高屈强比Ti-Nb-Cr-V-Zr系难熔高熵合金的组织与力学性能

通过真空电弧熔炼法制备了Ti_47-xNb₂₃Cr₁₈V₁₂Zr_x(x=0、4、8、12 at%)系难熔高熵合金,随后在1200℃下保温12 h对合金进行均匀化热处理。利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、万能力学试验机和显微硬度仪等研究了铸态与均匀化热处理态合金的相组成、微观组织及力学性能。结果表明：Zr元素的添加使铸态合金在枝晶间析出C15结构的Cr₂(Ti, Nb, V,Zr)-Laves相,同时,Zr元素含量的增加增强了合金的压缩屈服强度和硬度,但使其塑性降低。均匀化热处理并未改变合金的相组成,但使合金的组织形貌发生了明显改变,并大大增加了析出相的体积分数。经过均匀化热处理后,合金的强度和硬度有所降低,但塑性得到改善。其中,Ti₄₃Cr₁₈Nb₂₃V₁₂Zr₄合金的压缩塑性由铸态时的29%提升至超过50%,同时具有1110 MPa的屈...     

Ti3Zr2Sn3Mo25Nb医用钛合金相变与力学性能

研究Ti3Zr2Sn3Mo25Nb医用钛合金中相变演化过程和亚稳相对合金强度和弹性模量的影响规律.结果表明:Ti3Zr2Sn3Mo25Nb合金中相的演化过程为β→ω→α″→α,其中亚稳ω相及α″相的尺寸、数量及分布对合金强度、弹性模量及塑性的影响显著.ω相的尺寸越小,数量越多,分布越均匀,这有利于提高合金强度,降低塑性和弹性模量;通过控制亚稳ω相及α″相的尺寸、数量和分布,可以在一定范围里调整Ti3Zr2Sn3Mo25Nb合金的力学性能变化,从而得到更好的生物力学性能匹配.     

低Nb含量Ti-Mo-Nb-Zr-Sn BCC低弹性模量固溶体合金的成分设计

依据BCC结构中的"团簇加连接原子"模型确定Ti-Mo二元团簇式[MoTi14]Mo1为基础成分式,根据合金化组元Sn、Zr和Nb与基体Ti的混合焓实现其在基础成分式中的组元替换,从而形成多元成分式[(Mo,Sn)(Ti,Zr)14]Nb1。利用铜模吸铸快冷技术制备d 6 mm合金棒状样品,并对其进行950℃保温2 h并水淬。组织结构分析和拉伸力学性能结果表明:低模量Sn、Zr和Nb分别取代基础成分式中高模量的Mo时形成的三元BCCβ-Ti合金结构稳定,且具有较低的弹性模量;当Mo0.5Sn0.5占据团簇心部,Nb作为连接原子,Zr替代部分Ti时形成的低Nb含量的β-Ti合金[(Mo0.5Sn0.5)(Ti13Zr)]Nb1(Ti68.10Mo5.25Sn6.50Zr9.98Nb10.17,质量分数,%)具有最低的弹性模量(为43 GPa),且断裂强度σb为569 MPa,应变ε为5.6%。     

Ti、Sc、Zr联合添加对7005铝合金组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、硬度计、MTS810液压伺服试验机、EDS能谱仪等手段研究了Ti、Sc、Zr联合细化的7005铝合金变形前后的显微组织和性能。结果表明,Ti、Sc、Zr联合细化的7005铝合金具有最小的晶粒度,最优的力学性能,比细晶铝锭(GRAI)单独细化或者Sc、Zr联合细化的效果好,抗拉强度比国家标准提高了约24%,伸长率提高了55%。这是因为Ti、Sc、Zr联合细化的合金在凝固过程中形成了与基体共格的一次Al₃(Sc_xZr_1-x)和Al₃(Sc_xTi_1-x)粒子,起到了异质形核的作用,细化了合金晶粒尺寸。合金在均匀化和固溶时效处理后析出了大量弥散分布、热稳定性高并与基体共格的Al₃(Sc_xZr_1-x)粒子,提高了合金的硬度和强度。     

Zr-xNb-0.15Fe-0.05Cu-0.05Ge合金在400℃/10.3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能

利用高压釜腐蚀试验研究了Zr-x Nb-0. 15Fe-0. 05Cu-0. 05Ge(x=0. 7,1,1. 3,1. 6,质量分数,%)合金在400℃/10. 3 MPa过热蒸汽中的耐腐蚀性能。使用SEM和TEM分别观察了合金和氧化膜的显微组织。结果表明:随着Nb的质量分数从0. 7%增加至1. 6%,试验合金的耐腐蚀性能逐渐下降。合金中的第二相为体心立方结构的β-Nb(bcc-β-Nb)相与含有Cu和Ge的密排六方结构的Zr(Nb,Fe)_2(hcp-Zr(Nb,Fe)_2)相,随着Nb含量的增加,主要第二相由Zr(Nb,Fe)_2相逐渐转变为β-Nb相,且呈条带状。Zr(Nb,Fe)_2和β-Nb第二相相对含量的变化对合金的耐腐蚀性能有较大影响。具有较大P. B.比、且呈条带状分布的β-Nb相促进了氧化膜中微裂纹的扩展,而且大量的β-Nb相氧化所产生的体积膨胀会影响氧化膜柱状晶的生长,增加了氧化膜中的内应力,促进孔隙和微裂纹形成,从而降低了合金的耐腐蚀性能。     

合金化元素Ti对Laves相Cr_2Nb力学性能及耐蚀性的影响

采用真空非自耗电弧熔炼工艺制备了Cr2Nb-XTi(X=5,10,15,at%)合金,利用光学显微镜(OM),X射线衍射(XRD)仪,扫描电镜(SEM)对电弧熔炼态铸锭的组织进行了研究,探讨了合金化元素Ti的含量对Laves相Cr2Nb力学性能及耐蚀性的影响。结果表明:3种成分的电弧熔炼态合金凝固组织主要由C15-Cr2(Nb,Ti)相和六方的β-(Ti,Nb)以及体心立方结构的β-(Nb,Ti)相组成。在5Ti和10Ti合金冷速较小的铸锭上部凝固组织中出现了亚稳相C14-Cr2(Nb,Ti)。通过对合金力学性能研究表明,随合金化元素Ti含量的增加,Laves相Cr2Nb合金的显微硬度逐渐降低,断裂韧性增大,当Ti含量达到15at%时,合金的断裂韧性达到了3.1 MPa·m1/2,比单相Laves相Cr2Nb提高1倍。另外,对腐蚀性能的测试表明,Ti含量增加材料腐蚀性能下降,但15Ti合金仍表现出良好的耐蚀性。     

热处理对Ti30Nb5Ta6Zr合金组织和力学性能的影响

根据β稳定化系数kβ和d-电子理论设计了低弹性模量、中高强度、良好塑性和生物相容性的新型牙科种植用近β型Ti30Nb5Ta6Zr合金,研究了合金在β相区固溶和时效处理后组织和力学性能的变化规律。结果表明,在β相区固溶水淬后组织为亚稳β相。低温时效时析出ω相,随着时效温度的升高,逐渐析出α相。合金的强度和弹性模量随时效温度的升高先升高后下降;延伸率先降低后升高。合金在800℃固溶+500℃时效后综合力学性能优良,可以满足牙科植入要求。     

Al对AlxMo0.5NbTiVSi0.2高熵合金组织和性能影响

采用真空电弧熔炼工艺制备了不同Al含量的Al_xMo_0.5NbTiVSi_0.2(x=0.5,0.8,1.0,摩尔比)难熔高熵合金。研究了合金的相组成、微观组织、密度和力学性能。结果表明,Al_xMo_0.5NbTiVSi_0.2高熵合金的微观组织为典型的树枝晶结构,均由BCC固溶体相和M₅Si₃金属间化合物相组成。Al含量的增加并未使得合金的相组成发生改变。合金BCC基体相富集Al、Mo和V元素,M₅Si₃相富集Ti和Si元素,Nb元素在两相中分布较为均匀。随Al含量增加,合金的密度从6.18 g/cm³降至5.86 g/cm³,硬度提升了13.7%,压缩屈服强度增加约332 MPa,增幅达到37%,抗压强度从1 073 MPa提高到1 457 MPa,断裂应变从13.6%增加到14.4%。合金力学性能的提升主要是通过固溶强化、细晶强...     

时效处理对挤压成型2195铝锂合金组织和力学性能的影响

研究了热处理对挤压态2195铝锂合金组织和力学性能的影响。结果表明,固溶处理和人工时效处理对挤压合金的力学性能有显著的增强作用,这与析出相的类型、尺寸、数量密度和分布有关。2195铝锂合金在时效过程中的析出顺序为过饱和固溶体(SSSS)→GP区+δ′/β′(Al₃(Li,Zr))→δ′+θ′(Al₂Cu) +T₁ (Al₂CuLi)→θ′+T₁;其中T₁相在析出强化中起主导作用。2195铝锂合金经过525 ℃×60 min固溶后在170 ℃人工时效的峰时效时间是36 h,此时抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为579 MPa、537 MPa和5.5%。     

Zr的替代对快冷Ti合金组织与力学性能的影响

通过铜模铸造法制备出了直径为3mm的Ti66.7-xNi20Cu13.3Zrx(x=0、10、30)合金圆柱棒。利用X射线衍射(XRD)仪和扫描电子显微镜(SEM)等研究了Zr的替代对Ti66.7-xNi20Cu13.3Zrx(x=0、10、30)(原子百分比)合金组织与力学性能的影响。结果表明:未替代Zr(x=0)时,形成Ti基非晶复合材料,塑性应变量达4.8%,同时最大应力达到1756MPa;Zr的替代使合金析出脆性相,导致试样破坏性脆断。     

Ti对Nb-20Si-5Al超高温合金性能的影响

采用放电等离子烧结法(SPS)制备了Nb-20Si-5Al-xTi(x=0,18,20,22,摩尔分数)超高温合金,研究了Ti加入量对Nb-20Si-5Al合金的室温断裂韧度和高温抗氧化性的影响。结果表明,随着Ti加入量的增加,超高温合金的相组成由Nbss、Nb₅Si₃和Al3Nb相转变成为Nbss、(Nb,Ti)5Si3和Ti相。Ti能明显改善Nb-20Si-5Al超高温合金的断裂韧度和高温抗氧化性能,随着Ti加入量的增加均先提高然后降低,在Ti加入量为20%时,合金断裂韧度最大,为7.41 MPa·m^1/2,相比未加Ti时提高了约56.9%,其高温氧化速率最低,为0.72×10^-4g²/(cm⁴·h)。添加Ti元素后,其氧化产物中出现Ti₂Nb₁₀O₂₉、TiNb₂O₇、TiO₂等,可以提高其氧化膜的致密性,从而提高高温抗氧化性能。     

热处理对Ti35Nb2Sn6Zr3Mo合金组织与性能的影响

依据d-电子理论设计了低弹性模量、中高强度、良好塑性和生物相容性的新型生物医用近β型Ti35Nb2-Sn6Zr3Mo合金,研究了固溶温度和时效温度对合金组织和力学性能的影响.结果表明:随固溶温度的升高,合金的平均晶粒尺寸逐渐增大,650℃以上固溶时,得到单一等轴β晶组织;固溶温度对合金的强度和弹性模量的影响并不明显.随时效温度的升高,由于Ti35Nb2Sn6Zr3Mo合金的β相稳定性较强,析出α相的含量较少,从而导致合金的力学性能对时效温度并不敏感.     

Zr对二元钛铝合金组织和力学性能的影响（英文）

采用非自耗真空电弧熔炼炉制备不同Zr含量的Ti43Al与Ti47Al合金,研究该合金的显微组织和力学性能的变化。结果表明:Zr对Ti43Al合金的组织形态无明显影响,Ti47Al合金则由枝晶组织演变成等轴晶组织。Zr元素的添加能细化晶粒。Zr能促进γ相的形成,Zr在Ti43Al和Ti47Al合金γ相中的固溶度分别为12.0%和5.0%(摩尔分数)。经过分析,Ti43Al-x Zr中的γ相由β相转化而来,Ti47Al-x Zr中的γ相则由α相转化而来。细晶强化和固溶强化作用使压缩强度提高;然而,严重的显微偏析会导致力学性能下降。Zr元素极大的固溶度对合金的塑性具有不利的影响。Ti43Al-x Zr和Ti47Al-x Z合金的最大压缩强度分别为1684.82MPa(x=5.0%)和2158.03MPa(x=0.5%),而Ti43Al-x Zr合金的压缩应变无明显变化,Ti47Al-x Zr合金的最大压缩率为35.24%(x=0.5%)。两组合金均呈脆性断裂特征。     

Al对Fe-20Cr-35Ni-0.6Nb合金显微组织和抗氧化性的影响

采用增量法研究了不同Al含量(0.5%、1.5%、2.5%,质量分数)的Fe-20Cr-35Ni-0.6Nb含Nb合金在1000 ℃空气条件下的抗氧化。采用SEM、EDS、TEM、拉曼光谱等手段研究了合金的显微组织和氧化膜特性。结果表明,3种含Nb合金组织为单相奥氏体,基体中存在少量弥散分布的NbC沉淀相,氧化前后沉淀相含量和晶粒大小保持不变。添加0.5%和1.5%的Al后,含Nb合金的表面形成多层结构的氧化膜,最外层和第三层为Cr₂O₃,次表层主要为NiCr₂O₄、NiFe₂O₄和Fe₂O₃,最内层为Al₂O₃内氧化层。基体中的NbC析出相和氧化膜中少量Nb的氧化物(Nb₂O₅)加剧了氧化膜的疏松。当Al含量增加到2.5%时,含Nb合金表面形成连续致密的Al₂O₃氧化膜,降低了Fe-20Cr-35Ni-0.6Nb合金的氧化速率,提高了抗氧化性。     

Ti含量对氩弧熔覆CoCrFeNiCuTix高熵合金涂层组织及性能的影响

采用氩弧熔覆技术在Q235钢基体表面制备了CoCrFeNiCuTi_x(x表示摩尔比值,x=0、0.3、0.5、0.8和1)高熵合金涂层,研究了Ti含量对CoCrFeNiCuTi_x高熵合金微观结构和力学性能的影响。结果表明,不同Ti含量的CoCrFeNiCuTi_x高熵合金均为FCC单相固溶体。CoCrFeNiCu合金的微观组织为柱状晶结构。随着Ti的加入,微观组织中开始出现析出相,且Ti含量越高,析出相越多。同时Ti的加入明显提高了合金的显微硬度,当Ti的摩尔比为1时,涂层的截面显微硬度值达到最高值439.54 HV0.1。Ti对CoCrFeNiCuTi_x高熵合金的耐磨性具有显著影响,CoCrFeNiCuTi合金表现出最好的耐磨性。随着Ti含量的升高,合金的磨损机理由黏着磨损转化成黏着磨损与氧化磨损并存。     

Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金压缩性能研究

摘 要: 采用铜模喷铸法成功制备出内含β-Ti(Zr,Nb)晶体相的Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金,在室温环境下对其进行准静态和动态压缩力学性能测试,结合S-4800型扫描电镜(SEM)对压缩试样断口进行观察,并对不同应变率下的力学性能进行对比。结果表明：内生相非晶合金的结构为非晶基体和在非晶基体上均匀分布着的β-Ti(Zr,Nb)晶体相组成。Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金在准静态压缩时,随应变率的增加抗压强度有明显的提高,存在应变率硬化现象,表现出与一般非晶合金体系不同的应变率效应;在动态压缩条件下,动态抗压强度随着应变率的提高也有较明显的增加,表现为应变率硬化效应。由于内生相非晶合金在动态压缩条件下的绝热温升效应和非晶的碎化,导致在室温条件下Ti48Zr20Nb12Cu5Be15内生相非晶合金的动态压缩抗压强度和应变低于准静态压缩抗压强度和应变。     

Nb、Al含量对GH706合金组织及力学性能的影响

研究了降Nb提Al对GH706合金组织和力学性能的影响。当合金中Al含量由0.35%提高至1.26%(质量分数,下同),Nb含量由2.88%降低至1.98%后,可抑制晶内主要强化相γ″-Ni3Nb相的析出,促进γ′-Ni3Al相的析出,显著降低合金的室温屈服强度,但明显改善了合金的室温冲击性能。同时提Al降Nb还抑制了晶界强化相η-Ni3(Ti,Nb)相的析出,使得富Nb的Laves相及富Nb、Cr的Cr2Nb相析出,弱化了高温下的晶界强度,极大地恶化了合金的持久性能。     

α+β固溶处理对Ti65合金薄板的影响:硅化物析出、力学行为和新型{■}孪晶系（英文）

为应对航空领域对轻质和优异高温性能钛合金部件的迫切需求,对经不同热处理的新型高温钛合金Ti65合金薄板的显微组织演变、硅化物析出和力学行为进行系统研究。结果表明:在固溶空冷后的合金中析出亚微米级硅化物(Ti,Zr)₆Si₃,导致拉伸性能变差和剧烈波动。在950℃固溶炉冷后的合金中发现穿晶界(Ti,Zr)₅Si₃和近晶界(Ti,Zr)₆Si₃硅化物的共存。当固溶温度升高至1010℃时,(Ti,Zr)₃Si硅化物在位错附件出现。薄板固有尺寸效应与硅化物析出的协同效应导致拉伸性能的明显波动,塑性显著下降,甚至发生脆性断裂。硅化物析出受低温固溶处理的保温时间的影响较弱。此外,在990℃热轧获得的薄板中观察到新型{■}孪晶,其轴角对为65°<■>,仅存在于粗大的基面织构α晶粒中。     

生物医用Ti-Nb-(Ta)-Zr合金的微观结构与性能

采用显微硬度测试、X射线衍射分析和透射电子显微镜观察等方法,研究不同热处理后生物医用Ti-35Nb-5Ta-7Zr合金和Ti-35Nb-7Zr合金的显微硬度变化及微观组织特征,揭示Ta元素的添加对合金微观结构、时效析出序列及性能的影响。结果表明:Ti-35Nb-5Ta-7Zr合金比Ti-35Nb-7Zr合金具有更明显的时效强化效果;固溶处理(ST)后经300和600℃时效处理,Ti-35Nb-5Ta-7Zr合金的时效析出顺序可以描述为β+α″(ST)300℃→β+α600℃→β+α+等温ω,而Ti-35Nb-7Zr合金的时效析出顺序为β+α″+淬火ω(ST)300℃→β+α+等温ω600℃→β+α;Ta元素的添加抑制固溶处理过程中淬火ω相的析出,提高时效过程中等温ω相的析出温度。     

基于团簇式设计的高温高强钛合金组织性能研究北大核心

现用于激光熔化沉积的钛合金，通常是已有的工业合金，并没有考虑到激光熔化沉积工艺的特殊性。此外，高端装备领域对钛合金的室温和高温综合性能要求也不断提高。本文基于Ti-6Al-4V合金α相团簇式[Al-Ti12](AlTi2)和β相团簇式[Al-Ti14](AlVTi)，通过Zr和V/Mo/Nb分别替代(相团簇式壳层和连接原子Ti的合金化，设计了一系列12[Al-Ti12](AlTi2)+5[Al-Ti14-xZrx](AlV1.2Mo0.6Nb0.2)合金，并研究了激光熔化沉积Ti-Al-V-Mo-Nb-Zr系合金的微观组织和力学性能随Zr元素含量的演化规律。结果表明，Ti-Al-V-Mo-Nb-x Zr合金的液-固两相区较小，有利于保证激光熔化沉积的工艺性。此外，随Zr含量的增加，Ti-Al-V-Mo-Nb-x Zr合金外延生长β柱状晶的长度和宽度显著降低，室温和高温强度显著提高。其中，12[Al-Ti12](AlTi2)+5[Al-Ti12Zr2](AlV1.2Mo0.6Nb0.2)合金的室温抗拉强度为1 427 MPa，伸长率为3.2%;600℃高温抗拉强度为642 MPa，伸长率为40%。该合金可以作为激光熔化沉积用高温高强钛合金的候选材料。