晶钛合金薄板；且随着碾压道次数的增加，下压力逐渐增加，经过多道次碾轧后可获得表面为纳米晶、芯部为超细晶的钛合金薄板。
2023, 40(4):34-34.
摘要:
本发明涉及钛合金锻造技术领域，公开了一种高组织均匀性的Ti17钛合金大规格棒材的锻造方法。其锻造工艺路线：第一次高温均匀化处理+开坯锻造→第二次高温均匀化处理+相变点以上锻造→首次α+β相区锻造→相变点以上热处理+锻造→第二次α+β相区锻造→α+β相区拔长锻造→α+β相区成品锻造。
本发明涉及钛合金锻造技术领域，公开了一种高组织均匀性的Ti17钛合金大规格棒材的锻造方法。其锻造工艺路线：第一次高温均匀化处理+开坯锻造→第二次高温均匀化处理+相变点以上锻造→首次α+β相区锻造→相变点以上热处理+锻造→第二次α+β相区锻造→α+β相区拔长锻造→α+β相区成品锻造。
