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。     

二级时效处理对Ti-3Al-7Fe合金组织和硬度的影响

研究了二级时效对Ti-3Al-7Fe合金组织和硬度的影响。结果表明,合金经889℃×40 min固溶并第一级时效(350℃)+第二级时效(600℃×8 h)处理后,合金组织中析出的α相弥散分布,未出现与β相混合的片状α相;第一级时效为300℃时,二级时效处理也能使合金组织中析出较多α相,但是α相发生聚集,合金组织不均匀;单级时效处理和第一级时效分别为400、450℃的二级时效处理后,Ti-3Al-7Fe合金组织中在晶界及亚晶界附近出现了夹杂残余β相的片状α相,且合金的组织不均匀。单级时效处理和二级时效处理后,合金的硬度较固溶处理具有较高的硬度。     

PHASE TRANSFORMATIONS IN Ti-10V-2Fe-3Al NEAR β-ALLOY DURING AGING

Ti-10V-2Fe-3Al合金水淬后,在250—450℃的时效温度范围内,随温度的升高或时间的延长,逐步发生α″→β,ω_a→ω→α,β→β+ω→β+α和β→β+α等相变过程,并波此重叠.当时效温度高于450℃,发生β→β+α转变。考察了时效组织的形态与分布,给出了α相和β相的点阵常数变化与时效温度的关系,以及硬度与时效的关系。     

Ti-10Cr合金析出相对硬度的影响

测试Ti-10Cr合金经900℃固溶及400～700℃时效后的维氏硬度,采用XRD和TEM分析析出相的成分及形貌,研究硬度、析出相特征与热处理制度之间的关系。结果表明:经900℃固溶空冷后,析出相为细小、弥散的等轴ω相和少量α相,合金硬度达到HV560;经400℃时效后,ω相和α相长大,合金硬度值稍有下降;经500℃时效后,ω相消失,α相长大为片状,合金硬度明显降低;当继续升高时效温度时,片状α相会进一步长大,合金的硬度缓慢降低。     

预时效工艺对Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe钛合金组织与性能的影响

对Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe钛合金分别进行单级和双级时效热处理,对比研究双级时效工艺对高强β钛合金组织与性能影响。单级时效温度为550℃,双级时效工艺采用在400℃预时效之后再进行550℃下的再时效处理。研究结果表明,合金在400℃预时效时析出了ω相,随着预时效时间的延长,ω相最终转变为α相。相比单级时效而言,合金经双级时效后其次生α相显微组织得到明显细化,其原因主要是因为预时效阶段为后续较高温度下次生α相的形核与长大提供了更多的形核质点。双级时效工艺可以大幅提高合金的强度及硬度,但是塑性略有下降。     

冷轧对Ti-55531组织特征及时效行为和力学性能的影响

对全β固溶Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr进行冷轧与时效处理,采用XRD、TEM、硬度测试等手段研究冷轧对Ti-55531组织特征及后续时效过程中的相变、组织演变以及时效处理后力学性能的影响。结果表明:冷轧合金主要组织特征为ωisothermal发生回溶,没有出现存在于其他近β钛合金中的应力诱导α″。时效以后,冷轧过程中形成的位错等缺陷抑制ωathermal的析出,促进析出含量更高且更为细小的α相。冷轧合金硬度随时效温度的升高呈现先增大后降低的趋势,在400℃达到峰值。     

时效温度对一种新型β钛合金组织演变及力学性能的影响

采用d-电子合金设计法设计了一种β钛合金,Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe(wt.%)。在450℃~600℃范围内选取了多个时效温度进行时效处理,以研究时效温度对该合金组织演变及力学性能的影响。结果表明,当时效温度为500℃时,在ω辅助形核机制作用下,形成了尺寸和相间距更小的次生α相,在此细小的次生α相对β基体的强化作用下合金抗拉强度达到最大值,为1510MPa;同时,由于晶界α相的析出以及晶界无析出区的形成,导致合金的塑性极差,伸长率仅为4.6%。随着时效温度的升高,晶内细小的次生α相粗化。粗大的次生α相导致其相间距增大,并使可有效阻碍位错运动的α/β相界面减小。时效温度的升高使合金强度降低,但合金塑性提高。当时效温度升高至600℃,在β晶界处形成了向晶内平行生长的板条状次生α相,同时β晶粒内次生α相间距增大,使合金塑性明显提高,伸长率可达12.2%。     

Precipitation Behavior of α Phase and Mechanical Properties in Severely Plastic Deformed Ti-15-3 Alloy

研究了大变形量冷轧Ti-15-3合金的时效析出行为和时效过程中力学性能的变化。冷变形使Ti-15-3合金中形成部分纳米晶。冷变形合金在450～650℃时效时,从β相纳米晶区析出极为细小的针状α相,而从β相非纳米晶区析出的α相随着时效温度的升高由针状逐渐长大为条状,进而演变为凸透镜状。冷变形合金在450℃时效4h后,硬度达到了峰值,HV为5328MPa。450℃时效时在硬度峰值处同样达到了强度峰值,屈服强度和抗拉强度分别可高达1483和1562MPa。时效温度升高,达到峰值硬度的时间缩短,硬度值大幅度下降。650℃时效后的强度和硬度均低于时效前,粗大的透镜状析出相、纳米晶的长大以及位错密度的急剧下降是650℃时效时硬化效果消失的主要原因。不同时效工艺下的强度和硬度的变化规律相似,性能的变化与时效过程中析出相的状态有关。     

时效温度对一种新型β钛合金组织演变及力学性能的影响（英文）

采用d-电子合金设计法设计了一种β钛合金,Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe(质量分数)。在450~600℃范围内选取了多个时效温度进行时效处理,以研究时效温度对该合金组织演变及力学性能的影响。结果表明,当时效温度为500℃时,在ω辅助形核机制作用下,形成了尺寸和相间距更小的次生α相,在此细小的次生α相对β基体的强化作用下合金抗拉强度达到最大值1510 MPa;同时,由于晶界α相的析出以及晶界无析出区的形成,导致合金的塑性极差,伸长率仅为4.6%。随着时效温度的升高,晶内细小的次生α相粗化。粗大的次生α相导致其相间距增大,并使可有效阻碍位错运动的α/β相界面减小。时效温度的升高使合金强度降低,但合金塑性提高。当时效温度升高至600℃,在β晶界处形成了向晶内平行生长的板条状次生α相,同时β晶粒内次生α相间距增大,使合金塑性明显提高,伸长率可达12.2%。     

BT14钛合金固溶时效后的显微组织与力学性能

研究BT14合金经固溶淬火时效后的显微组织与力学性能。试验结果表明，在450℃～550℃区间短时间时效，可得到良好的强化效果。随时效时间的延长，材料的硬度和强度升高，达到峰值后转而下降。时效温度越高，时间越长，塑性下降的幅度越大。本试验获得的最佳热处理工艺为：900℃／0．5h，水淬＋450℃／4h，空冷。经该工艺处理的试样综合力学性能较好，抗拉强度为1223MPa，伸长率为6．5％。淬火形成的马氏体及亚稳β相在时效过程中分解为细小、弥散的α相和β相，时效期间在初生α相内析出Ti3Al相，对合金起到了强化作用。     

新型β钛合金Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe的固溶时效行为

设计一种新型生物医用亚稳定β钛合金,合金成分为Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe(质量分数),采用真空自耗电弧熔炼制备合金锭坯,研究合金的固溶时效行为。通过X射线衍射(XRD)仪,透射电子显微镜(TEM),扫描电子显微镜(SEM)研究合金的相组成及微观组织。测量合金时效后的抗拉强度和不同时效时间的硬度。结果表明:800℃,1h固溶后合金得到马氏体α″相,400℃下时效,短时间即得到ω相和β相。ω相为脆性相,大量ω相的产生使合金的硬度值提高很多,但是强度值相比较冷轧态下降明显,使得材料断裂方式变为脆性断裂。合金在72h时效后ω相仍然保持较多量。     

时效温度对Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金组织及摩擦磨损性能的影响

利用真空熔炼制备了Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金铸锭,对合金在800 ℃固溶处2 h后在300~500 ℃下进行等时时效,研究时效温度对合金的组织结构和摩擦磨损性能的影响。结果表明:800 ℃固溶2 h后水冷的合金是单一过冷亚稳近β组织,低温时效后,样品中出现了弥散的α相,而当时效温度超过450 ℃以上时α相不再呈弥散分布,而是在晶界处富集。随着时效温度的升高,合金的硬度逐渐增高,到500 ℃时达到最高253 HV0.3,然后快速降低;摩擦因数同样随着时效温度的增高呈现先升高后降低的规律。450 ℃时效的样品的综合性能最好,摩擦因数较小,且磨损试样出现了粘着磨损的特征。     

固溶时效处理对TiZrNb合金组织和性能的影响

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、硬度测试和拉伸试验等方法研究了固溶时效处理对Ti-25Zr-25Nb合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明:在750℃保温30 min水淬后,合金发生再结晶,并且发生了β+α″→β的相变过程,锻造态中的α″马氏体相完全转变为β相;随后450℃时效处理,合金显微组织中β相晶界出现部分"融合"现象,同时发生了β→β+α的相变过程,此时显微硬度、抗拉强度和伸长率达到了最大值,分别为356 HV、814 MPa和10.5%;进一步升高时效温度到550℃和600℃,合金的显微硬度、抗拉强度和伸长率均随之降低。450℃和500℃时效处理后的合金的拉伸断口呈现韧性断裂,而在550℃和600℃时效处理后,断口呈现为典型的脆性断裂。     

时效温度对Ti1023和Ti5553合金微观组织与析出硬化的影响规律

研究了Ti1023和Ti5553钛合金经过固溶与低温时效处理(ST-SQA)获得的微观组织和析出硬化行为。采用扫描电镜和透射电镜观察了不同温度时效处理后α相的析出形貌以及分布特点,统计了时效析出次生α相的析出密度和宽度随时效温度的变化情况,并测试了合金的维氏硬度。结果表明:Ti1023合金时效处理时次生α的析出温度低于Ti 5553合金。Ti1023合金在300℃时效时α相已经析出,400℃时效时α相析出密度到达峰值;Ti5553合金在450～500℃时效α相开始析出,在550℃时效α相的析出密度达到峰值。Ti1023合金硬度随着时效温度的增加先升后降,400℃时效硬度最高;在相同的时效温度范围,Ti5553合金硬度变化出现双峰规律,硬度峰值分别对应于350和550℃时效温度。2种合金的硬度变化规律源于合金时效中第二相的析出行为:时效温度低于400℃,Ti1023合金的硬度取决于α相和ω相,而Ti5553合金的硬度取决于ω相;时效温度高于400℃,2种合金的硬度均主要取决于次生α相的数量与尺寸。     

Ti-1300合金等温时效过程中相结构和组织转变

采用OM、SEM、XRD和TEM等研究了固溶态Ti-1300合金在350~700℃等温时效过程中相结构和组织转变。结果表明,Ti-1300合金在350℃等温时效时,β相基体上开始弥散析出细小的颗粒状ω相,后期ω相消失,出现了片状的α相。亚稳β相的分解方式为:β→ω+β→α+β。在400℃等温时效1 h时,亚稳β相分离出了β′相,继续保温,β′相消失,出现了长针状α相,亚稳β相的分解方式为:β→β′+β→α+β。在500~700℃等温时效时,α相在β晶界和晶粒内亚晶界上快速形核,随着保温时间的延长,晶界α相逐渐向晶内生长为α集束,随着时效温度升高,α相的片层越厚;亚稳β相的分解方式为:β→α+β。     

TEM OBSERVATION OF PHASE TRANSFORMATION IN 47121 β-Ti ALLOY

用透射电镜研究了Ti-4Al-7Mo-10V-2Fe-1Zr亚稳β-Ti合金中的相变规律。结果表明,淬火态存在无热ω相(ω_a)。低于500℃时效,发生β→B+ω_(iso)→β+α转变。在400℃以下,α相均匀长大,450—500℃时效,初期由等温ω相(ω_(iso))转变的α相不再是均匀长大,在原始β相晶界和晶内局部处发生选择性长大。高于550℃时效,发生β→β+α直接转变,在多数α相的片中有内挛晶。内孪晶的量随着时效时间延长或温度升高而减少,最终消失。伴随这一过程;在α相片的边缘产生台阶和错动。低温或商温转变的α相,其与β相的晶体学取向都符合Burgers关系。本工作仅在一只试样的选区衍射花样中有弧形衍射斑,这最可能是TiH_2析出的结果。     

BT14钛合金固溶时效后的显微组织与力学性能

研究BT14合金经固溶淬火时效后的显微组织与力学性能.试验结果表明,在450℃～550℃区间短时间时效,可得到良好的强化效果.随时效时间的延长,材料的硬度和强度升高,达到峰值后转而下降.时效温度越高,时间越长,塑性下降的幅度越大.本试验获得的最佳热处理工艺为:900℃/0.5h,水淬 450℃/4h,空冷.经该工艺处理的试样综合力学性能较好,抗拉强度为1223MPa,伸长率为6.5%.淬火形成的马氏体及亚稳β相在时效过程中分解为细小、弥散的α相和β相,时效期间在初生α相内析出Ti3Al相,对合金起到了强化作用.     

双级时效对Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe医用β钛合金显微组织与力学性能的影响

利用XRD、TEM、显微硬度、拉伸试验等分析方法研究双级时效热处理对Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe医用钛合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明:双级时效硬度曲线在单级时效的上方并且出现明显的双峰特征。双级时效后,合金的晶内形成由片层α组成的"阶梯状"α组织,对硬度产生较大的贡献。单级时效(550℃)与双级时效((400℃,1 h)+550℃)的相析出序列分别为β→β+α″→β+α和β→β+ω→β+α″→β+α。合金性能最优的时效工艺为(400℃,1 h)+(550℃,2 h)。在此条件下合金弹性模量、抗拉强度、伸长率分别为65 GPa、845 MPa、14.3%,具有良好的综合性能。     

新型医用钛合金Ti7Nb10Mo的时效硬化行为

用XRD、TEM及硬度测试等方法研究了Ti7Nb10Mo合金在时效过程中的硬化行为。结果表明:随时效温度和时间的变化,合金展现出不同的硬化效应,300~450℃温度下时效,合金硬度出现双峰时效现象,且呈上升趋势,500~650℃温度下时效,合金的硬度达到峰值后一直下降,这主要是由于在固溶态β+少量ω相基体中不断析出α和α″相,且在时效过程中ω相不断析出及分解。     

47121β-Ti合金中相变的透射电镜观察

用透射电镜研究了Ti-4Al-7Mo-10V-2Fe-1Zr亚稳β-Ti合金中的相变规律。结果表明,淬火态存在无热ω相(ω_a)。低于500℃时效,发生β→B ω_(iso)→β α转变。在400℃以下,α相均匀长大,450—500℃时效,初期由等温ω相(ω_(iso))转变的α相不再是均匀长大,在原始β相晶界和晶内局部处发生选择性长大。高于550℃时效,发生β→β α直接转变,在多数α相的片中有内挛晶。内孪晶的量随着时效时间延长或温度升高而减少,最终消失。伴随这一过程;在α相片的边缘产生台阶和错动。低温或商温转变的α相,其与β相的晶体学取向都符合Burgers关系。本工作仅在一只试样的选区衍射花样中有弧形衍射斑,这最可能是TiH_2析出的结果。