热等静压对第三代单晶高温合金DD33显微组织和持久性能的影响

对第三代DD33单晶高温合金进行标准热处理、热等静压以及不同制度的后续固溶和时效处理,并在850℃/650 MPa和1100℃/170 MPa条件下进行高温持久性能实验,使用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线三维成像技术(XCT)等手段观察和表征不同状态的样品,研究了热等静压和热处理对这种合金显微组织和持久性能的影响。结果表明：铸态DD33单晶高温合金经过适当的热等静压和后续热处理工艺后,样品的组织形貌(γ′相尺寸、体积分数与立方化程度)与标准热处理态基本相同。与标准热处理态合金相比,热等静压处理后合金显微孔洞的体积分数和尺寸均显著降低,其体积分数从0.0190%降低到0.0005%,最大孔等效直径从36.9 μm减小到14.2 μm。在850℃/650 MPa和1100℃/170 MPa条件下热等静压后的样品持久寿命均显著延长。这表明,适当的热等静压和热处理能消除合金内部的显微孔洞缺陷,使其持久性能显著提高。     

Ti-Al-Cr两相钛合金的组织与性能研究

研制了一种Ti-Al-Cr两相钛合金.实验用合金采用真空自耗电弧熔炼,在α+β两相区锻造成60mm×60mm的方棒.用金相法测试合金相变点为(970±5)℃.为了解热处理制度对合金显微组织和力学性能的影响,合金经过4种工艺制度进行热处理.用金相显微镜观测了不同热处理制度下的组织特征,并测试其力学性能.研究结果表明,相变点以下固溶处理得到双态组织,随着同溶温度的升高,初生α相含量减少,合金强度升高,塑性呈下降趋势.β固溶处理后得到魏氏组织,合金强度和韧性匹配高于相同热处理条件TC4合金水平.     

热处理对选区激光熔化17-4PH不锈钢力学性能的影响

对选区激光熔化成形的17-4PH不锈钢分别进行真空热处理、热等静压高压淬火处理和组合热处理(热等静压固溶后快淬和马弗炉时效后水冷),在1040℃固溶处理2 h和在480℃时效4 h,观察其显微组织并研究了热处理对其力学性能的影响。结果表明,17-4PH不锈钢由回火马氏体和淬火马氏体组成,热处理后沉淀相弥散分布于晶粒内部,其颗粒尺寸为100~150 nm。真空热处理使合金内部孔隙的尺寸减小到3~7 μm,而热等静压使内部孔隙几乎完全闭合,使钢的密度基本上达到理论值。真空热处理+水淬使沉积态17-4PH不锈钢的抗拉强度和硬度都显著提高(分别提高到1300 MPa和448.5HV);热等静压在提高沉积态17-4PH不锈钢抗拉强度的同时使其延伸率显著提高到22.4%。断口分析结果表明,沉积态和热等静压样品的断口形貌为典型的韧性断裂,热等静压样品的韧窝更深、尺寸更大。真空热处理和组合热处理样品的断口形貌具有部分脆性断裂的特征且出现裂纹,与沉积态相比塑性略有降低。     

TC4预合金粉末模壳热等静压成型技术

对TC4预合金粉末进行模壳热等静压成型,并对成型构件的尺寸收缩、合金的微观组织、室温拉伸性能,以及合金/模壳界面微观结构进行了分析。结果表明:采用TC4预合金粉末模壳热等静压技术实现了构件的完整成形,合金致密度达到98%,粉末在致密化过程中,沿构件的长度及宽度方向收缩较少,沿厚度方向收缩较大,中心部位收缩率达到30%;成型得到的合金为细小均匀的网篮组织,片层周围分布少量等轴α相;合金塑性为铸造TC4合金的1.5倍以上,拉伸性能完全达到甚至超过锻件水平;粉末模壳热等静压工艺中,TC4合金与模壳之间无明显的界面反应,在构件表面存在10μm左右的疏松层。     

含钪Al-CU-Li合金的研究

通过显微组织观察和室温拉伸实验,研究了微量Sc对Al-Cu-Li合金微观组织和拉伸性能的影响.结果表明:在Al-Cu-Li合金中加入0.10%(质量分数,下同)Sc消除了合金铸态枝晶组织,有效抑制合金再结晶,明显提高了合金的强度和塑性,添加0.15%Sc显著细化合金铸态晶粒组织,合金强度基本不变而塑性进一步提高,但添加0.25%Sc促进合金再结晶,降低合金强度.在本实验中,Sc的理想加入量约为0.10%～0.15%.     

Ni合金化球墨铸铁组织和性能研究

为获得兼具较高强度和良好低温冲击韧性的球墨铸铁铸件,向球墨铸铁中加入质量分数约0.5%的Ni进行合金化,并对其进行中温奥氏体化(880℃+3 h)和低温退火(720℃+4 h)处理.采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)对铸态和热处理态试样的显微组织和冲击断口形貌进行分析;利用万能试验机、布氏硬度计和摆锤式冲击试验机等对铸态和热处理态试样进行了室温拉伸、硬度检测、低温冲击等力学性能测试.结果表明:铸态球墨铸铁的微观组织由珠光体、铁素体和球状石墨及少量的渗碳体组成,其强度、硬度偏高,塑性、韧性较差;热处理态试样中的珠光体向铁素体转变后为铁素体和球状石墨,试样强度、硬度有所降低,塑性、韧性得到明显的改善;铸态试样呈现典型的脆性断裂特征,热处理态试样冲击断口处存在少量韧窝,断裂模式以解理断裂为主,伴有少量塑性变形的韧脆混合断裂,且在-40℃冲击功达到12.4 J;比较铸态与热处理态的冲击断口形貌可知,试样断裂方式由脆性断裂转变为韧脆混合断裂.     

微量钪对高Cu/Mg比Al-Cu-Li-Mg合金组织与性能的影响

利用金相显微镜、透射电子显微镜和拉伸试验等手段,研究了微量Sc对高Cu/Mg比Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr合金组织和拉伸性能的影响.结果表明:在Al-3.5Cu-1.5Li-0.5Mg-0.12Zr合金中加入0.10%Sc消除了合金铸态枝晶组织,有效抑制合金再结晶,明显提高了合金的强度和塑性,但晶粒细化效果不明显;添加0.15%和0.25%Sc显著细化合金铸态晶粒组织,塑性随Sc增加而提高,但添加0.25%Sc促进合金再结晶,合金强度显著降低.     

不同热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了不同热处理工艺对TC4-DT钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明:TC4-DT合金在两相区经过普通退火和再结晶退火后组织发生再结晶,α相尺寸有所增大,具有较好的塑性。经过两相区固溶+时效处理得到双态组织,通过控制固溶时冷却速度及时效温度来调整次生α片层厚度,使得合金强度和断裂韧性得到改善。经单相区固溶水冷得到马氏体组织,随时效温度提高,α片层厚度增加,但析出的次生α相含量减少,导致合金的强度和断裂韧性有所下降。而在单相区固溶空冷+高温时效处理,获得的α片层厚度进一步增大,有助于提高塑性和断裂韧性。采用950℃/1h/WQ+550℃/6h/AC两相区固溶+时效的热处理工艺,可实现合金强度、塑性、韧性的较好匹配,获得优良的综合性能。     

基于不同原始组织预设变形第四代单晶高温合金的再结晶行为

第四代单晶高温合金标准热处理试样和铸态试样压痕后分别在1100,1150,1200,1250,1300℃和1340℃退火处理,采用光学显微镜、扫描电镜、电子背散射仪研究不同条件的再结晶组织。结果表明:1100,1150,1200℃退火处理后,标准热处理试样和铸态试样都出现胞状再结晶。1250℃退火处理后,标准热处理试样和铸态试样都为混合再结晶。1300℃退火处理后,标准热处理试样再结晶组织全部为等轴再结晶,而铸态试样仍为混合再结晶。1340℃退火处理后,标准热处理试样和铸态试样都形成了等轴再结晶。随着退火温度升高,标准热处理试样和铸态试样的再结晶层深度明显增加,标准热处理试样再结晶深度明显大于铸态试样,相同条件下标准热处理试样的再结晶晶粒更容易长大。再结晶与基体的界面为小角度晶界、大角度晶界,而再结晶晶粒之间为小角度晶界、大角度晶界和孪晶界。孪晶在单晶高温合金再结晶的过程中发挥了重要作用。     

新型医用Mg-4Y-3Nd—Zr合金组织和力学性能研究

用电磁感应炉和石墨坩埚,在RJ-5覆盖剂的保护下制备了Mg-4Y-3Nd-Zr合金.通过SEM和XRD,研究了其铸造和均匀化处理过程中的组织结构变化,测试了热处理后合金的室温力学性能.结果表明,铸态合金主要由α-Mg、Mg24Y5和Mg41Nd5相组成,经过均匀化处理后,合金枝晶偏析消除和非平衡相溶解.经热处理的合金在室温下表现出了较好的塑性,断口具有准解理和韧性断裂的混合特征.伸长率达到了15.8%,弹性模量更接近人的皮质骨模量,可满足人体骨植入材料力学性能的要求.     

增材制造Ti-6Al-4V合金组织调控研究现状

增材制造技术可实现复杂钛合金零件的快速成形,制造的Ti-6Al-4V合金具有较高的强度以及优异的高温性能,被广泛应用于航空、医疗等各大领域。综述了金属增材制造的典型工艺,分析了Ti-6Al-4V合金的相变特征,总结了选区激光熔化制造Ti-6Al-4V的力学性能和组织调控方法,着重分析了热处理温度、冷却速率、变质处理以及超声冲击等对合金组织的影响;展望了增材制造Ti-6Al-4V合金的主要发展方向。     

Influences of processing parameters and heat treatment on microstructure and mechanical behavior of Ti-6Al-4V fabricated using selective laser melting

Selective laser melting (SLM) has provided an alternative to the conventional fabrication techniques for Ti-6Al-4V alloy parts because of its flexibility and ease in creating complex features. Therefore, this study investigated the effects of the process parameters and heat treatment on the microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V fabricated using SLM. The influences of various process parameters on the relative density, tensile properties, impact toughness, and hardness of Ti-6Al-4V alloy parts were studied. By employing parameter optimization, a high-density high-strength Ti-6Al-4V alloy was fabricated by SLM. A relative density of 99.45%, a tensile strength of 1 188 MPa, and an elongation to failure of 9.5% were achieved for the SLM-fabricated Ti-6Al-4V alloy with optimized parameters. The effects of annealing and solution aging heat treatment on the mechanical properties, phase composition, and microstructure of the SLM-fabricated Ti-6Al-4V alloy were also studied. The ductility of the heat-treated Ti-6Al-4V alloy was improved. By applying a heat treatment at 850 ℃ for 2 h, followed by furnace cooling, the elongation to failure and impact toughness were found to be increased from 9.5% to 12.5%, and from 24.13 J/cm² to 47.51 J/cm², respectively.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-022-00389-y     

增材制造Ti-6Al-4V钛合金低周疲劳性能研究进展

金属增材制造技术可用于大型、复杂高性能钛合金结构件的制备,在航空航天等领域具有显著的优势和巨大的发展潜力。虽然增材制造Ti-6Al-4V合金构件的强度已经能够超过锻件,但它仍存在内部孔隙、熔合不良、粗大的柱状晶及残余拉应力等问题,使其在疲劳性能上与锻件具有一定的差距。本文在介绍直接能量沉积、选区激光熔化和电子束选区熔化3种代表性增材制造技术的原理及特点的基础上,简述了3种工艺制备Ti-6Al-4V合金构件的微观组织、静态力学性能及低周疲劳性能的研究进展,重点讨论了打印方向、缺陷、显微组织和表面处理对低周疲劳性能的影响。分析了增材制造Ti-6Al-4V合金构件低周疲劳性能、拉伸性能与微观组织之间的内在关系,并对提高构件低周疲劳性能的方法和推动其广泛应用的发展方向进行展望。     

基于α'组织设计适于激光立体成形的新型高塑性Ti-4.13Al-9.36V合金

为了提高Ti-6Al-4V合金的加工硬化率和塑性,基于其团簇成分式12[Al-Ti₁₂](AlTi₂)+5[Al-Ti₁₄](V₂Ti)设计成分式为4[Al-Ti₁₂](AlTi₂)+12[Al-Ti₁₄](V₂Ti)的(Ti-4.13Al-9.36V, %)合金,采用激光立体成形工艺制备Ti-4.13Al-9.36V和Ti-6.05Al-3.94V(对比合金),研究了沉积态和固溶温度对其显微组织和力学性能的影响。结果表明,沉积态Ti-4.13Al-9.36V和Ti-6.05Al-3.94V合金的显微组织均由基体外延生长的初生β柱状晶和晶内细小的网篮α板条组成。Ti-6.05Al-3.94V合金的初生β柱状晶的宽度约为770 μm,α板条的宽度约为0.71 μm;而Ti-4.13Al-9.36V合金的初生β柱状晶的宽度显著减小到606 μm,α板条的宽度约为0.48 μm。经920℃固溶-淬火处理后Ti-6.05Al-3.94V样品的显微组织为α'+α相,其室温拉伸屈服强度约为893 MPa,抗拉强度约为1071 MPa,延伸率约为3%。经750℃固溶-淬火处理后Ti-4.13Al-9.36V样品的显微组织为α'+α相,与α'马氏体相比,应力诱发的α'马氏体能显著地提高合金的加工硬化能力,其室温拉伸屈服强度约为383 MPa,抗拉强度约为 989 MPa,延伸率达到了17%。这表明,根据团簇理论模型调控α'+α的显微组织能有效提高激光立体成形Ti合金的加工硬化能力和塑性。     

Thermophysical Properties of Solid and Liquid Ti-6Al-4V (TA6V) Alloy

Ti-6Al-4V (TA6V) titanium alloy is widely used in industrial applications such as aeronautic and aerospace due to its good mechanical properties at high temperatures. Experiments on two different resistive pulse heating devices (CEA Valduc and TU-Graz) have been carried out in order to study thermophysical properties (such as electrical resistivity, volume expansion, heat of fusion, heat capacity, normal spectral emissivity, thermal diffusivity, and thermal conductivity) of both solid and liquid Ti-6Al-4V. Fast time-resolved measurements of current, voltage, and surface radiation and shadowgraphs of the volume have been undertaken. At TU-Graz, a fast laser polarimeter has been used for determining the emissivity of liquid Ti-6Al-4V at 684.5 nm and a differential scanning calorimeter (DSC) for measuring the heat capacity of solid Ti-6Al-4V. This study deals with the specific behavior of the different solid phase transitions (effect of heating rate) and the melting region, and emphasizes the liquid state (T > 2000 K).     

TI-6Al-4V合金置氢-除氢组织与力学性能

为研究除氢处理对置氢钛合金组织与性能的影响,对Ti-6Al-4V合金在不同参数条件下进行了置氢与除氢处理,采用光学显微镜分析了置氢-除氢处理过程中Ti-6Al-4V合金微观组织的演化规律,通过室温拉伸试验研究了置氢-除氢处理后Ti-6Al-4V合金的力学性能,探讨了Ti-6Al-4V合金置氢-除氢组织与力学性能之间的相...     

Notch effects on high-cycle fatigue properties of Ti-6Al-4V ELI alloy at cryogenic temperatures

Notch effects on the high-cycle fatigue properties of the forged Ti-6Al-4V ELI alloy at cryogenic temperatures were investigated. Also, the high-cycle fatigue data were compared with the rolled Ti-5Al-2.5Sn ELI alloy. The one million cycles fatigue strength (FS) of the smooth specimen for the forged Ti-6Al-4V ELI alloy increased with a decrease of test temperature. However, the FS of each notched specimen at 4 K were lower than those at 77 K. On the other hand, the FS of the smooth and the notched specimens for the forged Ti-6Al-4V ELI alloy at 4 K were lower than those for the rolled Ti-5Al-2.5Sn ELI alloy. This is considered to be the early initiation of the fatigue crack in the forged Ti-6Al-4V ELI alloy compares with the forged Ti-5Al-2.5Sn ELI.     

Hydrogen Treatment of Cast Ti-6Al-4V Alloy

This paper presents the results of an investiga-tion of the effect of hydrogen treatment onmicrostructures and tensile and low cycle fatigueproperties of a Ti-6Al-4V cast alloy.The phasetransformation and the refining mechanism of thecast microstructure during the process of hydrogentreatment were studied.It was found that afterhydrogen treatment,the coarse Widmanstttenstructure of the as-cast Ti alloy was transformedinto a very fine and equiaxed α+β microstructurewithout any GBα phase.The tensile strength andductility and the low cycle fatigue life of thehydrogen treated specimens were significantly im-proved.     

氢对Ti-6Al-4V合金室温压缩性能的影响

为了研究氢对Ti-6Al-4V合金室温压缩性能的影响,采用Zwick/Z100型材料试验机对置氢Ti-6Al-4V合金进行了压缩试验,并利用OM、XRD和TEM等材料分析方法对合金的微观组织进行了观察.研究表明:置氢前,Ti-6Al-4V合金由等轴的α相和β相组成,置氢后,出现马氏体组织和氢化物;随氢含量增加,马氏体和剩余β相数量增多;氢提高了Ti-6Al-4V合金的抗压强度和塑性等室温压缩性能,最大增幅分别为33.9%和56.3%;置氢Ti-6Al-4V合金抗压强度的提高主要归因于氢的固溶强化、马氏体相变强化和氢化物强化;塑性指标的提高主要是置氢合金中塑性β相数量的增多所致.     

Ti-6Al-4V合金表面超声振动滚压强化研究

采用超声振动滚压加工技术对Ti-6Al-4V合金表面进行处理,探究该项技术对Ti-6Al-4V合金表面质量的影响。通过对该工艺加工前后的Ti-6Al-4V合金进行表面粗糙度参数、XRD图谱、截面微观形貌、表层残余应力及显微硬度的对比分析,结果表明:经该工艺处理后的合金表面各项粗糙度参数皆有明显降低;加工后的合金表面XRD图谱的衍射峰减弱且宽化,衍射角向高角度方向偏移;加工后的合金表层β相组织相较加工前明显细化,且随着深度增加β相组织逐渐增大;在距离表面约50μm位置的残余应力值最大可达到-967 MPa;加工后的合金表面显微硬度可达到421HV,且在0~140μm的深度范围内,显微硬度随着深度的增加逐渐减小至与基体硬度一致。经超声振动滚压加工后的Ti-6Al-4V合金表面质量显著提高,有利于提高其零部件的使用性能。