脉冲磁场对TC4钛合金析出行为及力学性能的影响

为了探讨脉冲磁场对TC4钛合金析出行为的影响,本文在其时效过程中施加了脉冲磁场,分别在形核阶段和长大阶段进行观察与分析,利用扫描电镜、透射电镜、拉伸试验机研究脉冲磁场在TC4时效过程中对显微组织、强度和塑性的的影响,并通过经典形核理论及扩散理论分析了脉冲磁场在时效过程中的作用机理。结果表明,由于脉冲磁场的加入,TC4析出速度明显提高,相同时间下析出相体积分数增加,在保证力学性能的前提下,降低了时效所需的时间。施加脉冲磁场时效2h相较于未施加脉冲磁场4h塑性提高了22.67%,抗拉强度基本一致。在脉冲磁场和温度场耦合作用下时效,可使TC4提前（2h）进入过时效阶段;在拉伸断口方面,施加脉冲磁场在2h前断口形貌为韧窝断口,但当时间增加至2h后,断口逐渐转变为准解理断口形貌,表明脉冲磁场可以加速时效进程。分析认为,脉冲磁场通过磁吉布斯自由能促进了TC4在时效过程中次生相的析出及长大,是由于降低临界形核功和促进原子扩散的协同效应所致。     

Al-4%Cu过饱和合金在强磁场中时效行为

采用差示扫描量热仪分析并结合显微硬度测试、电子探针分析、透射电镜观察研究了10-T稳恒强磁场对Al-4％Cu（质量分数）合金130℃时效过程中各沉淀相析出行为的影响。结果表明：在低温时效初期强磁场的引入加速了铜的扩散，降低了G.P.（Ⅰ）区的溶解激活能，促进其溶解，各沉淀相的析出与溶解温度均向低温处移动，时效进程加快；另外，强磁场时效后沉淀相尺寸减小；施加强磁场试样的硬度明显高于未施加磁场试样的，时效硬化效果加强。     

脉冲磁场作用下Al-5%Cu合金的时效机理

在Al-5%Cu合金时效处理过程中施加脉冲磁场,观察脉冲磁场对Al-5%Cu合金时效后组织和性能的影响。试验结果表明：在时效过程中施加脉冲磁场,加快了Cu原子的扩散,缩短了时效的时间,降低了时效温度,使基体内部Al2Cu低熔点相的弥散度进一步得到提高,使时效后的合金组织更加细化。     

时效处理对AZ81镁合金组织与力学性能的影响

通过对挤压坯预成形AZ81镁合金进行模压成形及随后的时效处理,研究了形变及时效过程中显微组织及力学性能的变化规律.结果表明:时效温度埘AZ81镁合金力学性能及显微组织的影响较大,随时效温度升高至200℃,第二相的析出速度加快,且析出相分布变得均匀,细小析出相呈弥散状态分布于晶界上;随时效时间的延长.β-Mg17Al12析出相逐渐增多,当时效温度为200℃、时效20h时,晶界大多被析出物所掩盖,晶粒内充满大量点针状析出相,合金显微组织的各向异性得以消除,成分较为均匀,进一步提高了模压成形镁合金的力学性能,经400℃模压成形及200℃×20 h的时效处理后,其抗拉强度可达358.5 MPa,屈服强度达到260.7 MPa,伸长率为9.8%.     

脉冲磁场对Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金双级时效组织和性能的影响

将Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金在477℃固溶1 h后,基于脉冲磁场对Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金进行双级时效处理,通过改变时效时间,且与常规双级时效组织和性能对比分析,研究脉冲磁场对Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金时效过程中析出相和力学性能的影响,并结合动力学分析Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金在脉冲磁场双级时效过程中析出相加速析出的扩散机制。采用SEM观察Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金析出相和拉伸断口形貌,并进行力学性能测试。结果表明,脉冲磁场在Al-6.15Zn-1.41Mg-1.45Cu合金经时效过程中,提高扩散系数,提高析出相的形核率,使得时效后,基体中出现弥散细小的析出相。经脉冲磁场双级时效处理(121℃×90 min+177℃×60 min)后,抗拉强度为495.43 MPa,硬度为156.3 HV5,相比于常规的双级时效处理,抗拉强度提升20.83%,硬度提升17.89%,时效保温时间缩短87.5%。     

磁场对铝合金相变的影响

研究了在Al-4．5Cu、Al-4．0Cu-4．0Zn-0．8Mg合金凝固及均匀化后的冷却过程中,施加磁场对合金组织与热处理后性能的影响,结果表明,磁场能抑制θ相自α相固溶体的析出,从而减少θ相的数量,增大α相的固溶度, 并改变θ相的形态与分布。淬火时施加磁场,使合金时效后的强度和塑性有所提高。     

双重时效对TC29钛合金组织和性能的影响

采用OM、SEM、TEM等分析方法,结合不同的热处理工艺,系统分析了双重时效处理对含有初生α相TC29钛合金的显微组织的影响。结果表明：经两相区固溶及时效后,TC29钛合金中析出的次生α相尺寸可达到亚微米级。对于895℃固溶处理的TC29钛合金,单重时效后析出的主要是尺寸约100~300nm的弥散α相;双重时效后β转变组织中存在取向近似的 “α丛簇”,“α丛簇”中的次生α相呈细板条状;与单重时效相比,双重时效处理后TC29钛合金的显微硬度并未得到提高,相反存在小幅度的降低;β相基体在预时效过程中析出了大量ω相,同时在靠近初生α/β相界面处由于合金元素扩散导致局部元素分布不均匀,因此随后的二次时效过程中在相应位置形成了“α丛簇”。     

磁场对铝合金相变的影响

研究了在Al-4．5Cu、Al-4．0Cu-4．0Zn-0．8Mg合金凝固及均匀化后的冷却过程中，施加磁场对合金组织与热处理后性能的影响，结果表明，磁场能抑制θ相自α相固溶体的析出，从而减少θ相的数量，增大α相的固溶度，并改变θ相的形态与分布。淬火时施加磁场，使合金时效后的强度和塑性有所提高。     

单级时效对7B04预拉伸厚板组织和性能的影响

研究了7B04合金单级时效处理过程中时效温度和时效时间对合金力学性能和电导率的影响,观察和对比了几种不同时效处理制度下合金的显微组织.结果表明:单级时效处理的温度越高,合金达到峰时效所需的时间越短,材料的峰时效强度和延伸率越低.电导率随时效时间的延长而不断上升;时效温度越高,电导率的增长速率越快.峰时效合金基体内有大量细小的弥散相析出,晶界析出相呈连续分布.当时效温度较低时,过时效合金的显微组织与峰时效没有明显差别;当时效温度较高时,过时效合金内粗大析出相的数量明显增加,晶界析出相呈不连续分布.不同时效温度下的峰时效和过时效合金中均不存在明显的晶间无析出带.     

TC21两相钛合金中斜方马氏体的时效分解

研究了TC21两相钛合金淬火后马氏体在时效过程中的组织结构变化及其引起的强化效应。结果表明:合金淬火后得到交错排列的针状斜方马氏体组织,在300-700℃之间时效4h,α″相的分解次序遵循α″→α″+α→α+β规律。低温时效时首先形核析出针状的初生α相,随着时效温度的升高,初生α相在长大的同时其片层之间析出十几纳米宽、几个微米长的细小次生α相,且β相呈10～50nm大小的颗粒状弥散分布在α相之间,随后的时效过程中次生α相和β相迅速长大,最终斜方马氏体完全分解为α+β混合相。显微硬度分析表明,利用斜方马氏体的逆转变,通过在时效过程中均匀地析出细小的次生α相和纳米级弥散分布的β相可使合金具有明显的时效强化效果,500℃时效4h后,TC21合金的显微硬度比淬火态提高了35%。     

脉冲磁场对7A04铝合金固溶工艺显微组织和力学性能的影响

通过光学显微镜、扫描电镜、维氏硬度计、万能试验机,研究了脉冲磁场工艺参数对7A04铝合金固溶工艺下显微组织和力学性能的影响。结果表明,脉冲磁场可促进S相的分解并加速其合金元素的扩散,从而得到饱和度更好的固溶体组织。经过脉冲磁场固溶处理60 min后,固溶态7A04铝合金的抗拉强度提升约96 MPa,显微硬度提升约20 HV5,伸长率下降了约0.9%。分析认为,脉冲磁场在7A04铝合金固溶处理过程中,通过降低溶质原子的扩散激活能而提高扩散系数,加速了固溶过程,从而缩短了固溶时间。     

热处理时间对激光选区成形TC4钛合金组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机研究固溶时效工艺中时间参数对激光选区成形(SLM)TC4(Ti6Al4V)钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,退火态的SLM成形TC4钛合金的显微组织主要由连续的晶界α相(α_GB)、网篮状α相和β转变组织组成。经固溶时效处理后,试样的显微组织均呈现为网篮组织。在固溶温度为920 ℃,时效工艺为550 ℃×3 h,空冷的条件下,随着固溶时间从2 h增加为6 h,初生α相粗化明显,部分α_P相的晶粒长度可达16 μm;片状α相也发生粗化,晶粒长度由5~15 μm增长至20~30 μm,连续的晶界α相(α_GB)变得不连续,晶粒宽度由2.7 μm增长为4.4μm;同时,组织中出现了尺寸较大的α集束。试样的强度由1045.2 MPa增加为1156.9 MPa,断后伸长率由13.6%降低为6.7%。在时效温度为550 ℃,固溶工艺为920 ℃×2 h,水淬的条件下,随着时效时间从3 h增加为8 h,β转变组织的占比增加,初生α相的长度由40~60 μm减少为30~40 μm,晶界处连续的α_GB相晶粒宽度由2.7 μm增长为4.5 μm;片状α相稍有粗化,而试样的力学性能变化不大。因此,对于SLM成形TC4钛合金而言,在920 ℃固溶温度及550 ℃时效温度下,改变固溶和时效时间参数难以获得双态组织,且对综合力学性能的提高无显著影响。     

脉冲磁场处理对7075铝合金性能及组织的影响

采用脉冲磁场对7075铝合金进行了磁处理,并使用室温拉伸、SEM、TEM和XRD等测试手段对比研究了7075铝合金脉冲磁场处理前后的力学性能及显微组织。研究发现,峰值强度为2 T和3 T的脉冲磁场会增大合金的微观应变,促进晶粒择优取向由(200)晶面转变为(111)晶面,但脉冲磁场对合金的拉伸性能无明显影响;峰值强度为1 T的脉冲磁场能够显著促进合金内部小尺寸第二相的回溶,减弱晶界沉淀相的连续性,增加晶界无沉淀析出带的宽度,可在不降低7075铝合金材料强度的情况下提高该材料的塑性。     

TC4时效相变及扩散连接的分子动力学模拟

利用分子动力学方法模拟研究TC4时效相变及扩散连接过程。采用混合势分析了TC4三元合金时效相变过程的径向分布函数以及不同晶体结构相对含量的变化。同时研究了不同保温温度下扩散连接过程的原子浓度分布、扩散连接宽度以及扩散系数。结果表明：在时效相变过程中,TC4结构变化主要表现为亚稳 b 相析出 a 新相,状态稳定后, b 相含量达到23%,与实验结果吻合较好;TC4扩散连接过程中,主要是界面附近的钛原子进行扩散,钒原子扩散能力次之,而铝原子相对较少;相同条件下,扩散连接宽度与保温温度呈现较好线性关系;钛原子扩散系数与保温温度呈指数关系,计算结果与实验相符。     

Cu-2.8Ni-0.7Si-0.15Mg合金的时效性能

对不同变形量的Cu-Ni-Si-Mg合金进行时效处理,研究了变形量、时效温度及时效时间对合金性能的影响。结果表明,时效前的预冷变形能够促进合金在时效过程中第二相的析出,从而提高合金的显微硬度和导电率。当合金经60%的冷变形,在450℃时效1 h,能获得较高的显微硬度与导电率,分别达到242 HV0.2和35.5%IACS。同时建立了该合金在450℃下,关于时效时间的相变动力学方程和导电率方程。     

强脉冲磁场对Al-Cu共晶合金定向凝固组织的影响

用自行研制的脉冲磁场发生装置，研究了在强脉冲磁场作用下Al-Cu共晶合金的定向凝固组织，分析了脉冲磁场强度对合金定向凝固组织的影响。结果表明：脉冲磁场对Al-Cu合金凝固组织有着显著的细化作用：脉冲磁场强度对细化效果起着关键性的作用；同时指出了实验中的新现象和新问题。     

脉冲电磁场下铝合金半连续铸造技术研究进展

利用脉冲电磁场引起的力效应、热效应及磁势能可显著改善铝合金半连续铸造组织性能,同时,脉冲电磁铸造技术在绿色生产、智能控制等方面紧密契合“低碳冶金”的国家战略要求。综述了脉冲电磁场在铸造晶粒细化、微观结构演变及析出物细化3方面的研究成果,分析了脉冲电磁场特性与材料相变的耦合机制,提出了脉冲电磁场控制凝固、析出相变组织的初步构想,以满足高性能铝合金的质量要求。着重介绍了基于理论指导开发的熔体表面脉冲电磁场技术及其在7XXX(φ203)、6XXX(φ380)、Al-Si(φ120)等多规格半连续铸造的工业实践,脉冲电磁场有望在今后铸造、热处理等多个冶金环节发挥更大作用。     

横向交流脉冲磁场对堆焊金属组织及性能的影响

通过在低碳钢表面进行等离子弧堆焊时外加交流脉冲横向磁场,研究了交流脉冲磁场对镍基自熔合金组织及性能的影响,并利用光学金相、X射线衍射、显微硬度和湿砂橡胶轮磨损试验等方法,系统分析了不同脉冲磁场电流、占空比作用下的堆焊试样的硬度、耐磨性及组织.结果表明,外加横向交流脉冲磁场可以有效改善堆焊层金属的结晶形态,细化晶粒,在适当的脉冲磁场电流、占空比作用下,可以获得最佳的电磁搅拌效果,增加堆焊层金属中硬质相的数量,控制硬质相的生长方向,提高等离子弧堆焊层的硬度和耐磨性.