金属/陶瓷微叠层材料的微观结构及力学性能

采用电子束物理气相沉积(EB-PVD)技术制备了金属(NiCoCrAl)/陶瓷(Y2O3-ZrO2)微叠层材料,并对其微观结构和力学性能进行了分析.结果表明,金属层和陶瓷层间界面较为平直、清晰.金属层由γ-Ni相构成,层中晶粒为较大的等轴晶.陶瓷层由c-ZrO2和t-ZrO2两相组成,层中晶粒为较小的柱状晶.在金属层的顶部,存在一些均匀分布的微孔.这种材料在室温拉伸试验中表现出无宏观塑性变形的脆性断裂特征.断口分析表明,金属层起到了阻碍裂纹扩展的作用,且层界面存在脱粘的现象.     

金属／陶瓷微叠层材料的微观结构及力学性能

采用电子束物理气相沉积（EB-PVD）技术制备了金属（NiCoCrAl）／陶瓷（Y203-ZrO2）微叠层材料，并对其微观结构和力学性能进行了分析。结果表明，金属层和陶瓷层间界面较为平直、清晰。金属层由γ-Ni相构成，层中晶粒为较大的等轴晶。陶瓷层由c-ZrO2和t-ZrO2两相组成，层中晶粒为较小的柱状晶。在金属层的顶部，存在一些均匀分布的微孔。这种材料在室温拉伸试验中表现出无宏观塑性变形的脆性断裂特征。断口分析表明，金属层起到了阻碍裂纹扩展的作用，且层界面存在脱粘的现象。     

Ti150与TC19异种钛合金钎焊工艺与接头性能研究

高温钛合金Ti150是能在600℃环境下长期服役的新型高温钛合金,TC19钛合金是一种富β的α+β两相钛合金,具有高强度、高韧性的特点。采用Ti-21Cu-13Zr-9Ni(wt.%)非晶合金箔带作为钎料,进行了Ti150高温钛合金与TC19钛合金的真空钎焊连接工艺研究。通过扫描电镜分析接头组织,利用万能试验机测试接头室温和高温拉伸强度。结果表明:在930℃/35 min钎焊条件下,接头室温抗拉强度955.3 MPa,500℃高温抗拉强度达到540.0 MPa,550℃高温抗拉强度达到505.6 MPa,接头室温拉伸试样断裂于焊缝,断口总体为脆性断裂,接头高温500℃、550℃拉伸试样均断于Ti150基体上或近Ti150端面上,Ti150基体端断口有明显的延伸塑性变形。     

热等静压法制备细晶γ-TiAl及可成形性研究

采用低温高能球磨法和热等静压技术制备出细晶Ti-45Al-2Cr-2Nb-1B合金,采用XRD、TEM对热等静压烧结后组织形貌进行分析,采用INSTRON 4200型拉伸试验机对热等静压后的材料进行拉伸性能测试.研究表明,在不同条件下烧结,其相组成为γ-TiAl和少量Ti3Al,晶粒尺寸为细晶结构(低于500 nm).对块体材料进行室温和高温拉伸试验,研究表明室温具有很低的塑性,认为粉末间没有很好的结合:850℃高温拉伸试验,强度为60～80 MPa、延伸率为63%～101%,具有很好的塑性,表现出很好的高温可成形性.这表明,可以在800～900℃条件对钛铝烧结块进行二次加工(锻造或轧制)获得致密高强度的细晶钛铝块体或板材;对热等静压制备的TiAl的可成形性进行了讨论.     

原位自生Al3Tip/Al复合材料的制备及其拉伸性能

采用直接反应法制备不同Al3Ti含量的Al3Tip/Al原位自生复合材料;分别在室温和高温下测试复合材料的拉伸性能,对比研究了Al3Ti含量和温度对复合材料拉伸性能的影响.结果表明:Al3Ti含量增大,则其抗拉强度和伸长率均明显降低;高温下复合材料的抗拉强度比室温时降低,伸长率反而有所增大.针对此现象,对Al3Tip/Al原位自生复合材料的拉伸断裂机理进行了讨论.     

PtTi0.5Zr0.2/Ti微叠层复合材料的制备及性能研究

将0.14 mm厚PtTi0.5Zr0.2合金片和0.08 mm厚Ti片依次叠放,经850℃/2 h真空热压烧结后,分别采用冷轧和热轧工艺制备PtTi0.5Zr0.2/Ti微叠层复合材料。研究了轧制工艺对微叠层复合材料微观组织及力学性能的影响。结果表明:在850℃热压烧结2 h,叠层复合材料界面形成冶金结合,并有少量Ti_3Pt金属间化合物形成;采用冷轧工艺,单道次变形量为10%～15%,累积变形量至50%后进行500℃/1 h中间退火,然后继续冷轧直至复合坯厚度至0.2 mm、总变形量超过90%,由此得到的PtTi0.5Zr0.2/Ti微叠层复合材料的层间距为20～30μm,且各叠层保持连续,厚度均匀,平行度好;PtTi0.5Zr0.2/Ti微叠层复合材料抗拉强度为657 MPa,延伸率达9.46%。     

快速加热和无包套锻造对Ti-43Al-5V-4Nb合金性能的影响

通过X射线衍射分析、扫描电镜及拉伸性能测试,研究快速加热和无包套锻造法对Ti-43Al-5V-4Nb金属间化合物的微观结构、成分及拉伸性能的影响规律。结果表明,采用该方法制备的Ti Al合金在1 300℃保温1h后,组织由全片层结构组成,且在常温和高温条件下拉伸性能得到了大幅提高。     

异种高温钛合金电子束焊接接头组织与性能

采用真空电子束焊机对高温钛合金Ti60板材和Ti700sr铸件进行焊接,并对接头显微组织和力学性能进行了研究. 结果表明,高温钛合金Ti60板材和Ti700sr铸件电子束焊接性良好,可以获得优质的接头. 获得的接头中焊缝为细小针状马氏体组织,Ti700sr侧熔合区马氏体内部存在层错和孪晶. Ti700sr侧热影响区相比于母材网篮状的α相长大. Ti60侧熔合区和热影响区均发现富Nd稀土弥散相析出. 焊缝区显微硬度与Ti60和Ti700sr母材相当,基本在360 HV左右.硬度最高点出现在Ti60侧热影响区,硬度最大值达到418 HV.接头室温抗拉强度达到1 100 MPa以上,断裂于Ti60热影响区. 接头600 和650 ℃高温抗拉测试均失效断裂在Ti60母材. 其中接头600 ℃高温拉伸性能均值为695 MPa,650 ℃高温拉伸性能均值为587 MPa.     

精铸Ti-Al-Zr合金的显微组织和力学性能

用陶瓷型壳浇注了Ti Al Zr合金 ,研究了精铸Ti Al Zr合金的相组成、铸造显微组织、室温和高温力学性能及断口形貌。结果显示 ,精铸Ti Al Zr合金属于近α型 ,其铸态组织为网篮状魏氏组织 ,具有较好的室温和高温性能。Ti Al Zr合金的室温力学性能为 :抗拉强度 1 0 57.5MPa ,屈服强度 995MPa ,延伸率 1 8.45% ;50 0℃时的力学性能为 :抗拉强度 658.7MPa ,屈服强度 538.9MPa ,延伸率 1 6.5%。该合金室温断口以延性断裂为主 ,伴有部分解理断裂 ,而高温拉伸断口为延性断裂。     

激光沉积法制备Ti/TNTZO层状材料及其组织性能

采用直接激光沉积法(DLD)制备了工业纯Ti(CP-Ti)与TNTZO合金复合的Ti/TNTZO层状材料,对其微观组织、相组成、力学性能以及体外生物活性进行了分析.结果表明,通过DLD工艺可制备高致密度、无裂纹的Ti/TNTZO层状材料.所制备的层状材料主要由α/α'与β2相组成.层状材料的Ti层由于合金元素扩散及较快的凝固速率使其组织细化,硬度明显升高;TNTZO层因β稳定元素稀释,亚晶界处产生了大量马氏体,硬度增加.单向拉伸实验结果表明,Ti/TNTZO层状梯度材料具有远高于成分材料CP-Ti和TNTZO的拉伸屈服强度与抗拉强度,但界面处产生的大量马氏体导致了材料塑性降低.对Ti/TNTZO层状材料进行模拟体液浸泡,结果显示,Ti/TNTZO层状材料浸泡过程中未产生明显的腐蚀,且可有效诱导磷灰石的形核与长大,在人体植入物领域具有很好的应用前景.     

Study on fracture behavior of SiCp/A356 composites

The fracture behavior of SiCp/A356 composite at room and high temperatures was studied.Under tensile stress condition at room temperature, the fracture is mostly a combination of the brittle fracture of SiC particles and ductile fracture of A356 matrix.As the tensile temperature increases, the composite changes the main fracture behavior to the separation fracture of the bonding surface between SiC particles and A356 matrix.When the tensile temperature reaches 573 K, the fracture behavior of the composites is almost the whole separation fracture of the bonding surface, which is the main strengthening mechanism at high temperature.Under the cycle stress condition at room and high temperatures, the main fracture behavior of the composites is always a combination of the brittle fracture of SiC particles and ductile fracture of A356 matrix.However, under the cycle stress at high temperature, cycle behavior of the composites changes from cycle hardening at room temperature to the cycle softening at high temperature.     

复合加工制备的超细晶工业纯钛室温蠕变行为研究

采用工业纯钛TA1经等径弯曲通道变形(Equal channel angular pressing,ECAP)+冷轧(Cold Rolling,CR)+旋锻(Swaging)的方法制得晶粒尺寸约为120nm的超细晶工业纯钛,通过单轴拉伸蠕变实验、透射电子显微镜(TEM)、扫描电子显微镜(SEM)等方法,研究室温下超细晶工业纯钛蠕变变形行为及机理。结果表明:在实验应力范围内,超细晶工业纯钛存在明显的室温蠕变现象;随加载应力的升高(640～760 MPa),蠕变量增加,稳态蠕变速率增大(2.8×10~(-7)～1.5×10~(-4)s~(-1));在相同蠕变应力水平(0.8σ_s)下,超细晶工业纯钛稳态蠕变速率(2.8×10~(-7)s~(-1))低于粗晶工业纯钛(8.6×10~(-6)s~(-1)),抗蠕变性能优于粗晶工业纯钛;位错滑移机理是其主要蠕变变形机理,蠕变断裂机制为韧性断裂。     

高强高机械阻尼的W/NiTi(Nb)形状记忆合金复合材料

通过真空感应熔炼、锻造及拔丝工艺制备了成分源于Ni48Ti46Nb3W3(原子分数)的W/NiTi(Nb)形状记忆合金原位自生复合材料,采用X射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪及拉伸试验机研究了其微观组织结构与力学性能。结果表明:复合材料丝材中W呈横截面为片状的亚微米级纤维,且沿丝轴向均匀分布在NiTi(Nb)基体中,两组元界面结合良好;该复合材料丝材在室温下平台应力达1.2GPa,并呈现高机械阻尼性能。     

原始晶粒尺寸对ECAP变形纯钛组织性能的影响

室温下,对923 及1023 K退火1 h所得的不同原始晶粒尺寸的工业纯钛进行ECAP变形。通过TEM、EBSD、室温拉伸和显微硬度测试研究原始晶粒尺寸对ECAP变形纯钛组织性能的影响。探讨纯钛ECAP变形孪生行为和变形机制。结果表明,退火温度越高,原始晶粒尺寸越大。1道次变形后,1023 K退火纯钛的晶粒细化效果更显著。4道次变形后,923 K退火纯钛的组织更细小均匀。随着变形道次的增加,屈服强度不断增大,1道次变形后增幅最大,约为100%,且原始晶粒尺寸越大,强度增幅越大。纯钛ECAP变形机制包括位错滑移和孪生,原始晶粒尺寸越大,孪晶数量越多。     

锻造工艺对Ti-6.5Al-1Mo-1V-2Zr合金大规格棒材的组织与性能的影响

研究三种锻造工艺条件下 Ti?6.5Al?1Mo?1V?2Zr 合金大规格棒材的力学性能、微观组织和拉伸断口。结果表明：采用拔长方式在β区高温和低温分别进行开坯锻造和成品锻造,获得的棒材的组织为粗大的魏氏组织,力学性能特别是塑性差,室温拉伸断口为脆性断口;采用镦拔方式在β区高温进行开坯锻造,再采用拔长方式在α+β区进行成品锻造,获得棒材的组织为双态组织,具有最佳的综合力学性能,室温拉伸断口为塑性断口。要获得合格的 Ti?6.5Al?1Mo?1V?2Zr 棒材,关键是开在坯锻造阶段进行充分镦拔以破碎铸锭原始组织,并在成品锻造阶段控制锻造温度和变形量。     

Hybrid effect of TiBw and TiCp on tensile properties of in situ titanium matrix composites

In order to study the hybrid effect of in situ TiB whisker (TiBw) and TiC particle (TiCp) on the tensile properties of titanium matrix composites (TMCs), TMCs with various TiBw/TiCp volume ratios of 4:1, 1:1 and 1:4 were prepared by reactive hot pressing of blended powders of Ti, B₄C, and graphite. Room tensile testing results exhibited that the composite with TiBw/TiCp volume ratio of 1:1 experienced an increase in the ultimate tensile strength of 25 and 50%, respectively, over the composite with ratio of 4:1 (based on Ti–B₄C) and pure Ti. The hybrid strengthening effect still existed at elevated temperature but it was not as obvious as that of room-temperature. Meanwhile, the ductility of the composites was decreased with decreasing TiBw content. The results suggest that the hybrid effect exists both at room and at elevated temperatures and it should be taken into account to prepare TMCs with good mechanical properties.     

Ti17合金惯性摩擦焊接头力学性能与组织分析

通过室温拉伸、高温拉伸试验以及金相分析对 Ti17 合金惯性摩擦焊接接头的显微组织和力学性能进行了研究.结果表明,采用惯性摩擦焊焊接 Ti17 合金可获得室温及高温性能良好的焊接接头,其焊接接头的室温及高温抗拉强度都不低于母材;Ti17合金母材组织为α+β相,并且β相呈针状均匀分布在α相的基体上;不同焊接工艺参数对 Ti17 合金惯性摩擦焊接头热影响区和焊缝的组织没有影响,其热影响区组织为α+β相,并且β相呈针状均匀分布在α相的基体上,与母材组织相同,焊缝组织为细小的等轴晶.

Abstract：

The microstructures and properties of Ti17 alloy joints welded by inertia friction welding (IFW) were investigated by room-temperature tensile test, high-temperature tensile test and metallographic analyses. The results show that the joint with good performance at room and high temperature for Ti17 alloy can be obtained in IFW. Both the tensile strengths of welded joints at room temperature and at high temperamre are not less than those of the base metal. The microstructure of Ti17 alloy is α+β phase, and the needle β phase is distributing on the α phase. While welding, different welding parameters can not affect the microstructures of the HAZ and the weld seam. The microstructure of HAZ is the same as that of the base metal, and that of the welded seam is fine equiaxed crystal.     

添加La、B对钛基复合材料显微组织和力学性能影响规律的研究

本研究通过添加不同含量(0.36, 0.72, 1.45wt. %)的镧（La）和不同含量 (0.17, 0.34, 0.68wt. %)的硼（B）到Ti6Al4V基体合金中,经过普通的真空自耗电弧熔炼和热锻技术成功制备了TiB La2O3颗粒增强钛基复合材料,并对材料热处理后的显微组织和力学性能进行了分析。利用XRD对试样进行了物相分析,应用金相显微镜和扫描电镜对复合材料显微组织进行了观察,特别探讨了增强体的演变特征,测定了材料的室温力学性能和高温力学性能。结果表明,La、B的添加对复合材料的显微组织和力学性能的影响巨大,制备的复合材料表现出优异的力学性能,抗拉强度可提高148MPa,能显著地强化基体合金。     

In-situ high temperature stress analysis of Ti(C,N) coatings on functionally graded cemented carbides by energy dispersive synchrotron X-ray diffraction

We report on in-situ high temperature X-ray thermal stress analysis of chemically graded Ti(C,N) coatings deposited on functionally graded cemented carbide substrates by chemical vapor deposition. The in-situ analyses were performed by energy dispersive X-ray diffraction using synchrotron radiation. The samples were subjected to one individual thermal cycle from room temperature to 800 °C and cooled down to room temperature again. The stresses were determined using the sin²ψ method in the Ψ geometry combined with scattering vector measurements in order to unravel the compositional influences on the lattice strain distributions. It was found that the Ti(C,N) thin film presents a cycling residual stress behavior (tensile–compressive–tensile) connected to the temperature cycle. If top-blasting is applied on the thin film layer after the coating process, compressive stresses are generated. These compressive stresses induced by top-blasting are partially released after the high temperature thermal cycle. The functionalization of the cemented carbide substrate influences the level of stresses developed in the coating. The stress behavior as a function of temperature is discussed with the support of finite element modeling by introducing a bi-linear plasticity model to calculate strain relationships which is in agreement with the synchrotron measurements.     

Nb3Sn超导股线热应变分析模型研究

ITER聚变反应堆上Nb3Sn超导股线是由脆性金属间化合物构成的,由于其间各组分不同的热胀冷缩系数和不同的弹性模量,使得股线从热反应温度或热处理温度到室温、以至到低温运行时,会在Nb3Sn复合物中产生热应变。为了研究Nb3Sn的热应变和构建相应的数学模型,进行了加热期间局部应变测量以及室温下的拉力测试。根据Nb3Sn股线不同组分应力/应变曲线所显示的弹塑特性,对它们进行量化分析。测试分析发现,在室温下沿轴向加载到Nb3Sn超导丝的局部应变是压缩应变,高温下是拉应变;另外用数值分析计算方法可以再现依靠温度的轴向热应变。