文献翻译-钛合金相变超塑性连接技术研究
外文资料翻译
Transformation Super plasticity of Titanium Alloy
Technology Research Connection
The outstanding characteristic of titanium is its high specific strength and
excellent corrosion resistance, while at the same time has good heat resistance
and low temperature performance, and practical application of a wide range.
As long as the materials properly, not only can greatly increase the
effectiveness of equipment, but also can bring significant economic benefits.
In regard to corrosion resistance, titanium alloys in oxidizing and neutral
media is extremely stable, the corrosion rate in sea water is far below the
stainless steel, compared with platinum, it is suitable for the petroleum,
chemical, electric power, metallurgy, agricultural chemicals, paper-making,
shipbuilding, food and medical applications and health departments.
Due to the characteristics of titanium alloy with the above, it is
particularly suitable for aircraft and spacecraft materials design is required.
Aviation Industry Development and Application of titanium alloys is the first
sector. The beginning of the fifties, the United States succeeded in the use of a
titanium aircraft, although at the time of each aircraft being used for only 1%
the weight of the structure of titanium, but titanium has opened up applications
in the aviation industry in the broad road. Now, the titanium in the world has
been widely used, small screws, nuts, such as connectors, up to the fuselage
frame, every other frame, such as structural parts, and even more than 6 meters
long, weighing two tons of the main support beam of the landing gear. For
high-speed fighters, as a result of high-speed and high maneuverability, the
aircraft structure as far as possible the requirements of light, heat capacity at
the same time; practice has proved that titanium is the most appropriate
material.
Titanium is the world's recognized difficult-to-machine materials, but the
use of super plastic forming / diffusion bonding process (SPF / DB) can be
produced by welding, riveting processes difficult to produce complex titanium
aircraft parts and components to enable integration, light weight, and lower the
cost.
Use of materials under thermal cycle repeated phase-change role in the
effects of pressure welding material so that the contact took place in super
plastic flow, so that the surface in close contact and close to the inter-atomic
forces to achieve the scope of , the realization of the material on both sides of
the interface connected to a reliable welding method known as phase-change
Super plastic diffusion bonding (Transformation Super plastic Diffusion
Bonding). Super plastic conditions, the material under stress in the smaller
plastic deformation has a very good ability to flow the process of super plastic
materials in a highly activated state of atoms, these materials will help to
remove the surface oxide film to improve the combination of the close
connections and speed up the atomic diffusion, resulting in a short period of
time to achieve a reliable connection. Be welded as long as the phase-change
material, the use of such methods can be welded. Repeated phase-change
material is produced by thermal cycling to achieve, and therefore thermal
cycling method has become the core of this welding process links.
Phase transformation super plastic diffusion bonding is a solid-phase
welding method, a general proliferation of welding and the characteristics of
welding deformation, deformation mechanisms and the proliferation of
mechanisms in the formation of welded joints are equally important role in the
process. Phase transformation super plastic diffusion bonding joints or less
after the formation of three phases.
First, physical contact with the formation of phases:
To the formation of the actual physical contact, the material must be
removed on the surface oxide film and the adsorbed layer, but in the welding
process and welding can completely clear the oxide film is of utmost
importance. Vacuum welding, the adsorbed layer and the oxide film under high
temperature description, distillation, evaporation, chemical reaction and
dissolution methods can be eliminated.
In the process of diffusion bonding, only the material near the surface of
each other, reaching between atoms can be caused by physical distance, will it
be possible to form a welded joint quality. In general, the solder materials
were processed through sophisticated, from the micro-view of its surface is
still uneven. Therefore, in the beginning stages of diffusion welding, the
welding material contact surfaces can only form of local contacts, while the
钛／铜合金连接技术研究进展
俘搭专题综述 钛／铜合金连接技术研究进展 哈尔滨工业大学现代焊接生产技术国家重点实验室（１５０００１） 刘 伟 陈国庆 张秉刚 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所（１５００８０） 朱琦 摘要实现铜合金与钛合金异种材料的有效连接既能满足导热性、耐磨性、耐蚀性的要求，又能满足轻质高强 的要求，将拥有广阔的应用前景。综述了铜合金与钛合金异种材料的连接现状，主要涉及扩散焊、爆炸焊、摩擦焊 及钎焊等方法，同时指出了这些方法的特点、最新进展及适用性。 关键词：铜合金钛合金连接技术研究进展 中图分类号：ＴＧ４０６ ０前 言 的应用前景。 铜和铜合金通常具有优良的导电导热性能、延展 性和优良的抗腐蚀性能，某些铜合金还兼有较高的强 度，因而在电气、电子、化工、动力、交通及航空航天等 工业及军事部门得到了广泛的应用…。钛及钛合金是 一种优良的结构材料，具有密度小、比强度高、塑韧性 好、耐热耐蚀性好、可加工性好等特点，在航空、航天、 车辆：ｒ程、生物医学工程等领域具有非常广阔重要的 应用价值 。异种材料的焊接１３益受到人们的重 视 Ｊ，其特点是能够最大限度地利用材料的各自优 点满足现代生产对材料结构性能多方面的要求。在某 些情况下，异种材料的综合性能甚至超过单一金属结 构。实现铜合金与钛合金异种材料的有效连接既能满 足导热性、耐磨性、耐蚀性的要求，又能满足轻质高强 的要求，在航空航天、造船、仪表等领域必将拥有广阔 １ 钛合金与铜合金焊接性分析 铜及其合金具有优良的导电、导热及耐腐蚀性能， 是其主要的应用背景。由于铜及铜合金特殊的物理化 学性能，常要求与其他金属或合金结合使用，常用的焊 接方法主要包括钎焊、弧焊、扩散焊等方法，此外还采 用激光焊、电子束焊和等离子弧焊等连接方法。 钛及其合金的密度小（约为碳钢的一半），耐腐蚀 性能良好，具有高的比强度和韧性，在３００～５００ ｏＣ时 仍能保持良好的力学性能。大多数钛合金都易于焊 接，但焊接过程中也存在气孑Ｌ、裂纹和脆化等缺陷。 铜与钛的互溶性很小，在物理性能和化学性能方 面存在较大差异，在焊接热作用下极易形成脆性的金 属间化合物，如表１所示。由Ｔｉ—ｃｕ二元相图可知铜 和钛易形成ＴｉＣｕ，Ｔｉ２Ｃｕ，Ｔｉ２Ｃｕ３，Ｔｉ３Ｃｕ４等金属问化合 表１ 钛和铜的物理化学性能 物，另外还易形成Ｔｉ＋ｒｒｉ２Ｃｕ，ＴｉＣｕ＋Ｔｉ２ｃｕ及ＴｉＣｕ２＋ ＴｉＣｕ 等低熔点共晶物。铜和钛都属于活泼金属，在常 温和高温时极易氧化，高温时吸收氢和氮的能力较大， 焊缝中易形成氢气孑Ｌ和氢化物Ｔｉｌ ，从而引起氢脆。 此外，铜／钛熔焊接头靠近铜一侧热裂纹敏感性较大， 收稿日期：２０１０—１０—１８ 基金项目：黑龙江省政府博士后资助经费项目（１ｂｈ—ｚ０９１３７） ２２ ２０１０年第１２期 易形成裂纹缺陷。铜／钛固相连接性较好，通常采用扩 散焊、爆炸焊及摩擦焊等方法进行连接 “ 。 ２铜／钛异种金属连接的研究现状 ２．１ 扩散焊 由于扩散焊技术自身的特点，使其成为连接异种
超塑成形／扩散连接技术在航空航天上的应用
科技视界
Science&TechnologyVision科技视界0引言随着科学技术的进步袁飞行器的性能越来越高袁对结构件的各项要求也越来越高袁采用传统的铆接尧焊接方式制造的装配件已不能满足总体的需要遥20世纪70年代问世的超塑成形/扩散连接技术渊SPF/DB冤袁能够大幅减轻结构件重量袁降低成本袁具有较高的强度和刚性袁并且通过减少零件和连接环节提高系统的可靠性袁从而广泛应用于航空航天领域遥本文主要介绍了超塑成形/扩散连接技术渊SPF/DB冤的原理尧特点以及在航空航天领域的应用遥1超塑成形/扩散连接技术原理1.1超塑成形/扩散连接的概念1.1.1超塑性渊SPF冤超塑性通常是指材料在拉伸条件下表现出异常高的延伸率也不产生缩颈与断裂现象遥当延伸率大于100豫时袁即可称为超塑性遥按照实现超塑性的条件和变形特点的不同袁目前一般将超塑性分为以下几类院组织超塑性尧相变超塑性和其他超塑性遥实际生产中应用最广泛的是组织超塑性遥获取这种超塑性一般要求材料具有均匀尧细小的等轴晶粒和较好的热稳定性遥1.1.2扩散连接渊DB冤扩散连接是把2个或2个以上的固相材料(包括中间层材料)紧压在一起袁置于真空或保护气氛中加热至母材熔点以下温度袁对其施加压力使连接界面微观凸凹不平处产生微观塑性变形达到紧密接触袁再经保温尧原子相互扩散而形成牢固的冶金结合的一种连接方法遥通常把扩散连接分为3个阶段(见图1)院第一阶段为塑性变形使连接界面接触遥在金属紧密接触后袁原子开始相互扩散并交换电子袁形成金属键连接遥第二阶段为扩散尧界面迁移和孔洞消失遥连接界面的晶粒生长或再结晶以及晶界迁移袁使金属键连接变成牢固的冶金连接遥最后阶段为界面和孔洞消失遥在这一阶段中主要是体积扩散袁速度比较慢袁通常需要几十分钟到几十小时才能使晶粒穿过界面生长袁原始界面完全消失遥
(a)(b)(c)(d)图1扩散连接的三阶段模形1.1.3超塑成形/扩散连接渊SPF/DB冤SPF/DB是一种把超塑成形与扩散连接相结合用于制造高精度大形零件的近无余量加工方法遥当材料的超塑成形温度与该材料的扩散连接温度相近时袁可以在1次加热尧加压过程中完成超塑成形和扩散连接2道工序袁从而制造出局部加强或整体加强的结构件以及构形复杂的整体结构件遥如钛合金的超塑成形温度为850耀970益袁扩散连接温度为870耀1280益袁由于在超塑成形温度下也可进行扩散连接袁因此有可能把这2种工艺结合袁在1次加热尧加压过程中完成超塑成形和扩散连接2道工序遥这种只需1次加热尧加压过程的SPF辕DB工艺常见于板料的吹胀成形和扩散连接遥体积成形(如超塑性模锻)与扩散连接相结合的SPF辕DB工艺往往需要将超塑成形和扩散连接分开进行袁先超塑成形后再扩散连接或者先扩散连接后再超塑成形袁视具体工艺情况而定遥1.2超塑成形/扩散连接的技术原理超塑成形工艺按成形介质可分为气压成形尧液压成形尧无模成形尧无模拉拔曰按原始坯料形式可以分为体积成形尧板材成形尧管材成形尧杯突成形等等遥其中袁在航空航天领域中袁应用最为广泛的超塑成形方法是板材气压成形袁也称吹塑成形遥吹塑成形是一种用低能尧低压获得大变形量的板料成形技术遥通过设计制造专用模具袁在模具与板料中间形成一个封闭的压力空间袁板料被加热到超塑性温度后袁在气体作用下袁坯料产生超塑性变形袁逐渐向模具形面靠近袁直至同模具完全贴合形成预定形状遥具备超塑性的材料包括钛合金尧铝合金尧镁合金尧高温合金尧锌铝合金尧铝锂合金等遥目前超塑成形技术最广泛的应用是与扩散连接技术组合而成的超塑成形/扩散连接组合工艺技术渊SPF/DB冤袁利用金属材料在一个温度区间内兼具超塑性与扩散连接性的特点袁一次成形出带有空间夹层结构的整体构件遥按照成形构件初始毛坯数量不同可以分为单层尧两层尧三层及四层结构形式渊见图2冤遥
低温超塑性钛合金的超塑性研究
第２６卷 第５期
２００６年１０月 航空材料学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＥＲＯＮＡＵＴＩＣＡＬ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ Ｖｏ１．２６，Ｎｏ．５
Ｏｃｔｏｂｅｒ ２００６
低温超塑性钛合金的超塑性研究
曾立英，赵永庆，李丹柯，李 倩
（西北有色金属研究院，西安７１００１６）
摘要：对一种超塑性温度相对较低的双相钛合金ＳＰＺ的超塑性能进行了研究。结果表明：７４０～８００℃，应变速率恒
为１．１１×１０～ｓ 时，ＳＰＺ合金的最大拉伸延伸率均超过１６００％；７６０。Ｃ，合金的超塑延伸率可高达２１４９％。７６０℃，
应变速率高达１．１１×１０一ｓ 时，合金的超塑延伸率仍可达１３８０％。也就是说，７００℃／１ｈＡＣ处理后，ＳＰＺ合金在试
验温度范围内具有低温高速超塑性。ＳＥＭ观察发现，超塑变形前，合金的晶粒细小均匀，平均晶粒尺寸只有
０．８９ ｍ；应变速率为２．２２×１０～ｓ～，７４０℃，７６０℃变形后ＳＰＺ合金的晶粒尺寸分别为１．５１ ｍ，２．３３Ｉｘｍ。超塑性变
形的微观机制是以晶界滑动为主，晶内变形以及位错蠕变起了协调作用。
关键词：低温超塑性；双相钛合金；延伸率；细晶组织；变形机制
中图分类号：ＴＧ １４６．２３ 文献标识码：Ａ 文章编号：２００５—５０５３（２００６）０５－０００６－０４
一些超塑性钛合金因变形性能优异，在航空航
天、汽车制造等工业部门的应用前景越来越广阔，尤
其适宜用于制备形状复杂的构件¨ 。目前用途最
广泛的超塑性钛合金为Ｔｉ－６Ａ１－４Ｖ合金 ，Ｔｉ－６Ａ１－
４Ｖ合金在９００℃左右具有最佳超塑性，最大超塑性
延伸率可达２０００％。但Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金在９００℃成
形加工的成本较高；模具材料需耐高温和抗氧化；合
金的超塑性成型通常需在惰性气体保护中进行；超
塑成形后，成型部件需进行表面修磨以去除ａ脆性
层。１３本钢管公司（ＮＫＫ）推出的富Ｂ的ａ＋Ｂ型钛
合金ＳＰ－７００（Ｔｉ－４．５Ａ１－３Ｖ．２Ｍｏ－２Ｆｅ）具有比Ｔｉ－６Ａ１－
文献翻译-钛合金相变超塑性连接技术研究
外文资料翻译
Transformation Super plasticity of Titanium Alloy
Technology Research Connection
The outstanding characteristic of titanium is its high specific strength and
excellent corrosion resistance, while at the same time has good heat resistance
and low temperature performance, and practical application of a wide range.
As long as the materials properly, not only can greatly increase the
effectiveness of equipment, but also can bring significant economic benefits.
In regard to corrosion resistance, titanium alloys in oxidizing and neutral
media is extremely stable, the corrosion rate in sea water is far below the
stainless steel, compared with platinum, it is suitable for the petroleum,
chemical, electric power, metallurgy, agricultural chemicals, paper-making,
shipbuilding, food and medical applications and health departments.
Ti-15-3超塑性研究
２００７年３月 第２ｌ卷第１期 南昌航空工业学院学报（自然科学版） Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎａｎｃ｝瑚ｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ） Ｍａｒ．．２０ａ７ Ｖ０１．２ｌ Ｎｏ．１
Ｔｉ一１５—３超塑性研究
范定兵，王高潮，赵晓宾
（南昌航空工业学院，江西南昌 ３３００６３）
［关键词］Ｔｉ一１５Ｖ一３Ｃｒ一３Ｓｎ一３Ａ１；恒应变速率；高温拉伸；超塑性
［摘要］Ｔｉ一１５Ｖ一３Ｃｒ一３Ｓｎ一３Ａ１合金是一种在航空航天工业领域具有广泛应用前景的亚稳定Ｂ型钛合金。本文用恒应
变速率法进行实验，测试 一ｌ５—３板材的超塑性，为超塑成形提供参考依据。 ［中图分类号］ＴＣ１４６．２３ ［文献标识码］Ｂ ［文章编号］１００１—４９２６（２００７）０１—００２６—０４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉ ０ｆ Ｔｊ一１５—３ ｔｉｔａｎｉｕｍ ａｌｌｏｙ
ＦＡＮ Ｄｉｎｇ—ｂｉｎｇ， ＡＮＧ Ｇａｏ—ｃｈａｏ，ＺＨＡＯ Ｘｉａｏ—ｂｉｎ
（№ ｌｎｓｔ／ｍｔｅ ｏｆＡｅｒｏｎａｔｍ＇ｃａ／Ｔｅｃｈｎｏ／ｏｇｙ，Ⅳｃ眦 ，Ｊｉａｎｇｘｉ ３３００６３，Ｃｈｉｎａ）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｔｉ一１５—３；ｃｏｎｓｔａｎｔ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅ；ｈｉ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｒａｗｉａｇ，ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｉ一１５—３（Ｔｉ一１５Ｖ一３Ｃｒ一３Ｓｎ—ａＭ）ａｌｌｏｙ ｉｓ ｏｎｅ ｋｉｌａｄ ｏｆｍｅｔａｓｔａｂｌｅ ８ ｄｔａｎｉｍｎ ａｌｌｏｙｓ ｕｓｅｄ ｉｎ ａｖｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｅｒｏｓｐａｃｅ ａ 煳ｗｉｔｈ
ｗｉｄｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｓｐｅｃｔ．Ｉｎｔｈｅ ｐａｐｅｒ．ｔｈｅｉｎｅｔｈｏｄ ｏｆｃｏｎｓｔａｎｔ ｓｔｒａｉｎ ｒａｔｅｉｓ ｕｓｅｄａｎｄ ｓｕｐｅｒｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ ｏｆＴｉ一１５—３ ｐｌａｔｅｓｉｓｔｉ￣ｓｔｅｄ．Ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ
钛合金超塑性研究及应用现状
文章编号:100321545(2004)0620034205
钛合金超塑性研究及应用现状
李 梁,孙建科,孟祥军
(洛阳船舶材料研究所,河南 洛阳 471039)
摘 要:本文对钛合金超塑性研究和应用进行了综述,并对钛合金超塑性的发展方向进行了展望。关键词:钛合金;超塑性;超塑性成形;应用中图分类号:TG146.23 文献标识码:B
收稿日期:2004203224作者简介:李梁,男,1979年生,洛阳船舶材料研究所硕士研究生。 金属的超塑性是指材料在一定的内部条件(如晶粒形状、尺寸和相变等)和外部条件(如温度、应变速率等)下,呈现出异常低的流变抗力及
异常高的流变性能(例如百分之几百以上的伸长
率)的现象。金属材料的这种物理现象最早见报
道是在1920年[1]。
从20世纪60年代起,世界各国在超塑性材
料、力学、机理和成形等方面进行了大量的研究,并初步形成了比较完整的理论体系。特别值得注
意的是,近几十年来金属超塑性已在工业生产领
域获得了较为广泛的应用。一些超塑性的Zn合
金、Ti合金、Al合金、Cu合金以及黑色金属等以其
优异的变形性能和材质均匀等特点,在航空航天
以及汽车的零部件生产、工艺品制造、仪器仪表壳
罩件和一些复杂形状构件的生产中起到了不可替
代的作用[2,3]。本文着重对钛合金超塑性及应用
情况作以综述。
1 钛合金超塑性的研究概况
钛合金由于比强度高、抗疲劳、耐腐蚀,能在
600℃左右温度下使用,在常温下化学稳定性良好,在航空、航天、化工等工业中的应用不断扩大。
但是,钛合金的屈强比高,弹性模量低,在加工后
易产生各向异性及回弹。因此,各国对钛合金超
塑性进行了深入研究,包括机理、成形条件、模具、
模具材料和加工方法等。
超塑性合金在拉伸时,呈现无缩颈的超塑性
变形,应变硬化可忽略不计,其变形应力主要依赖应变速率的变化,两者之间有下列关系:
σ=K・・εm
式中σ为流动应力;・ε为应变速率;K为与材料成
分、结构及试验温度有关的常数;m为流动应力的
超塑性在材料固态焊接中的应用
超塑性在材料固态焊接中的应用3
ApplicationofSuperplasticityinSolidStateWeldingofMaterial
河南科技大学(
471003) 徐翔民 杨蕴林 张柯柯 王长生 王文焱【摘要】材料在超塑状态下极好的塑性变形和原子扩散能力十分有利于固态焊接接头的形成。
综述了超塑性在材料固态焊接中应用研究的现状
,对已获工业应用和取得重大进展的基于材
料超塑性的固态焊接技术进行了介绍和评价。随着先进制造业对固态焊接需求的增多
,这些固
态焊接新技术将获得更多的应用。关键词 超塑性 固态焊接 压力焊
Keywords
superplasticity,
solidstatewelding,
pressurewelding
固态焊接是指材料在低于其熔化温度和一定的
压力作用下
,使相互接触的材料表面紧密接触
,并通
过原子扩散和键合形成冶金连接的过程[1]
。与熔化
焊相比
,固态焊接接头区不经过熔化和凝固过程
,易
获得高质量的接头
,因而
,对固态焊接的需求日趋增
多。超塑性是指材料在一定的组织和变形条件下呈
现出极好的塑性变形能力[2]
。在超塑状态下
,金属材
料能在低变形抗力下产生大的塑性变形
,同时使材
料处于强烈的激活状态
,内部原子扩散加快[3]
,因
此
,在超塑状态下极易实现材料固相表面的紧密接
触和界面两侧原子的扩散而形成冶金结合。
1 超塑成形扩散连接技术(
SPF
DB)
超塑成形(
SPF)可用于形状复杂、精度高、常规工艺难以加工的薄壁件的气胀成形。扩散连接(
DB)
是靠高温下材料表面的局部塑性变形而使接触面贴
紧
,以保证连接材料表面层上的互扩散
,产生原子量
级上的结合
,而获得整体接头的技术。超塑成形扩
散连接(
SPF
DB)是二者的组合
,即通过扩散连接
,
将
2个或
2个以上超塑成形零件一次加工成
1个复
杂形状的整体构件[2]
。
SPF
DB已应用于航空航天
领域
,如飞机的记忆机翼、舱门、风扇叶片、工字梁及
导弹和火箭的机体和夹层结构的翼面等重要部件。
TC4钛合金连接技术的研究进展
［９］
［１０］
［１２］
［１３］
［１４］ ｎ一 。 ． Ｈｉｌｇｅｒｔ Ｊ Ｈ．Ｓｃｈｍｉｄｔ Ｎ Ｂ．Ｔｈｅｒｍａｌ ｍｏｄｅｌｓ ｆｏｒ ｂｏｂｂｉｎ ｔｏｏｌ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１０，２１１（２）：１９７—２０４． Ｃｏｌｅｇｒｏｖｅ Ｐ Ａ，Ｓｈｅｒｃｌｉｆ Ｈ Ｒ．Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｔｒｉｖｅｘ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｔｏｏｌ ｐａｒｔｌ－－ｔｗｏ・・ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｆｌｏｗ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｎｄ
ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ
Ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ Ｊｏｉｎｉｎｇ，２００４，９（４）：３４５—３５１． Ｄｉｅｇｏ Ｓａｎｔｉｇａｏ，Ｓａｎｔｉａｇｏ Ｕｒｑｕｉｚａ．３ Ｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｍａｔｅｒｉａｌ ｆｌｏｗ ａｎｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｓｏｌｄａｇｅｍ
Ｉｎｓｐ．Ｓａｏ Ｐａｕｌｏ．２００９，１４（３）：２４８—２５６． Ｌｉｎ Ｓａｎｂａｏ，Ｚｈａｏ Ｙａｎｈｕａ，Ｈｅ Ｚｉｑｉｕ．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｓｔｉｒ ｗｅｌｄｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇ ｔｏｏｌｓ ｄｅｓｉｇｎ［ｃ］．Ｂｅｒｌｉｎ
Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ Ｗｅｌｄｉｎｇ，２０１０，Ｂｅｒｌｉｎ． 刘立鹏．碳化硅颗粒增强基复合材料搅拌摩擦焊与流场 模拟［Ｄ］．上海：上海交通大学硕士学位论文，２００７． Ｓｌｕｚａｌｅｃ Ａ．Ｔｈｅｒｍａｌ ｅｆｆｅｃｔｓ ｉｎ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ『ＩＩＩ．Ｉｎｔ．Ｊ．
Ｍｅｃｈ．Ｓｃｉ，１９９０，３２（６）：４６７—４７８． ［１５］
超塑性合金
超塑性合金
超塑性是指材料在一定的内部（组织）条件（如晶粒形状及尺寸，相变等）和外部（环境）条件下（如温度、应变速率等），呈现出异常低的流变抗力、异常高的流变性能（例如大的延伸率）的现象。超塑性现象最早的报道是在1920年，ROSENHAIN等发现Zn-4Cu-7Al合金在低速弯曲时，可以弯曲近180º。最初发现的超塑性合金是锌与２２％铝的合金。
１９２８年英国物理学家森金斯下了一个定义：凡金属在适当的温度下变得像软糖一样柔软，而且其应变速度为每秒１０毫米时产生３００％以上的延伸率，均属超塑性现象。１９４５年苏联包奇瓦尔等针对这一现象提出了“超塑性”这一术语，并在许许多多有色金属共晶体及共析体合金中，发现了不少的延展性特别显著的特异现象。
超塑性合金是指那些具有超塑性的金属材料。超塑性是一种奇特的现象。具有超塑性的合金能像饴糖一样伸长10倍、20倍甚至上百倍，既不出现缩颈，也不会断裂。在通常情况下，金属的延伸率不超过９０％，而超塑性材料的最大延伸率可高达１０００％～２ ０００％，个别的达到６０００％。金属只有在特定条件下才显示出超塑性。在一定的变形温度范围内进行低速加工时可能出现超塑性。
１９２０年，德国人罗森汉在锌－铝－铜三元共晶合金的研究中，发现这种合金经冷轧后具有暂时的高塑性。最初发展的超塑性合金是一种简单的合金，如锡铅、铋锡等。一根铋锡棒可以拉伸到原长的19.5倍，然而这些材料的强度太低，不能制造机器零件，所以并没有引起人们的重视。60年代以后，研究者发现许多有实用价值的锌、铝、铜合金中也具有超塑性，于是前苏联、美国和西欧一些国家对超塑性理论和加工发生了兴趣。特别在航空航天上，面对极难变形的钛合金和高温合金，普通的锻造和轧制等工艺很难成形，而利用超塑性加工却获得了成功。到了70年代，各种材料的超塑性成型已发展成流行的新工艺，全世界都在追寻金属的超塑性，并已发现１７０多种合金材料具有超塑性。 现在超塑性合金已有一个长长的清单，最常用的铝、镍、铜、铁、合金均有10～15个牌号，它们的延伸率在200～2000％之间。如铝锌共晶合金为1000％，铝铜共晶合金为1150％，纯铝高达6000％，碳和不锈钢在150～800％之间，钛合金在450～1000％之间。下表列出了已获得实用的几个典型超塑性合金的成
Ti-6Al-4V的研究进展
Ti-6Al-4V的研究进展
作者：王胜
（材料工程学院）
摘要：近年来钛合金越来越成为人们关注的对象，它具有硬度大、质量轻等许多其他金属所无法比拟的特点，在许多方面都有应用却覆盖面还在不断扩大。Ti-6Al-4V是其中的一种合金，它强度大，机械性能好，密度小，是现在重要的合金材料，本文就针对它的一些研究做了简单的阐述。
关键词：Ti-6Al-4V，研究，应用，展望
Ti在地壳中的丰度为0.56%，在所有按元素中居第9位，而在可作为结构材料的金属中居第4位，仅次于Al、Fe、Mg，其储量比常见金属Cu，Zn储量的总和还多。我国钛资源丰富，储量为世界第一。钛合金的密度小，比强度、比刚度高，抗腐蚀性能、高温力学性能、抗疲劳和蠕变性能都很好，具有优良的综合性能，是一种新型的、很有发展潜力和应用前景的结构材料。近年来，世界钛工业和钛材加工技术得到了飞速发展，海绵钛、变形钛合金和钛合金加工材的生产和消费都达到了很高的水平，在航空航天领域、舰艇及兵器等军品制造中的应用日益广泛，在汽车、化学和能源等行业也有着巨大的应用潜力。
第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，而成为钛合金工业中的王牌合金，该合金使用量已占全部钛合金的75%～85%。其他许多钛合金都可以看做是Ti-6Al-4V合金的改型。看来Ti-6Al-4V是钛合金中的主导者，那么我们来对Ti-6Al-4V进行深入的了解。
1 概述
钛合金TC4材料的组成为Ti-6Al-4V，具有良好的综合力学机械性能，比强度大。钛合金热导率低，钛合金的热导率为铁的1/5、铝的1/10，TC4的热导率l=7.955W/m·K。线膨胀系数为7.89×10-6℃，比热为0.612cal/g·℃。钛合金的弹性模量较低。TC4的弹性模量E=110GPa，约为钢的1/2，故钛合金加工时容易产生变形。TC4(Ti-6Al-4V)和TA7(Ti-5Al-2.5Sn)钛合金，采用两种注入方案进行表面改性，试验表明，钛合金经离子注入后，提高了显微硬度，显著地降低了滑动摩擦系数，有效地提高了耐磨性。为探明其改性机理，对注入与未注入样品进行了X射线光电子能谱(XPS)分析，获得满意的结果。