基于CMT的电弧熔丝增材Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的组织与性能

采用基于冷金属过渡的电弧熔丝增材方法(CMT-WAAM)制备了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金试样,研究了CMT-WAAM Ti6321合金显微组织、力学性能及其各向异性. 结果表明,CMT-WAAM Ti6321合金显微组织由不规则的多边形原始β晶和晶界α相组成,CMT脉冲工艺(CMT+P)能够有效细化晶粒,组织中没有发现贯穿式的柱状晶,且未发现马氏体.CMT-WAAM Ti6321合金x向和z向的室温抗拉强度达到同级别锻件标准,断口形式均为典型的韧性断裂.成形组织中没有明显的织构存在,拉伸强度的各向异性也不明显,组织中的气孔导致z向的断后伸长率低与x向. x向和z向冲击韧性均不低于65 J,能够满足船用钛合金结构件的需求,冲击断口中存在大量的撕裂型韧窝,为典型的韧性断裂.     

热处理对CMT电弧熔丝增材制造Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金显微组织和力学性能的影响

采用基于冷金属过渡焊接的电弧熔丝增材制造技术(CMT-WAAM)制备了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(Ti6321)合金，研究了热处理对Ti6321合金显微组织、力学性能的影响。研究表明，沉积态Ti6321合金组织由不规则的多边形原始β晶和晶界α相(α_(GB))组成，晶内分布有厚度不均的α片层和少量β相。经α+β两相区退火后，α片层内部的位错密度降低，其中，700℃退火后强度和冲击吸收功均有所降低，800℃退火后冲击吸收功提高，且强度达到1050 MPa以上。经双重热处理后析出次生α相(α_s),晶界α相(α_(GB))弱化呈断续分布，Ti6321合金冲击吸收功最高达到34 J。不同热处理状态下的冲击断口均有大量韧窝，为典型的韧性断裂。     

TC18钛合金电子束熔丝成形送丝工艺与显微组织性能

利用电子束熔丝成形(EBRM)技术制备了TC18钛合金试样,研究了相同热处理工艺条件下,不同送丝方式对电子束熔丝成形TC18钛合金组织与性能的影响。结果表明:电子束熔丝成形件经热处理后,2种工艺对应的宏观组织均为异常粗大的β柱状晶,但是单丝工艺晶粒尺寸较双丝工艺细小;2种工艺成形后显微组织均为片状初生α相、β转变组织及晶界α相,单丝片状初生α相含量多于双丝,且片间距小于双丝;单丝工艺对应的塑性及稳定性均高于双丝,强度略低于双丝。     

电子束熔丝成形的TC4钛合金的组织与性能研究

研究了采用电子束熔丝成形(EBRM)技术制造的TC4钛合金件的组织特征及力学性能,结果表明:经EBRM技术得到的TC4钛合金件宏观组织为异常粗大的β柱状晶。经热处理后,显微组织由片状初生α相、β转变组织及晶界α相组成;室温拉伸性能呈现明显的各向异性,但各方向的强度和塑性均满足AMS 4999A—2011标准要求,其中,x、y向抗拉强度与自由锻件实测水平相当;室温冲击韧度达到70 J/cm2,约为自由锻件及铸件实测值的两倍;光滑试样轴向加载高周疲劳性能优于经β热处理的锻件;轴向加载低循环应变疲劳性能与锻件相当,但优于铸件。     

热处理对选区激光熔化GH3230显微组织及高温拉伸力学性能的影响

为有效提高GH3230高温合金的综合高温力学性能,本文利用选区激光熔化技术成形了GH3230试样,按照优化的热处理制度做了固溶处理。分析了固溶处理前后合金的显微组织结构,测试了合金的高温拉伸力学性能,研究了析出碳化物的形态和分布对高温拉伸力学性能的影响规律,探讨了高温拉伸断裂机制。结果表明：选区激光熔化GH3230合金显微组织由生长方向与材料堆积方向一致的单一γ固溶体柱状晶构成。固溶处理后,沿γ固溶体柱状晶晶界析出了呈链状分布的M₆C型碳化物颗粒,在柱状晶内部析出了弥散分布的M₆C型超细碳化物颗粒,柱状晶变粗,晶粒取向差异减小,出现向等轴晶转变的趋势;高温拉伸力学性能各向异性程度减弱,由于显微组织仍为具有定向凝固特征的柱状晶组织,不同方向的高温拉伸力学性能仍在差异;纵向及横向高温拉伸断裂机制均为沿晶韧性断裂。     

电子束熔丝增材制造GH4169组织及力学性能研究

对电子束熔丝增材制造GH4169多道多层沉积试样块进行了研究,分析了电子束熔丝增材制造沉积块不同高度与不同成形方向的显微组织以及力学性能.结果表明,电子束熔丝增材制造的GH4169组织及力学性能存在明显的各向异性.成形试样的显微组织主要为γ相和共晶γ+Laves相以及碳化物相,枝晶间存在大量的Laves条带;不同成形方向上的组织有所差异,沿送丝方向(Ds)为等轴"十字形"γ枝晶,沉积高度方向(Dd)、水平方向(Dt)的典型组织为柱状晶.EDS结果显示,同一层有少量的Nb、Mo元素偏析.沿沉积高度方向显微硬度呈现逐渐上升趋势,水平方向硬度基本围绕某一值浮动.拉伸性能有明显的各向异性,沿着送丝方向(Ds)和水平方向(Dt)抗拉强度明显高于沉积高度方向(Dd),整体低于高温合金锻件室温拉伸强度.     

热处理对Ti-48Al-2Cr合金组织与力学性能的影响

采用真空水冷铜坩埚感应熔炼炉及石墨型离心铸造工艺制备了Ti-48Al-2Cr合金,随后对其进行真空退火处理。通过扫描电镜观察了合金的微观结构以及断口形貌,采用维氏硬度计、冲击试验机测试了合金的显微硬度和冲击性能。结果表明:热处理对Ti-48Al-2Cr合金的显微组织无显著影响,合金显微组织为双相结构,在晶界出现了Cr元素微观偏析,主要形貌为柱状晶,热处理后形成的等轴晶分散于基体组织上,并改善了合金的冲击韧性和抗断裂变形能力,但对其显微硬度影响不大。     

Ti含量对Ni53Mn23.5Ga23.5-xTix铁磁性形状记忆合金组织和性能的影响

采用光学显微镜、示差扫描热分析、交流磁化率测试和室温压缩试验等方法系统研究Ti含量对Ni53Mn23.5Ga23.5-xTix (x=0, 0.5, 2, 3.5, 8, 15)合金的显微组织、相变行为、力学行为和磁学特性的影响规律。结果表明：Ti元素在合金中的极限固溶度低于15%;随着Ti含量的增加,合金的相变温度和断裂强度及断裂应变先逐渐增加后降低,其断裂方式由沿晶断裂转变为穿晶断裂再到沿晶断裂;而合金的居里温度随Ti含量的增加逐渐降低     

Effect of α Composite Layer on the Microstructure and Mechanical Properties of Ti-10V-2Fe-3Al Alloy

通过在830℃空气中保温1 h后水冷的热处理工艺,在Ti-10V-2Fe-3Al(Ti1023)钛合金表面形成厚度约为82μm的α富氧复合层。研究了α复合层内显微组织形貌、硬度及元素分布特点及复合α层后对Ti1023合金组织和性能影响。结果表明:α复合层从边缘到基体内部硬度值并非一直减小,而是呈现高-低-高-低-趋于稳定的变化规律。研究表明硬度变化规律与合金元素(尤其V、Fe)及组织形态分布相关。Ti1023合金试样复合α层后表面硬度增加了45%,而屈服强度和抗拉强度下降5%。在拉伸变形过程中,复合α层后试样首先会在垂直于拉伸应力方向的外表面产生裂纹,之后裂纹扩展穿过α层到基体内部直至试样断裂,试样拉伸断口呈现心部韧性断裂和边部脆性断裂特征。拉伸过程中试样内部存在应力诱发β相向α″相的组织转变。     

等离子弧增材低碳贝氏体钢组织与性能分析

采用等离子弧增材工艺制备了成形良好的贝氏体钢构件,研究了其力学性能和微观组织.结果表明,增材构件的微观组织主要由板条状贝氏体、粒状贝氏体和少量奥氏体组成.增材构件组织和力学性能存在局部差异：顶部组织晶粒比较粗大,主要由板条状贝氏体和奥氏体组成,显微硬度平均值约为365 HV;底部区域组织晶粒比较细小,多为粒状贝氏体,显微硬度平均值约为384 HV;构件整体平均冲击韧性为145 J/cm²,平均拉伸强度和断后伸长率分别可以达到955 MPa和11.7%,其中x方向的拉伸强度为945 MPa,略小于y方向的抗拉强度(963 MPa)和z方向的抗拉强度(958 MPa),说明构件抗拉强度不存在明显的各向异性,断口为韧性断裂.     

CMT增材X80钢组织和性能与韧性调控措施

针对油气管道在线修复需求,采用自主设计的低碳微合金焊丝,进行X80管线钢管的冷金属过渡(CMT)增材修复工艺优化研究。在管道服役后的X80管线钢管基板上制备增材体,观察显微组织形貌,并进行显微硬度、冲击试验和拉伸试验测试。试验结果表明,CMT增材体微观组织为板条贝氏体和少量准多边形铁素体。随着向基板过渡,板条铁素体逐渐转变为粒状贝氏体。CMT增材修复后X80管线钢基板热影响区没有发生软化。CMT增材体显微硬度是基板的119%;CMT增材体不同方向室温冲击吸收能量平均值约为基板的74%;CMT增材体不同方向断后伸长率平均值约为基板的66%,抗拉强度从大到小依次为扫描方向、搭接方向、垂直方向,其数值为基板抗拉强度的103%～114%。建议通过控制CMT增材体横截面上焊道边界(鱼鳞纹线)分布特征,减少金属经历的高温热循环次数,进而在一定程度上改善增材修复增材体韧性。 创新点： (1)系统研究了冷金属过渡(CMT)增材制造X80管线钢的组织和性能。 (2)提出了通过控制增材体横截面上焊道分布特征来改善增材修复增材体韧性。     

1200 MPa级高强高韧损伤容限钛合金强韧性研究进展

高强高韧损伤容限钛合金是高强钛合金的重要研究方向,本文重点研究、评述了1200 MPa级高强高韧损伤容限钛合金Ti-5321的拉伸强度与冲击韧性、断裂韧性的关系。Ti-5321合金的微观组织明显影响合金的强度和韧性。片层组织具有较好的强度、塑性、断裂韧性、冲击韧性匹配,而双态组织也有较好的强度、塑性、断裂韧性匹配,但冲击韧性低。结合微观组织演变分析了强度、断裂韧性、冲击韧性的变化规律,并提出了高强高韧损伤容限钛合金的研究方向。     

机械振动对WQ960钢焊接接头组织和性能的影响

采用机械振动辅助MAG焊焊接WQ960高强度钢,通过对不同振动参数下焊接接头的显微组织和力学性能分析,研究机械振动对焊接接头的显微组织、冲击韧性和抗拉强度的影响规律.结果表明,机械振动的施加提高焊缝和熔合区的冲击吸收功效果明显,可达15%,对热影响区的冲击吸收功影响不大,焊接接头的抗拉性能也有所提高,但幅度不大仅为2%.施加机械振动后改善了一次柱状晶的形态,得到以细小的针状铁素体为主的焊缝组织,这对提高焊接接头的强韧性十分有利.振动状态下焊缝冲击断口纤维区的韧窝较深,晶状区的解理台阶层次明显,存在较多的撕裂棱,且均匀细化.     

Experiments and Simulations on Tensile Properties and Fracture Toughness of 7050-T7451 Aluminum Alloy Hole Specimens

针对飞机用7050高强铝合金含孔板件进行拉伸性能与断裂韧性的模拟分析与实验研究,并基于裂纹尖端塑性钝化能将常见拉伸性能与平面断裂韧性联系起来,在常规拉伸性能参数的基础上,定量计算出了含孔连接板的断裂韧性值,通过引入与试样几何形状、孔型大小有关的Z参数,表征了含孔构件断裂失效过程中的平面应力和平面应变分布状态与组成比例.研究表明:(1)Z参数联系了材料断裂韧性与构件断裂韧性,反映了含孔构件的几何形状与开孔大小对构件断裂韧性值的影响;(2)含孔拉伸试样的断裂韧性敏感于开孔在垂直于拉伸方向上的尺寸,并随该尺寸的增加而降低;(3)含孔拉伸试样的屈服应力,强度极限等强度指标主要受开孔沿垂直于拉伸方向的尺寸影响,而几乎与开孔在拉伸方向上的尺寸变化无关,但含孔拉伸试样的延伸率则正好与此相反.     

退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金性能和组织的影响

以TA15钛合金粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金拉伸试样厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究退火温度及沉积方向对TA15钛合金组织、拉伸性能的影响,以及α相变形机制。结果表明：随着退火温度升高,显微组织中α相长宽比呈上升趋势;激光沉积成形TA15钛合金厚壁件在沉积和垂直沉积方向上的力学性能存在差异,沉积方向上的抗拉强度明显均低于垂直沉积方向上的抗拉强度;柱状晶晶界对α片层的受力变形有一定的阻碍作用;α片层通过挤压变形和滑移变形两种机制发生变形或断裂;两种方向上拉伸断裂方式不同,沿沉积方向上断裂为韧性断裂,沿垂直沉积方向上断裂为半解理半韧性断裂。     

Microstructure Evolution and Mechanical Behavior of Laser Melting Deposited TA15 Alloy at 500℃ under In-Situ Tension in SEM

TA15 alloy fabricated by laser melting deposition was investigated at 500℃ under tensile deformation. The damage behavior of microstructure was analyzed by the real time observation of the microstructure evolution, microcracks initiation and propagation using in-situ tensile equipment fitted in the SEM chamber. Finally, the mechanism of fracture was discussed. The result showed anisotropic mechanical properties in X-and Z-direction. The existence of columnar β grains and its orientation to the tensile direction were the major factors inducing the anisotropic mechanical properties. As compared to Z-direction specimen, high tensile strength was observed in X-direction specimen due to the resistance in slips propagation provided by the prior-β grain boundaries( β GBs). Accumulation of the cracks at prior β GB caused the shear fracture. In case of Z-direction specimen, parallel orientation of prior β GB and GB α with the tensile direction resulted in a homogeneous deformation. The high reduction of cross section showed the enhanced ductile characteristics at high temperature.     

多层多道平焊接头冲击性能不稳定的原因分析

以X70管线钢用药芯焊丝多道焊平焊接头为研究对象.用光镜和扫描电镜观察焊接接头和冲击试样金相组织、寻找冲击断口起裂源，对焊缝冲击韧性不稳定且出现低值的原因进行了研究.结果发现，冲击试样的取样位置不同，冲击吸收功不同；冲击试样开缺口处柱状晶所占比例是冲击韧性出现波动的一个主要原因，但不是其出现低值的原因；缺口前沿焊接缺陷的位置以及粗大晶粒是冲击韧性波动以及出现低值的主要原因，试样冲击吸收功为54.2 J时是解理断裂，解理断裂试样的起裂源为夹杂、未熔合等焊接缺陷，且这些缺陷的位置距缺口越近，冲击韧性越低.     

高温钛合金Ti55/Ti60真空电子束焊接

对 Ti55 与 Ti60 合金薄板进行了电子束焊接,研究了电子束焊接工艺参数对接头组织及力学性能的影响.结果表明,焊缝区形成大量针片状的α' 马氏体,焊缝中心为粗大的柱状晶.焊接工艺参数对焊缝组织和接头抗拉强度有一定影响,接头室温抗拉强度高于母材,600℃时接头抗拉强度与 Ti60 母材相当,抗弯强度达到母材的 80% 左右,冲击韧度能够达到母材的 90% 以上,断裂发生在热影响区处,为韧性断裂.

Abstract：

Ti55 and Ti60 titanium alloy sheets were welded by electron beam, and the influences of parameters on microstmcture and mechanical properties of welding joints were studied. The results show that weld zone is characterized by acicular α' martensite plate,and weld center is formed by coarse columnar crystals. Welding parameters can affect microstructure and tensile strength to a certain extent. At room temperature, the tensile strength of joint is higher than that of base metal. At a higher temperature of 600 ℃, tensile strength of joint is about equal to that of Ti60, and bending strength can be up to 80% of that of base metal, even impact toughness also can be larger than 90% of base metal. Failure occurs in heat-affected zone, and the fracture mode shows toughness characteristic.     

特厚钢板复合轧制工艺的实验研究

采用连铸坯直接轧制生产特厚钢板时,由于压缩比的限制,成品的厚度受到极大限制,很难生产产品厚度超过100mm的高质量特厚钢板。文中介绍了复合轧制生产特厚钢板的实验方法、工艺过程以及实验分析结果,包括复合界面金相组织观察、Z向抗拉强度及拉伸曲线、拉伸样断面收缩率、断口扫描分析、超声波探伤等。从金相组织看,界面结合率约99%~100%,从金相图片上已经找不到复合界面;Q345复合钢板的Z向平均抗拉强度为445MPa,平均断面收缩率为54.13%,拉伸试样在微观上表现为韧性断裂。从超声波探伤结果看,未出现明显缺陷回波。