电子束熔丝成形Ti-6Al-3Nb-2Zr-Mo合金的组织与力学性能

试验采用电子束熔丝快速成形方法(EBRM)制备了Ti-6Al-3Nb-2Zr-Mo合金试样,研究了EBRM Ti6321合金化学成分、显微组织、力学性能及冲击韧性. 结果表明,该合金在熔丝成形中Al元素烧损1.0%左右,且合金内部没有元素偏析. EBRM Ti6321合金显微组织为沿沉积高度方向生长、晶贯穿多个沉积层的粗大柱状晶,柱状晶内部以α片层为主. EBRM Ti6321合金x向和z向的室温抗拉强度各项异性系数为2.6%,断裂方式均为韧性断裂. x向和z向冲击韧性均不低于80 J,各向异性系数为3.1%;冲击断口有大量的韧窝,为典型的韧性断裂.     

基于CMT的电弧熔丝增材Ti-6AI-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...     

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。     

时效对挤压变形Mg-6%Al-0.5%Ni合金组织与性能的影响

通过显微组织观察、拉伸性能测试及断口分析,研究了时效处理对挤压变形Mg-6%Al-0.5%Ni合金显微组织及拉伸性能的影响.结果表明,挤压变形Mg-6%Al-0.5%Ni合金时效后,强化相粒子可在晶界处以及晶粒内部析出,有效地提高其高温屈服强度和抗拉强度,但导致合金的伸长率降低;合金的拉伸断口呈现韧性和脆性混合断裂特征,而挤压态Mg-6%Al-0.5%Ni合金的拉伸断口均呈现典型的韧性断裂特征.     

Ti6321钛合金动态断裂行为研究

对Ti6321钛合金进行动态三点弯曲加载,使其发生I型（张开型）断裂并获得波形曲线,结合实验-数值法获得了3种组织Ti6321钛合金的I型裂纹动态断裂性能。利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜对3种组织Ti6321钛合金的断口进行观察分析。结果表明,魏氏组织具有最高的I型裂纹动态断裂性能,双态组织次之,等轴组织的动态断裂性能最低。对于I型裂纹断口,等轴组织与双态组织主要为韧性断裂机制,而魏氏组织呈现出部分解理断裂的特征。魏氏组织断口的起伏最大,比表面积最大,裂纹扩展需要消耗更多能量,因此断裂性能较好。     

Ti555211合金双态组织拉伸行为的SEM原位观察

利用SEM原位拉伸实验,研究了Ti555211合金具有初始双态组织的拉伸变形和断裂行为。结果表明:在拉伸载荷作用下,双态组织试样中滑移带优先出现在初生α相内(与拉伸轴呈45°),在裂纹扩展过程中,合金内滑移带的密度均随着载荷的增加逐渐增加,双态组织试样的断裂方式为微孔聚集型断裂。原位拉伸试样断口分析表明,韧性断裂是双态组织试样的主要断裂方式,双态组织试样断口没有明显剪切唇,存在小范围的剪切滑移造成的平坦面。SEM原位拉伸实验分析方法能够对该合金的变形和断裂行为进行实时跟踪,该方法的研究结果更加具有重大的理论价值和工程意义。     

Ti555211合金片层组织裂纹扩展的SEM原位观察

利用SEM原位拉伸实验,研究了Ti555211合金片层组织的拉伸变形和断裂行为。结果表明：在拉伸载荷作用下,片层组织试样中滑移带优先出现在与加载方向大于45°的片层组织上。在裂纹扩展过程中,合金内滑移带的密度均随着载荷的增加逐渐增加,片层组织试样为沿片层和跨片层交叉断裂。原位拉伸试样断口分析表明,韧性断裂是片层组织试样的主要断裂方式。试样断口存在明显剪切唇和大量断裂韧窝。SEM原位拉伸实验分析方法能够对新型Ti555211近β钛合金的变形和断裂行为进行实时跟踪,该方法的研究结果更加具有科学价值和参考意义。     

时效态Al-5.5Cu-0.9Mg-0.2Sc-0.15Zr-1.0Ti合金的显微组织与拉伸性能

通过进行光学显微镜、扫描电镜观察及拉伸性能测试,研究了时效态Al-5.5Cu-0.9Mg-0.2Sc-0.15Zr-1.0Ti合金的显微组织及不同温度下的拉伸性能。结果表明:Ti元素的添加,可以在合金晶粒内部产生Al3Ti相。随着时效时间的增加该合金室温抗拉强度和屈服强度均呈先增加后降低的趋势,并在时效8 h时达到最大值。断后伸长率随时效时间的增加呈现出下降的趋势。对T6态的Al-5.5Cu-0.9Mg-0.2Sc-0.15Zr-1.0Ti合金进行高温拉伸试验,其结果表明,随着试验温度的升高,合金的拉伸强度有所下降,而断后伸长率升高。利用SEM对合金的拉伸断口形貌进行观察,结果表明,在常温拉伸加载条件下,合金的拉伸断裂方式是以脆性为主的韧脆混合断裂;在高温拉伸加载条件下,合金断口处存在大量韧窝,断裂方式为韧性断裂。比较室温拉伸与高温拉伸的拉伸断口形貌可知,合金断裂方式由韧脆混合断裂转变为韧性断裂。     

Al-3P和Al-5Ti复合变质共晶铝硅合金的组织与性能

采用Al-3P和0.2 mass％Al-5Ti对共晶铝硅合金进行复合变质处理,并对复合变质前后共晶铝硅合金的显微组织和力学性能进行了分析和测试.结果 表明,Al-3P加入量和变质处理温度对共晶铝硅合金的显微组织和力学性能有明显影响.在700℃下采用0.6 mass％ Al-3P和0.2 mass％Al-5Ti对共晶铝硅合金进行复合变质处理时,α-Al相体积分数可达到55％,初生α-Al相呈细小枝晶状,硅相呈细小颗粒状.与0.2 mass％Al-5Ti变质处理合金相比,复合变质处理后共晶铝硅合金的抗拉强度和伸长率分别提高28.3％和56.7％,综合力学性能得到明显提高,且其拉伸断口呈现明显的韧性断裂.     

Ti6321合金丝成形过程中组织结构和性能演变研究

采用孔模热拉拔工艺制备Ti6321合金Ф2.9mm丝材,研究了丝材成形过程中组织结构和力学性能的演变规律。研究结果表明,初生α相平均晶粒尺寸由10.5μm减小至2.1μm左右,微观组织得了显著的细化,抗拉强度由1035MPa提高至1250MPa。采用扫描电镜观察了丝材的拉伸断口,为典型的韧性断裂。并采用EBSD研究了丝材内部织构,存在(0001)⊥轴向织构和{0001}<10-10>织构,晶粒细化和织构是造成丝材强化的主要原因。     

Microstructure Distribution and Tensile Anisotropy of Dissimilar Friction Stir Welded AM60 and AZ31 Magnesium Alloys

The microstructure distribution, tensile anisotropy and fracture behaviors in the dissimilar friction stir welded joint of AM60/AZ31 alloys were investigated. Experimental results showed that a significant grain refinement and an orientation fluctuation occurred in the weld. The grain size of AZ31 side in joint was obviously smaller than that of AM60 side. There was a higher percentage of low angle grain boundaries (LAGBs) and a lower degree of recrystallization in AZ31 side compared with those in AM60 side, especially for the thermo-mechanically affected zone in AZ31 side. The discrepancies of grain size distribution, recrystallization behavior and LAGBs in joint depended on the different initial state of two metals and the inhomogeneous temperature distribution in joint. In addition, the (0001) basal plane in weld was roughly parallel to the surface of the pin, showing the symmetrically distributed texture characteristics. The joint showed an obvious tensile anisotropy due to the special texture distribution. The comprehensive tensile properties of joint along the three directions decreased in the order: welding direction, 45° direction and transverse direction. The maximum ultimate tensile strength, yield strength and elongation of the joint were 242 MPa, 116 MPa and 21.2%, respectively. The fluctuations of grain size and texture in joint affected the fracture behavior of samples in the three directions.     

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.     

原位SEM研究LDMD Ti-6Al-4V合金β晶界对拉伸断裂行为的影响

目的研究β晶界对激光直接熔化沉积(LDMD)Ti-6Al-4V合金裂纹形核或传播行为的影响,以澄清合金的断裂机制,为合金性能的改善提供理论依据。方法采用LDMD Ti-6Al-4V合金粉末,在Ti-6Al-4V基板上逐层堆积形成沉积层。沿沉积层扫描方向截取试样,在室温下观察样品的微观组织形貌,并对原位拉伸过程中的微观组织演化进行实时研究。同时研究β晶界对微裂纹萌生、扩展和断裂的影响行为,总结断裂机理。结果 LDMD Ti-6Al-4V合金组织宏观呈现出沿构造方向生长的粗大柱状β晶,β晶内由板条状α晶和整齐排列的具有相同生长取向的α簇组织组成,并有少量孔洞缺陷。采用原位扫描电镜拉伸样品时发现,在横向拉力作用下,样品最初在孔洞周围发生变形,之后裂纹的萌生扩展主要沿β晶界进行,β晶界对拉力起阻碍作用,造成样品的伸长率较低。拉伸过程中,微观组织主要沿着β晶界周围的α相变形,并且孔洞缺陷引起的应力集中使得缺陷周围变形最严重,变形方向与拉力方向呈45°。结论孔洞缺陷决定了样品的初始变形位置,而β晶界则决定了裂纹传播的方向,且由于拉伸试样的截取方向与β晶界相垂直,导致样品的伸长率较低,所以β晶界对样品的力学性能及断裂机理起决定作用。     

7A75铝合金板材厚度方向的微观结构及性能

研究了热轧态7A75铝合金固溶处理后不同厚度处的微观组织演变和力学性能变化规律。采用光学显微镜和扫描电镜表征了微观组织演变、裂纹扩展路径和断口形貌,采用XRD测试了微观织构构成和残余应力情况,采用万能拉伸试验机测试了力学性能。试验结果表明:沿厚度方向,表面层、1/4厚度层和中心层的屈服强度分别为200、200和185 MPa,抗拉强度分别达到345、335和325 MPa,伸长率分别为20%、19.5%和22%,即中心层的强度最低而伸长率最高。表面层、1/4厚度层和中心层的晶粒平均尺寸分别为24.5、24.8和25.5 μm,均在24~26 μm的尺度范围内,差异不明显。表面层存在明显的平面应变织构,沿β取向线分布,1/4厚度层的织构构成主要为Copper织构{112}<111>,中心层呈现弱化的β取向线织构。表面层、1/4厚度层和中心层的残余应力分别为-18.5、-3.5和7.5 MPa,表面层和1/4层承受压应力,中心层承受拉应力。     

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金中α′相和α″相的组织演变与力学性能

对Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金进行固溶时效处理,随后使用光学显微镜、扫描电镜、XRD衍射仪、拉伸试验以及冲击性能试验,分析固溶时效对合金中α′相和α″相的组织演变与力学性能的影响。结果表明,固溶处理后的微观组织中发生初生α相尺寸变小并趋于等轴化,尺寸较小的初生α相发生溶解并消失,其β转变组织变得不明显,经时效后的微观组织中析出大量α_s相,β转变组织更加明显。经固溶处理后,组织均由α+α′+α″相构成,经时效处理后,组织由α相和β相构成。合金经固溶处理后,其抗拉强度为1336 MPa,屈服强度为1070 MPa,断后伸长率为6%,断面收缩率为22%,冲击吸收能量为16 J。经时效处理后,强度随时效温度升高而升高,塑性趋势与之相反,其冲击性能几乎没有变化。合金经固溶处理后的拉伸与冲击断口微观形貌均由韧窝构成,为典型的韧性断裂。经时效处理后,拉伸和冲击断口的微观形貌有明显的高低起伏,随着时效温度的升高,韧窝的尺寸和数量减少,并出现撕裂棱以及空洞,断裂类型有向脆性断裂转变的趋势,但仍以韧性断裂为主。     

Ti70合金板的组织与力学性能的各向异性

通过拉伸及低温冲击试验、光学显微镜、扫描电镜及X射线衍射仪,对Ti70合金板的组织与力学性能的各向异性进行了研究。结果表明,Ti70合金板热轧及退火后组织未出现明显差异,退火过程中主要以回复为主,但在高密度位错的剪切带上出现了一定数量的再结晶晶粒。退火态Ti70合金板横向屈服强度及低温冲击吸收能量都高于纵向,但抗拉强度低于纵向,表现出了明显的各向异性。退火后Ti70合金板形成了较强的{0002}基面织构,其晶面法向向RD方向(纵向)偏转±30°,向TD(横向)方向偏转±41°。由于基面织构更向RD方向集中,因此造成了Ti70合金板力学性能的各向异性。     

Crystallographic variant selection in α–β brass

The transformation texture of α/β brass with a diffusional Widmanstätten α growth morphology has been investigated. Electron micrographs and electron backscattered diffraction was used to determine that the orientation relationship between the β phase and the α associated with nucleation at β grain boundaries was 44.3° 〈1 1 6〉. Crystallographic variant selection was observed across those prior β/β grain boundaries, but this has little effect on the transformation texture due to the crystal symmetry. The effect of the crystallographic variant selection on texture is further weakened by nucleation of diffusional transformed α in the grain interior.     

激光立体成形Ti60合金组织性能

研究激光立体成形(Laser Solid Formed,LSF)Ti60合金热处理(双重退火980℃,2hAC+650℃,3hAC)前后的组织形成规律,分析其在室温和高温(600℃)下的拉伸性能。研究发现:Ti60合金在激光立体成形过程中由于熔池顶部形成的等轴晶层占有一定的比例,在熔覆新层时未被完全覆盖,在整个熔覆层中呈现出等轴晶的宏观形貌,并出现了层带组织。Ti60合金激光沉积态显微组织为魏氏组织,由大量沿原始等轴β晶界向晶内生长的α板条束和少量板条间β相组成,成形件室温和高温强度分别高于锻造件,室温塑性比锻造件低,而高温塑性超过锻态;经过双重退火后,成形件中的层带组织消失,晶界α相被打断,不连续分布在原始的β晶界处,晶内α板条粗化,并部分球化,这使得室温和高温强度略有下降,但塑性增高,综合力学性能提高。     

热处理对选区激光熔化GH3536合金晶界与拉伸行为的影响

采用选区激光熔化制备了GH3536合金,并分别进行固溶处理和热等静压处理,研究不同热处理手段对GH3536合金的组织形貌、晶界形态及室温拉伸行为的影响。结果表明:沉积态试样的组织由超细柱状亚晶粒与熔池界组成,存在气孔与微裂纹等缺陷;选区激光熔化试样分别经固溶处理和热等静压处理后,二者致密度均上升,组织转变为由交替分布的大小不等等轴晶粒组成,但热等静压的沿晶界析出M_(23)C_6相,形成锯齿状的弯曲晶界;沉积态试样的拉伸性能表现出各向异性的特点,固溶处理可消除拉伸性能的各向异性,但抗拉强度和屈服强度均有下降,延伸率明显上升。热等静压态试样与固溶态试样相类似,但其抗拉强度、屈服强度和延伸率均有进一步的提高;3种形态合金的断裂机制均为微孔聚集型的韧性断裂。     

7050铝合金厚板织构、拉伸性能及断裂韧性的不均匀性

采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、X射线衍射、常温拉伸和紧凑拉伸实验,对120mm厚的7050铝合金板材的织构分布、拉伸性能及断裂韧性进行分析。结果表明:沿板材厚度方向,合金的组织、织构、强度及断裂韧性呈不均匀分布;在同一厚度处,合金的强度和断裂韧性具有明显的各向异性;由板材表层到中心,粗大第二相及再结晶晶粒尺寸逐渐增大;板材表层的织构主要由剪切织构{111}110和立方织构Cube{001}100组成,中心主要由β取向轧制织构和少量立方织构组成,1/4厚度处是过渡层;由板材表层到中心,轧向及长横向强度呈不均匀变化,板材中心处强度比表层的小;板材同一厚度处,强度和断裂韧性具有明显的各向异性,轧向强度大于长横向和短横向强度,L-T取向的断裂韧性大于T-L取向和S-L取向的断裂韧性;L-T取向的断裂方式主要是穿晶断裂,S-L取向的断裂方式以沿晶断裂为主,T-L取向是混合型断裂,其穿晶断裂比例比L-T取向的穿晶断裂比例小,沿晶断裂比例比S-L取向的沿晶断裂比例小。