航空钛合金管材中织构取向密度与力学性能的关系研究

TA18高强薄壁钛合金管材用于先进飞机的管路系统，研制和加工技术难度大，航空工业急需，但国内尚不能生产。管材具有的织构是决定其综合力学性能的关键因素，而织构取向密度即多晶择优取向的晶粒数量与力学性能的关系缺乏系统研究和明确认识。本项目采用管材减薄展平法解决形状对X射线衍射强度影响无法修正的困难，实现对管材织构的精确测定。通过不同变形加工参数制备TA18钛合金管材，获得系列织构类型和织构取向密度的试样。在保持其他材料组织结构一致的情况下，测试不同织构取向密度的钛合金管材的力学性能，深入研究织构取向密度对力学性能的影响及其规律，完善管材力学各向异性的织构微观作用机理，建立织构取向密度与力学性能关系的数学物理模型，根据飞机服役要求提出裁剪设计制管过程中形成织构的准则。本项目对加快高性能钛合金管材的研制和开发，充分发挥材料潜力，提高航空产品质量，具有重要的理论意义和应用价值。

高强薄壁钛合金管材用于先机飞机的管路系统，我国航空工业急需，但国内还不能规模化生产。钛合金管材在加工制备中易形成强烈织构，织构是决定其综合力学性能的关键因素。织构测量精度、织构表征与力学各向异性关系及测试效率是这一问题的研究难点。力学性能不仅仅与织构类型有关，还与择优取向的晶粒数量即密度有关。深入研究织构择优取向密度及取向类型对力学性能的交互影响及其规律，分析织构与管材力学各向异性的微观作用机理，建立织构择优取向密度与力学性能关系的数学物理模型，根据飞机服役要求裁剪设计制管过程中形成的织构，对加快高性能钛合金管材的研制和开发，充分发挥材料潜力，提高航空产品质量，具有重要的理论意义和应用价值。. 通过研究，取得以下主要成果：. 1. 解决了钛合金管材织构精确测定困难的问题，提出了适用的测定方法和参数。采用管材减薄展平法解决了形状对X射线衍射强度影响无法修正的困难，因为当材料变薄后，变为柔性体，变形时保证不发生塑性变形，使减薄处理不会影响管原始织构，从而实现了对管材织构的精确测定。. 2. TA18钛合金的服役条件不同于锆合金等密排六方金属，不能采用织构因子（TC）、Kearns 因子及F参数等评价，而需要用晶体取向分布函数（ODF）的极密度值和分布宽度。用ODF参数描述和评价钛合金织构是正确和敏感的。. 3. 对于服役条件不同于其它六方晶系的TA18钛合金，应采用两个ODF极密度值和管径向与主织构基极夹角这三个参数评价力学各向异性。. 4. ODF表明TA18钛合金管材主要由双重织构组成，即基面织构Tb和斜面织构Ti。通过分析织构类型和织构密度与管材收缩应变比CSR之间的关系，提出表征TA18管材织构的参数： F=Ib+Ip(1-chi/45)，其中chi是主织构斜面与基面的夹角。CSR随F值的增加而增加，F小于5.00时，管材的力学性能难以合格。. 本项目实施过程中，在Springer出版集团的国际学术刊物、本领域重要的国际学术会议（ICOTOM17）及国内重要期刊上投稿、发表论文6篇。培养研究生3名。项目组通过积极参与相关领域主流国际、国内会议，与国内外同行进行了深入的学术交流与合作。研究成果引起同行的关注，并通过举办讲座、调研等方式，将成果向我国航空工业相关部门及配套厂家介绍、说明，为此作出了自己的贡献。