新型医用钛合金Ti-39Nb-6Zr显微组织和力学性能的研究

通过室温拉伸试验、光学显微镜、透射电镜等分析方法,研究热处理工艺对Ti-39Nb-6Zr合金显微组织和力学性能的影响.实验结果表明:合金在900℃固溶0.5h后,抗拉强度和屈服强度随冷却速率降低而升高,即抗拉强度值大小关系为:水淬<空冷<炉冷;合金在350℃低温时效后弥散析出ω相,ω相为高温时效时α相析出提供有利形核位置,有利α相均匀析出,α相有强化基体作用,能提高合金强度和弹性模量,当热处理制度为900℃×0.5h,AC+350℃×4h+450℃×24hAC时,合金抗拉强度、屈服强度最大,分别为710和670MPa,弹性模量为65.4GPa.     

固溶和时效温度对TC6钛合金显微组织与力学性能的影响

研究了不同温度的固溶和时效工艺对TC6钛合金显微组织和性能的影响。结果表明:800～840℃固溶后,合金由初生α相和亚稳β相组成,两相随着温度升高而长大,合金强度和塑性略有上升;880℃固溶后,亚稳β相依然保留到室温,然而在拉伸过程中出现应力诱变斜方马氏体α″相,导致双屈服现象;920～960℃固溶后,初生α相减少,大量的细针状斜方马氏体α″相在亚稳β相上析出,强度上升塑性下降;当超过β相变点固溶后,主要由粗大针状六方马氏体α?相组成,强度下降同时拉伸为脆性断裂。对于固溶样品经过不同温度时效处理,主要变化过程是亚稳β相分解为次生α相及其长大,300℃时效后,相比固溶态强度上升但塑性下降,亚稳β相中弥散析出次生α相及少量的ω相;当时效温度升高到400℃,强度继续上升接近最大值但塑性最差;500℃时效后,强度最高然而合金元素充分扩散,塑性得到提升;550℃时效后,强度有所下降但塑性明显提升,此时具有较佳的强塑性匹配;600～700℃时效后,初生α相聚集长大并且含量增加,次生α相在β基体上析出且逐渐长大为层片状,强度下降塑性进一步提升。     

热处理及预拉伸对TC4-0.55Fe合金组织和力学性能的影响

本文研究了具有双态组织的钛合金Ti-6Al-4V-0.55Fe(TC4-0.55Fe)在不同热处理制度（固溶时效、双重退火）和引入预拉伸对微观组织及力学性能的影响,并分析了合金显微组织与力学性能之间的联系。通过对双态组织的 TC4-0.55Fe采用固溶时效和双重退火热处理后微观组织和力学性能进行比较,发现两种热处理方式下随着时效和低温退火温度升高合金中微米级的片层α相厚度均逐渐增大、强度降低、塑性提高。固溶时效热处理下随着时效温度的升高合金屈服强度从530℃的873MPa下降到590℃的862MPa,而延伸率提高3.2%。双重退火热处理试样的屈服强度随着低温退火温度的升高逐步降低,但是延伸率相比于固溶时效有了很大提高,最好可达到23.6%。由于普通热处理对钛合金强度提升不明显,时效和低温退火温度均为590℃时,双重退火试样塑性更优于固溶时效,所以选择该试样引入预拉伸强化,对其在固溶和低温退火中间进行预拉伸。引入预拉伸后,晶粒发生了明显的变形,进行时效强化后合金组织无沉淀区（PFZ）中析出大量细小的二次α相（αs）,引入预拉伸后进行时效可以在提升钛合金屈服强度的同时只降低极少的塑性,其中预拉伸形变1%的试样等轴晶含量最高,强度较引入预拉伸前提高68MPa,延伸率仅下降4%,力学性能最优。通过本文研究可知,TC4-0.55Fe钛合金在经过固溶处理后继续进行预拉伸和时效处理,可以有效提升合金的综合力学性能。     

双级时效处理对TB8合金组织和性能的影响

对双态区轧制的TB8钛合金进行不同的热处理,研究双级时效处理对不同固溶状态合金组织和性能的影响。结果表明:无论是单相区还是双态区固溶,TB8合金在400℃预时效处理后强度显著提高,塑性下降;但是对比来说,双态区固溶样品的塑性明显优于单相区固溶样品,主要是由于在400℃预时效过程中发生了β相向ω相的转变。双态区固溶样品由于有初生α相协调变形,塑性较好。进一步进行600℃的常规时效处理后,合金强度继续升高,主要是因为600℃时效过程中α相借助ω相形核长大,形成大量的交错排布的细针片状α相。双态区固溶+双级时效处理后,合金强度显著升高,塑性可以保持较好水平,显示出明显的综合性能优势。     

时效过程中ω相辅助α相形核及α相对Ti-1300合金力学性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和显微硬度仪等技术对Ti-1300合金不同热处理工艺的试样进行了观察与表征,研究Ti-1300合金的ω相对时效过程中β→α相转变及微观组织与力学性能的影响。结果表明:固溶处理的试样以4℃/min的速率加热到350℃保温10 min,随后加热到500℃保温4 h,析出α相的平均尺寸(长度)为54 nm;而直接在500℃保温4 h析出α相的平均尺寸(长度)为202 nm。将固溶后的试样随炉加热(4℃/min)到350℃,b相中只有ω相析出;加热到400℃时,在组织中发现了α相依附ω相形核现象,加热到500℃保温4h时,ω相消失,合金获得极为细小均匀的a相。时效过程中析出的α相对合金的硬化作用比ω相的更为显著。     

热处理工艺对含Er压铸Al-Si-Mg合金组织及性能的影响

以含Er的压铸Al-Si-Mg合金为研究对象,通过拉伸性能测试、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)及透射电镜(TEM)分析及定量统计,分析研究了不同固溶、时效工艺对合金组织及性能的影响。结果表明:双级固溶有利于一次相回溶至基体,使合金的塑性提高;固溶温度、时间的提高能够增加固溶到基体中的溶质原子和一次相的数量。Al-Si-Mg合金峰时效时,主要的强化相为β″、β′相,β′相主要表现为长条状及“T”字形。当热处理工艺为(280 ℃×3 h+530 ℃×3 h)固溶+170 ℃×3 h时效时,合金的伸长率达8.5%,具有高塑性; 热处理工艺为(280 ℃×3 h+540 ℃×10 h)固溶+170 ℃×10 h时效时,合金的抗拉强度为344 MPa,屈服强度为312 MPa,合金具有高强度。     

时效处理对Ti55531钛合金微观组织演变规律及力学性能的影响

近β型钛合金Ti55531在INSTRON-5948R微型材料试验机上开展了经800 ℃/2 h固溶+580~640 ℃/6~10 h时效热处理后的力学性能试验,获得了不同时效工艺下Ti55531合金的力学性能及强塑积。研究了时效处理对合金微观组织演变规律及合金在拉伸变形时的断裂机制。结果表明：次生片层 α 相对时效参数变化比初生 α 相更敏感。次生片层 α 相厚度与时效温度或时效时间呈线性正相关。与时效时间对比可知,次生片层α相粗化速率对时效温度敏感性较弱,且其随时效温度和时效时间粗化速率分别约为1 nm/℃和8 nm/h。合金经固溶时效后,其力学性能显著提升,且合金在800 ℃/2 h固溶+640 ℃/8 h时效后达到最佳的综合力学性能,此时抗拉强度为1144 MPa,延伸率为8.16%,且强塑积超过9.3 GPa.%。合金经固溶时效热处理后拉伸断裂形式为韧脆混合型断裂,且以韧性断裂为主,包括晶间开裂和微孔合并。     

Mg-10Y-1.5Sm合金的组织和力学性能

采用合金熔炼、组织分析和拉伸试验,研究了Mg-10Y-1.5Sm合金经过固溶时效后的组织和力学性能.结果表明,合金的组织由α-Mg基体和Mg24Y5相组成,细小的Mg24Y5颗粒相均匀弥散地分布在α-Mg基体上;Sm加入后没有形成新相,而是通过固溶作用,进一步强化了α-Mg基体和Mg244Y5相;合金在200～300℃之间的抗拉强度均大于200 MPa,伸长率均为3%左右,与室温时相比没有发生显著变化;合金的力学性能优于Mg-10Y合金,最高使用温度可达350℃.     

β-CEZ钛合金在固溶时效时ω相与α相的组织演化规律

主要通过SEM和TEM观察固溶时效过程β-CEZ钛合金ω相和α相的组织变化规律。发现β-CEZ合金在固溶处理后析出尺寸1～2 nm的无热ω相,在350～500℃时效处理时,ω相辅助形核析出长100～200 nm的针状α相,且随着时效温度升高,α相数量增多,尺寸略有长大。当时效温度达到550℃时,ω相基本消失,α相继续长大到约300nm。当时效温度升高到650℃以后,晶界析出大量的长条状α相,晶内α相长度长大到数微米。     

热处理对BT25Y合金电子束焊接组织和力学性能的影响

对BT25Y合金电子束焊接样品进行700℃/2 h AC的退火处理和940℃/2 h AC+600℃/8 h AC的固溶+时效处理工艺,研究2种热处理工艺对合金焊接区域的组织和力学性能影响。结果表明,无热处理情况下,焊缝溶合区主要由α′马氏体构成,焊缝区硬度和强度明显高于基体。700℃/2 h AC退火处理后,焊缝区的α′马氏体转变为细小弥散的α相,焊缝区的硬度和强度高于基体,室温拉伸断裂发生在基体,焊接样品具有较差的高温持久性能。940℃/2 h AC+600℃/8 h AC的固溶+时效处理,焊缝熔合区的α′马氏体转变为尺寸较大的片层α相,并且沿原始凝固β晶界存在尺寸较大的连续或断续棒状α析出带,该析出带使得焊接样品在室温拉伸时沿焊缝发生脆性沿晶断裂,该热处理后合金具有较好的高温持久性能。     

固溶时效对Ti-6Al-4V-1.5Mn合金组织与性能的影响

采用冷等静压法和粉末冶金法制备Ti-6Al-4V-1.5Mn钛合金,并利用光学显微镜、XRD、SEM、TEM和拉伸试验机等手段对固溶时效处理后合金的组织和力学性能进行观察和分析。结果表明:试验合金经950℃×40 min固溶处理后,合金基体的组织主要为板条状的α相和细小的α'相。随着固溶温度的增加,试验合金的抗拉强度和伸长率均增加,当在950℃固溶40 min时,试验合金的具有最佳的力学性能。当试验合金经950℃×40 min固溶处理后,随后在不同的温度下进行保温6 h时效处理。随着时效温度升高,试验合金的抗拉强度和伸长率均减少,其中试验合金在460℃时效6 h时具有最佳的力学性能,并对其拉伸断口的组织分析可知,韧窝的数量最多。最后由TEM和XRD分析了最佳固溶时效工艺处理后的样品,基体组织主要为α-Ti和β-Ti,并在XRD图谱中存在较为明显的衍射峰。     

两种典型热处理对BT25Y合金电子束焊接组织和力学性能的影响

对BT25Y合金电子束焊接样品进行700℃/2h AC的退火处理和940℃/2h AC+600℃/8h AC的固溶+时效处理工艺,研究两种热处理工艺对合金焊接区域的组织和力学性能影响。研究结果表明,无热处理情况下,焊缝溶合区主要由α′马氏体构成,焊缝区硬度和强度明显高于基体。700℃/2h AC退火处理后,焊缝区的α′马氏体转变为细小弥散的α相,焊缝区的硬度和强度高于基体,室温拉伸断裂发生基体,焊接样品具有较差的高温持久性能。940℃/2h AC+600℃/8h AC的固溶+时效处理,焊缝熔合区的α′马氏体转变为尺寸较大的片层α相,并且沿原始凝固β晶界存在尺寸较大的连续或断续棒状α析出带,该析出带使得焊接样品在室温拉伸时沿焊缝发生脆性沿晶断裂,该热处理后合金具有较好的高温持久性能。     

贵金属齿科铸造合金时效后结构和性能研究

通过对Au—Ag—Cu—Pt高含金量齿科铸造合金的研究，分析此合金的时效硬化行为，为其临床实际应用提供理论基础。试样经800℃，30min固溶处理后在350℃，500℃进行等温时效，通过金相组织观察、显微硬度测试、X射线衍射（XRD）和扫描电子显微（SEM）分析，研究了此齿科合金时效后的显微结构与性能。结果表明，该合金是典型的时效硬化型合金。长时间时效使面心立方基体α0相发生分解，最终转变为面心立方富银α2无序相和富Cu的面心正方AuCuⅠ有序相。两相以片状存在。晶界周围的片层厚，晶内的片层很薄，两者的分解方式不同。350℃短时间时效析出的AuCuⅠ有序相与基体保持共格，使基体中产生应力场，有效地提高了合金的硬度。     

不同热处理制度对TA31合金组织和力学性能的影响

研究了不同热处理制度(固溶时效,退火)对TA31合金微观组织和力学性能的影响。采用OM、TEM、SEM研究了其微观组织形貌,采用拉伸试验机测试了拉伸性能。结果表明:在相变点之下依次选取不同固溶温度(920、940、960、980℃)对TA31合金试样进行固溶+时效工艺处理,当固溶温度低于960℃时,时效后的强度随固溶温度升高而增大;当固溶温度大于960℃后,强度降低;αkv值随固溶温度升高而增大。试样固溶时效态的拉伸强度高于试样退火态的强度。TA31合金随着固溶温度的升高,初生α相含量减少,且组织中存在等轴初生α相+β转内细小的针状次生α相。     

固溶时效对TC4合金组织与性能的影响

研究了不同固溶温度以及不同时效温度下TC4合金的相结构以及微观组织形貌。结果表明,在930℃即双相区固溶后,TC4合金主要是由层片状的α相、针状α'马氏体相和部分β相组成;而在1030℃即β单相区固溶以后,合金则主要由密集的针状α'马氏体相和β组成;对不同固溶温度下的合金样品进行不同温度时效处理,针状α'马氏体相完全分解形成α相和β相,同时,随着时效温度的升高,α层片的厚度也逐渐增大。     

热处理对多向锻造TiBw/Ti复合材料组织和力学性能的影响

研究了固溶时效热处理对多向锻造TiBw/Ti复合材料组织和力学性能的影响。实验表明:当固溶温度为950℃时,复合材料的基体为双态组织,TiBw沿初生α相分布;固溶温度为1050℃时,等轴α相转化为片层α相和α集束,β晶界出现,TiBw沿β晶界分布;固溶温度为1150℃时,复合材料的基体组织为魏氏组织,β晶界进一步扩大,α集束更加细长,TiBw沿β晶界或α集束分布。经热处理后,TiBw/Ti复合材料的室温抗拉强度和屈服强度随着固溶温度升高而增加,但室温塑性呈现相反趋势。     

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。     

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。     

冷轧时效对新型Ti-Nb-Zr合金组织和性能的影响

利用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和拉伸测试等手段,研究形变热处理对新型β(Ti-25Nb-25Zr)钛合金组织演变和力学性能的影响。结果表明:由于合金具有较高的β稳定性,冷轧过程没有应力诱发α″相的形成,合金的变形机制以位错滑移为主。随着冷轧变形量的增加,加工硬化速率和弹性模量逐渐降低。经过相同的时效处理(300℃、2 h),固溶态和冷轧态的合金相组成分别为β+等温ω和β+α相。冷轧产生的位错缺陷和晶界有效抑制ω相,促进了α相的析出。冷轧时效相比固溶时效能更好地得到较高的强度和理想的弹性模量,满足医用材料的性能要求。     

Ti-5321合金热处理过程中α相的析出行为

研究了Ti-5321合金不同热处理制度下的α相析出行为。结果表明:β单相区固溶后的组织为单一的β晶粒组织,α/β两相区固溶后的组织中含有β基体和分布于β基体的初生α相。这两种组织在后续的时效过程中均析出细小针状次生α相,且其尺寸随时效温度的升高而增加,不同的是,β单相区固溶加时效样品的晶界处析出的次生α相的尺寸明显大于晶内次生α相。合金从910℃缓冷过程中α相首先在晶界处析出,随后片层α集束以晶界α相为核心形核并长大,随后的520℃时效过程中析出尺寸细小的针状次生α相。电子背散射衍射(EBSD)分析表明,缓冷过程中,在两侧β晶粒有平行{110}面的晶界上析出一种α相变体,这种变体与两侧的β晶粒均保持Burgers取向关系,以这种变体为形核核心向晶界两侧生长形成片层α相。在两侧β晶粒没有平行{110}面的晶界上会析出多种α相变体,每种变体只与其中一侧的β晶粒保持Burgers取向关系,且会以这种变体为形核核心向与其保持Burgers取向关系的β晶粒一侧生长形成片层α相。