固溶温度对亚稳β钛合金Ti-4Mo-6Cr-3Al-2Sn的组织和拉伸性能的影响

对自主设计的新型亚稳β钛合金Ti-4Mo-6Cr-3Al-2Sn(%,质量分数)在不同温度进行固溶和固溶时效处理,观察其显微组织和测试室温拉伸性能。结果表明：随着固溶温度的提高固溶态组织中的初生α相减少,当固溶温度高于相变点后初生α相完全消失,几乎全部为明显长大的粗大β晶粒。固溶温度为900℃的固溶态合金具有良好的强度和塑性匹配,屈服强度为898.7 MPa、抗拉强度为962.5 MPa、断裂伸长率为12.7%。在不同温度固溶处理的时效态合金,均析出了细小的次生α相。固溶温度低于相变点时,在初生α相间析出的细小次生α相呈60°或者平行交错排列;固溶温度高于相变点时初生α相几乎完全消失,随着固溶温度的提高析出的次生α相片层间距变大并粗化。在所有固溶温度下,时效态组织中沿原始β晶界处均析出了连续的晶界α相,合金的塑性均较差。经过750℃/0.5 h固溶和500℃/4 h时效的合金具有良好的强度和塑性匹配,其抗拉强度为1282 MPa,屈服强度为1210.6 MPa,断裂伸长率为5.3%。     

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。     

TC11钛合金中α'相和α'相的组织演变和显微硬度

研究了TC11钛合金中α"相和α'相的显微组织转变和显微硬度。金相显微组织观察和X射线衍射分析的结果表明： 随着固溶温度的提高α"相逐渐向α'相的晶体结构转变,α相、α"相和α'相的显微组织演变规律为：α+α",α+α"+α',α+α',α'。显微硬度测试的结果表明：在935~995℃固溶后显微硬度随着温度的提高先增大后减少,在985℃固溶后显微硬度达到峰值。综合分析显微组织影响合金显微硬度的机理：在935~985℃固溶后α'片层的厚度和间距变化的幅度小,β转变组织长大缓慢,在β转变组织中先后析出α"和α'相,随着固溶温度的提高α'片层的含量随之提高产生了相变强度效果,使其显微硬度提高;在985~995℃固溶后α'片层的厚度和间距明显增大,β转变组织变粗大,α"相消失,α'相的含量降低,相变强化的效果减弱,使β转变组织的显微硬度降低。     

固溶温度对Ti-4Al-6Mo-2V-5Cr-2Zr钛合金的组织和拉伸性能的影响

研究了固溶温度对一种亚稳β钛合金(Ti-4Al-6Mo-2V-5Cr-2Zr)的锻态组织和室温拉伸性能的影响。结果表明,固溶温度低于相变点时大量的α相在β基体中析出并聚集在滑移带附近,随着固溶温度接近相变点α相的数量减少且部分滑移带消失。固溶温度高于相变点时显微组织为单一的β相且滑移带完全消失,随着固溶温度继续升高β晶粒聚集且长大。这种合金经750℃×1 h固溶处理后达到良好的强度塑性匹配,气抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为957 MPa、887 MPa和11.7%。     

热处理对Ti-35V-15Cr-0.15Si-0.05C合金热稳定性能的影响

通过对Ti-35V-15Cr-0.15Si-0.05C合金轧制环件取样进行热处理和热稳定性能实验,研究了850℃和950℃固溶处理和950℃固溶后在600℃和700℃实效后的热稳定性能和微观组织。结果表明:合金仅经过固溶处理α相析出不明显,而经过固溶加时效处理后α相在晶界和晶内大量析出,在热稳定性能测试时,经过540℃100h热暴露后,α相进一步析出。合金α相是影响合金拉伸性能的主要因素,在晶界析出的连续α相导致合金塑性急剧下降;通过850℃固溶热处理能够获得较好的室温拉伸和热稳定性能。     

Ti750合金中初生α相的体积分数对固溶温度的敏感性

研究了Ti750合金中初生α相的体积分数对固溶温度变化的敏感性。结果表明,在α+β两相区热处理的Ti750合金中初生α相的体积分数随着热处理温度的提高呈现先慢后快的下降趋势;合金中Mo元素的含量由0.25%(质量分数,下同)提高到1.0%使初生α相体积分数对固溶温度变化的敏感性降低。用电子探针分析了Al和Mo元素在初生α相中的分布,结果表明：在初生α相含量相同的合金中,Mo元素含量的提高使初生α相中的Al元素富集,使初生α相具有更高的热力学稳定性,从而降低了α_p相体积分数对固溶温度变化的敏感性,有利于准确控制热加工和热处理组织。     

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。     

热处理对真空压铸NZ30K镁合金微观组织及力学性能的影响

使用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)、硬度测试和拉伸性能测试等方法,研究了热处理对真空压铸NZ30K镁合金微观组织及力学性能的影响。结果表明：铸态合金的宏观组织分为表层区和心部区,表层区组织由细小α-Mg等轴晶和分布在晶界的Mg₁₂Nd组成,心部区组织则由细小α-Mg等轴晶、粗大预结晶组织(ESCs)和分布在晶界的离异共晶Mg₁₂Nd组成。在固溶处理过程中心部区晶粒的长大比表层区更为显著,晶界迁移速率与晶粒尺寸不均匀呈正相关性,满足晶粒长大模型v=M₀ exp (-Q/RT) A (1/D₁-1/D₂)。合金的优化热处理工艺为540℃×6 h+200℃×8 h。与铸态合金(UTS=186.0±1.5 MPa,YS=131±2.5 MPa,EL=6.6±0.4%)相比,峰值时效态合金的抗拉强度和屈服强度分别提高到了223.6±4.1 MPa和172.8±2.9 MPa,但延伸率降低到了4.2±0.3%。其强度的提高主要得益于时效析出的片状纳米β"相能够有效地阻碍位错在基面上的滑移。铸态和热处理态合金的表层区断裂模式均为韧性断裂,而心部区的断裂模式在铸态下为准解理断裂、在固溶态下为解理断裂、在峰值时效态下为准解理断裂。     

热处理工艺对Ti6246钛合金组织与力学性能的影响

研究了热处理温度和冷却方式对Ti6246合金显微组织、相组成以及室温拉伸性能的影响。结果表明:固溶热处理后合金的相组成主要与冷却方式有关。在β单相区及(α+β)两相区固溶后水冷,β相均转化为α′′马氏体和少量亚稳β相。空冷组织中的β相转变为含有少量次生α相的β转变组织,随着热处理温度的提高次生α相的含量逐渐增加,尺寸也逐渐增大。时效后组织中的亚稳相发生分解,析出细小的次生α相。固溶后水冷试样的拉伸曲线上出现"双屈服"现象,且随着固溶温度的提高合金第一屈服点逐渐升高。水淬和空冷合金试样在595℃/8 h时效后其室温拉伸强度提高,延伸率及断面收缩率降低,水淬试样室温拉伸性能的变化更大。固溶后空冷且在595℃时效处理的合金,其室温拉伸性能可达到较好的强塑性匹配。     

固溶工艺对Ti12LC合金组织性能的影响

Ti12LC合金是西北有色金属研究院研制的一种低成本钛合金,用于取代TC11合金进行推广应用。本文对420mm Ti12LC合金铸锭进行常规锻造,得到等轴组织的170mm Ti12LC合金棒材。采用单重固溶+时效、双重固溶+时效两种不同的工艺对Ti12LC合金进行热处理,分析不同固溶工艺对Ti12LC合金显微组织及室温拉伸、室温冲击性能的影响。研究表明,在相同的固溶冷却速率下,增加单重固溶温度,初生等轴α相含量减少,合金强度增加、塑性减小、冲击韧性减小。单重固溶+时效热处理后合金冲击韧性低、强韧性匹配差。与单重低温固溶+时效相比,合金经高温预固溶慢冷+低温固溶处理后,初生α相尺寸及相含量变化不明显,但可以获得更大尺寸的次生α相,合金的塑性稍有降低、强度增加、冲击韧性改善明显,综合力学性能匹配良好。     

γ′相对高钨镍基高温合金拉伸和持久变形行为的影响

对K416B高钨高温合金进行固溶和时效处理以调整其中γ?相的形貌使其具有两种尺寸,研究了铸态和热处理态合金的拉伸和持久变形行为。结果表明,铸态K416B合金中的γ?相在基体中分布均匀,其平均尺寸为200 nm,能有效阻碍位错在基体中运动从而使其屈服强度提高。在热处理态的K416B合金中析出了两种γ?相,其尺寸分别为1μm和100 nm。在热处理态K416B合金的室温拉伸过程中全位错剪切大尺寸初生γ?相和以Orowan机制绕过小尺寸二次γ?,使其屈服强度降低。在高温下二次γ?相更容易粗化而使γ基体的宽度增大,促进位错剪切γ?相而使持久应变速率提高。同时,在持久变形过程中纳米级W6C颗粒在γ-γ?相界面弥散析出消耗大量W元素降低γ-γ?两相的错配度,使合金的强化水平下降而导致其持久寿命大幅度降低。     

Ti-62A合金动态软化速率异常的热力学解释及其应变补偿本构方程

使用Gleeble-3800 热模拟试验机研究了Ti-62A合金在变形温度为800~950℃、应变速率为0.001~10 s^-1条件下的热压缩变形行为。结果表明,随着变形温度的提高出现Ti-62A合金的动态软化率降低的反常现象。(α+β)双相钛合金中Mo、Cr等β稳定元素的原子活性随着温度的升高而逐渐降低和β相比例增大,Jmatpro软件的热力学计算表明(α+β)双相钛合金的这一现象与此有密切关系。而α钛合金和β钛合金出现动态软化速率降低,与加工温度升高β相比例增大的关系更密切。从800℃升高到950℃,Ti-62A合金中β相的比例由32.1%提高到84.3%,Mo、Cr活性的降幅均达到64%。这些因素使变形过程中Ti-62A合金的晶界迁移速度和动态软化速率均随变形温度升高而降低,其950℃的真应力-应变曲线多为典型的动态回复型。α相的含量随着变形温度的提高而降低,且在较高的变形温度下β相的晶粒尺寸也较为粗大。构建的基于应变补偿的Ti-62A合金Arrhenius变形抗力模型,能较好地预测合金的流变应力行为,其相关系数R达到0.990,预测值与实测值的平均相对误差为8.983%。     

长期时效对低膨胀高温合金GH2909性能的影响

将低膨胀高温合金GH2909分别在500℃、600℃和650℃时效2000 h,研究了长期时效对合金组织和性能的影响。结果表明：GH2909合金在550℃和600℃时效2000 h后其组织稳定性较高,强度略有提高,塑性基本不变。而在650℃时效2000 h后合金的拉伸强度明显降低,室温塑性下降,尤其是在室温下断面收缩率明显降低,但是高温塑性却显著提高。其原因是,GH2909合金在650℃长期时效过程中析出了大量贯穿晶粒且呈魏氏组织形貌的针状ε/ε″相,而强化相γ′相明显减少。同时,在该温度下γ′相明显长大且其稳定性下降。     

时效早期Al-Mg-Si合金的组织和析出相的演变

用显微硬度测试、差示扫描量热法(DSC)和高分辨透射电镜(HRTEM)观察等手段研究了Al-Mg-Si合金人工时效过程中的硬化、组织变化以及早期析出相的演变。结果表明：在170℃时效的合金具有更高的峰值硬度。在时效初期晶内析出高数量密度的溶质原子团簇和GP区,合金的硬度显著提高。在170℃处理4 h后合金的硬度达到峰值,此时晶内析出相以针状β″相为主,β″相与Al基体界面三维共格应变是合金强化的主要原因。同时,晶界析出相呈断续分布状态。随着时效时间的增加β″相开始粗化,晶界析出相的连续程度降低。在过时效阶段晶内析出相的严重粗化和数量密度的降低,使合金的硬度剧烈降低。在时效的初始阶段,合金的析出序列为过饱和固溶体→球形原子团簇→针状GP区→针状β″相。     

添加Sc、Zr和退火对Al-Si合金铸态力学性能的影响

使用OM、TEM、SEM、显微硬度和室温拉伸等手段研究了Sc和Zr的复合添加对Al-5.5Si合金铸态的组织和性能的影响,以及在不同温度退火后其性能的变化规律。结果表明,Sc、Zr的添加使Al-5.5Si合金的硬度提高了33%、抗拉强度提高了38%、屈服强度提高了52%、延伸率基本上不变。在Al-5.5Si合金中复合添加Sc、Zr使α-Al的平均晶粒尺寸从203 μm减小到130 μm,在α-Al基体中析出大量的Al₃(Sc_1-xZr_x)纳米粒子(10~15 nm),并使共晶Si内的层错或微孪晶的密度显著提高。退火温度对铸态合金的性能有较大的影响：在较低温度(低于160℃)退火时合金的硬度呈上升趋势,而在较高温度(高于280℃)退火时合金的硬度呈显著下降趋势。这些结果与二次析出的纳米Si相密切相关。     

变质细化和热处理对挤压铸造成形A356铝合金构件性能的影响

用Al-10Sr变质剂和Al-5Ti-B细化剂处理A356铝合金熔体,并结合挤压铸造和T6热处理工艺,研究变质细化与热处理对A356铝合金挤压铸造件的组织和性能的影响规律。结果表明,随着Al-10Sr变质剂加入量的增加,共晶Si的形貌由片状和长杆状变为颗粒状和蠕虫状,α-Al的晶粒尺寸先减少后增大。当Al-10Sr的加入量(质量分数)为0.3%时,挤压铸造成形件的最优抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为221.3 MPa、104.5 MPa和10.3%。Al-10Sr变质能提高形核率、细化α-Al晶粒尺寸和改变共晶硅形貌,使铸造件的力学性能提高。随着A-5Ti-B的增加,晶粒尺寸先降后增,力学性能先增后降。Al-5Ti-B的加入量为0.6%时,最优抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为215.6 MPa、106.6 MPa和9.0%。T6热处理(固溶540℃/4 h+时效190℃/4 h)使屈服强度和抗拉强度显著提高和延伸率降低。经过0.6% 的Al-5Ti-B细化处理,T6处理挤压铸造件的最优的抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为297.5 MPa、239.3 MPa和8.0%。共晶硅的球化和细化、成形件成分的均匀化以及Mg₂Si强化相在基体中弥散析出,是热处理后构件力学性能提高的主要原因。