固溶-时效对粉末成形TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了固溶温度、冷却方式以及时效温度对粉末成形TC4钛合金相组成、微观组织以及力学性能的影响,分析了固溶-时效热处理过程中微观组织变化及析出强化机制。结果表明,在两相区固溶处理,随固溶温度的升高,初生α相含量不断减少;单相区固溶处理后,初生α相全部溶解,析出相呈片层状;固溶时采用水冷可获得α+α′组织,时效过程中马氏体分解形成的次生弥散相实现合金强化。粉末成形TC4钛合金经950℃/1 h/WQ+500℃/4 h/AC热处理后,综合性能匹配良好,抗拉强度为1231 MPa,屈服强度为1126 MPa,延伸率为10.75%。     

热处理工艺对TB10钛合金动态断裂韧性的影响

采用示波冲击法对TB10合金(Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al)的动态断裂韧性进行了测试。试验材料为Φ16 mm的TB10合金棒材,选取了3种热处理工艺,即,相变点以上单一固溶处理(850℃/0.5 h/WQ)、两相区固溶+时效处理(765℃/0.5 h/AC+600℃/4 h/AC)、两相区固溶+双重时效处理(725℃/0.5 h/FC+520℃/8 h/AC+620℃/0.5 h/AC)。采用金相显微镜以及扫描电镜进行微观组织观察,结果表明,单一固溶热处理制度获得针状马氏体组织,两相区固溶+时效以及两相区固溶+双重时效热处理制度获得弥散分布的α相+β基体混合组织。示波冲击测试以及随后的断口形貌扫描电镜观察结果表明,在本文涉及的加载速率范围内,单一固溶组织的材料动态断裂韧性Jd数值较小,以韧性-脆性混合的模式发生动态断裂,以脆性断裂为主,呈现沿晶断裂特征及准解理特征;两相区固溶+时效或两相区固溶+双重时效组织的材料动态断裂韧性Jd数值以及动态断裂模式差别不大,以韧窝断裂为主,相对单一固溶组织的材料具有较好的动态断裂性能。     

不同热处理工艺对TC20钛合金棒材组织和力学性能的影响

研究了不同热处理工艺对TC20钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明：TC20钛合金经过两相区固溶+时效处理后得到双态组织,通过控制固溶冷却方式以及时效温度可调整初生α相含量以及次生α相含量和尺寸,改善其强度和塑性的匹配。采用940℃/1 h/WQ+700℃/30 min/AC+550℃/6 h/AC三重热处理工艺,在保证强塑性较佳匹配的同时,可以有效解决棒材直线度问题。     

固溶温度对Ti-62A合金拉伸性能和断裂韧性的影响

Ti-62A合金是一种新型高强高韧损伤容限型钛合金,研究了固溶温度对Ti-62A合金30 mm厚板材的显微组织、拉伸性能以及断裂韧性的影响规律。研究结果表明:Ti-62A合金Φ720 mm铸锭经单相区和两相区多道次大变形轧制后所得的30 mm厚板材组织为典型的片层组织,由片层状的α相和β转变组织构成,组织均匀,片层状α相平均宽度约为2.5μm,长度在40～65μm之间。两相区固溶+时效处理后,合金的组织类型为片层状组织,即片层状的初生α相(αp)相与β转变组织,随固溶温度升高,合金中的初生α相(αp)相含量显著减少,β转变组织逐渐增多,次生α相(αs)片层宽度增大,同时合金的强度下降,塑性上升,当接近相变点时这种趋势变缓。单相区固溶+时效处理获得魏氏组织,晶粒粗大,晶界平直而清晰,其拉伸强度高于920℃和940℃固溶时的片层组织,但塑性显著降低;与900℃固溶时相比强度和塑性均降低。合金的断裂韧性随固溶温度的上升而逐渐升高,单相区固溶并时效后的魏氏组织的断裂韧性明显优于两相区固溶并时效后的片层组织。     

固溶制度对Ti60合金轧棒组织和性能的影响

在α+β两相区研究了固溶温度、冷却方式对Ti60合金轧制棒材组织和力学性能的影响。结果表明，随着固溶温度的升高，组织中等轴α相含量减少，板条状α相消失，次生α相含量增加；试样的拉伸强度略有增加，塑性变化不明显。随着冷却速率的降低，片状α的厚度，α集束的尺寸以及晶界α的厚度增加；试样的室温拉伸强度及550℃高温强度均降低。试样最优热处理制度为1010℃保温2h，空冷+700℃保温2h，空冷。     

不同热处理工艺对工业TC4合金板材组织和性能的影响

研究了两相区普通热处理和β相区固溶+两相区固溶双重热处理对工业TC4合金板材组织和性能的影响。结果表明:两相区普通退火处理(分别在700,750,800℃保温1 h,空冷)可以得到较好的综合性能,随温度升高,晶粒略有长大,强度、塑性逐渐降低;β相区固溶+两相区固溶双重热处理(1 050℃×30 min,AC+720℃×2 h,AC)得到网篮组织,强度、塑性明显降低。     

再次热处理对TC4-DT钛合金板材组织及性能的影响

经β退火后的TC4-DT钛合金板材,其强度未达到AMS 4905标准要求。为此,在β单相区和α+β两相区分别又进行了固溶(冷却方式分别为空冷和水冷)加时效处理。观察了经不同工艺热处理后板材的显微组织,并对其室温拉伸性能、断裂韧性进行了测试分析。结果表明,再次热处理后板材组织未发生明显改变。与空冷态相比,水冷后的次生α更细小。与原始β退火相比,水冷后板材的拉伸强度、屈服强度增加约70 MPa,同时断裂韧性略有减小,延伸率略降至8.5%。经再次热处理后,板材的强度和断裂韧性均达到标准要求。     

热处理工艺对Ti60合金持久性能的影响

将α+β两相区变形的Ti60合金锻件分别在950、995、1015℃进行固溶处理,研究了固溶温度和冷却方式对Ti60合金微观组织及持久性能的影响。结果表明:Ti60合金的显微组织和持久性能受固溶温度和冷却方式的双重影响。950℃固溶处理,冷却方式对合金组织的影响较小,空冷试样的持久性能略低于油冷试样。995℃和1015℃固溶处理,随温度的升高组织中的初生α相含量降低,空冷组织中的初生α相尺寸略大于油冷组织;在实验温度范围内,Ti60合金的持久性能随固溶温度的升高而升高,且在相同固溶温度下,空冷试样在600℃、340 MPa下的持久寿命明显高于油冷试样。次生α相的含量和α板条/α集束的尺寸是影响Ti60合金持久寿命的重要因素,合金的持久寿命与二者成正相关。     

固溶时效对TC19钛合金棒材组织及性能的影响

对TC19钛合金棒材进行固溶时效热处理,利用SEM及力学性能测试研究固溶温度、时效温度对其组织及室温力学性能的影响,并对不同固溶冷却方式及时效时间下的组织和力学性能差异进行对比研究。结果表明:固溶处理后棒材组织为初生α相和亚稳态β相基;再经时效处理后组织转变为分布在β相基体间的条状初生α及弥散在β相中的细小α析出相。当时效温度一定时,随固溶温度的升高,强度增加,塑性下降;当固溶温度一定时,随时效温度的升高,强度先略微升高后降低,塑性升高;固溶后冷却速度较快及延长时效处理时间时,试样均呈现强度升高,塑性下降的规律。热处理工艺为860℃/1 h,空冷+570℃/4 h,空冷时,棒材强塑性匹配最佳。     

热处理对新型医用Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb钛合金显微组织与力学性能的影响

分析了不同热处理制度对新型医用Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:经(α+β)两相区固溶处理后,合金主要由初生α相和β相组成;初生α相尺寸短小,以颗粒状形式出现在晶粒内部和晶界附近。在实验参数范围内,升高固溶温度导致初生α相的体积分数降低,β相的体积分数增加。经β单相区固溶处理后,合金主要由单一β相组成;随着固溶温度升高,β相晶粒逐渐长大,晶粒尺寸约为25μm。经(α+β)两相区固溶+时效处理后,在β相基体上析出针状α相,尺寸细小,呈交叉排列。经β单相区固溶+时效处理后,在β相晶界附近和晶粒内部析出尺寸大小不一的细针状α相;晶界附近析出的α相具有一定的取向,晶粒内部析出的α相横纵交错,大小不均匀。经固溶处理后,合金获得中等水平的强度和较好的塑性;随着固溶温度的升高,合金的抗拉强度和屈服强度逐渐减小,塑性和弹性模量逐渐增加。经(α+β)两相区固溶处理后,合金的抗拉强度与屈服强度之差(Rm-Rp0.2)较β单相区固溶处理后的大。经(α+β)两相区固溶+时效处理后的合金强度增量高于β单相区固溶+时效处理后的合金强度增量。在相同时效条件下,随着固溶温度升高,合金的强度和模量逐渐减小,延伸率基本保持不变。经780℃/30min固溶空冷+480℃/6h时效空冷处理后合金的弹性模量达最小值(E=64GPa),最接近于人体自然骨骼等硬组织的弹性模量。     

热处理对激光选区熔化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了激光选区熔化(SLM) TC4钛合金沉积态和退火态显微组织的特征及其对力学性能的影响规律。结果表明:合金组织沿激光选区熔化成形高度方向呈现外延生长,形成柱状晶,晶内存在大量的针状马氏体α’相。退火后,晶内的针状α’相转变为α+β板条组织。随着退火温度的升高,组织中α相含量逐渐降低,α片层逐渐粗化,β相含量逐渐升高;室温拉伸强度逐渐降低,塑性逐渐升高,显微硬度逐渐降低。经过800℃×2 h/FC退火热处理后,激光选区熔化成形TC4钛合金具有最佳的强度与塑性匹配。     

热处理制度对Ti-55531合金组织和力学性能的影响

通过采用不同的热处理制度研究了时效温度和β退火温度对Ti-55531合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:Ti-55531合金固溶加时效处理后可获得初生α相呈长条或等轴状的组织,β基体上大量析出的次生α相使其获得较高的强度,且强度随时效温度升高而显著降低,延伸率变化不明显,断面收缩率在620℃以上随着时效温度升高有所增加,但该组织状态断裂韧度偏低;β退火后可获得均匀的片状组织,具有较高的断裂韧性,抗拉强度在600~650℃之间随退火温度升高呈线性关系降低,可根据需要很方便地调整强度级别,塑性随退火温度升高变化不太明显。     

热处理对Ti-5331合金板材组织及力学性能的影响

研究了核反应堆壳体用Ti-5331合金热轧板材在不同退火温度下的显微组织与力学性能。结果表明:Ti-5331合金板材在相变点以下随着退火温度的升高,初生α相含量逐渐减少,β转变相含量明显增加。当退火温度为700℃时,开始发生静态再结晶,800℃时为等轴组织,900℃时为双态组织,950℃时为网篮组织。随着退火温度的升高,合金板材的抗拉强度先下降后上升,屈服强度呈下降趋势,屈强比逐渐减小;当退火温度在相变点以下时,板材冲击韧性随退火温度升高呈上升趋势,当超过相变点后冲击韧性急剧下降;退火温度对塑性影响较小。经900℃×1 h/AC退火处理的Ti-5331合金板材有着较好的综合性能,抗拉强度为920 MPa,延伸率为15%,V型缺口冲击韧性达到93 J/cm^2。     

TC4钛合金异形锻件锻造工艺探索

研究了两类锻造工艺对航天用TCA钛合金异形锻件的显微组织及拉伸性能的影响。其中Ⅰ类锻造工艺中第1火及第2火加热温度均在β单相区,Ⅱ类锻造工艺第1火加热温度在β相单区而第2火加热温度在（α＋β）两相高温区。实验结果表明：Ⅰ类锻造工艺下最终得到具有粗大晶粒的片层组织,该类型组织强度及塑性均较低,不能满足指标要求;采用Ⅱ类锻造工艺即第2火加热温度在高温两相区且采用大锻造比可以获得条状α和细小等轴α构成的细小的混合组织,该组织具有较好的拉伸性能,满足指标要求。锻造时采用换向拔长镦粗的方式能保证异形锻件的宏观组织均匀。     

Influence of Tempering Process on Mechanical Properties of 00Cr13Ni4Mo Supermartensitic Stainless Steel

To investigate the influence of tempering process on microstructural evolutions and mechanical properties of 00Cr13Ni4Mo supermartensitic stainless steel(SMSS),specimens were tempered in the temperature range of 520-720 ℃ for 3 h followed by air cooling and an optimized tempering temperature was chosen to prolong holding time from 3 to 12 h.After heat treatments,microstructure examination was conducted by scanning electron microscope,X-ray diffraction examinations,hardness measurements and tensile tests.The results revealed that the superior mechanical properties were achieved by quenching at 1040 ℃ for 1 h+water cooling and tempering at 600 ℃ for 3 h+air cooling.Increasing isothermal tempering time could improve the toughness notably.It was believed that the property was correlated with the microstructure of tempered lath martensite and retained austenite.More retained austenite content is beneficial to the higher toughness of the SMSS.     

淬火及回火处理对新型槽帮钢30MnSiCrMo组织性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸冲击试验机及布氏硬度计等研究了新型槽帮钢30MnSiCrMo经900～920℃30 min淬火，350～550℃2h回火的组织性能变化。结果表明，350～550℃不同回火过程中，试验钢出现马氏体分解、碳化物转变、聚集长大及α相回复再结晶等转变，室温组织由回火马氏体向回火屈氏体和回火索氏体过渡。随着回火温度的上升，基体固溶强化与碳化物析出强化减弱，试验钢的强度与硬度连续降低，而塑性与韧性不断提高，试验钢在900和920℃30 min水淬后450～520℃2 h回火时获得良好的强韧性匹配，即抗拉强度1159～1008 MPa,屈服强度1107～944 MPa,断后伸长率11.8%～15.0%,室温硬度336～293HBW,V型缺口冲击吸收功45.5～67.5 J,能够满足中部槽材料的强韧性要求。     

纳米粒子强化含铜双相钢的组织性能关系

 为进一步提高HSLA系列含铜钢的综合力学性能,利用多步骤热处理工艺(QLT工艺:淬火、临界区淬火及回火工艺)在超低碳Ni-Cr-Mo-V-Cu低合金钢中获得了优异的强度及低温韧性匹配(屈服强度895 MPa、抗拉强度950 MPa、-80 ℃冲击韧性188 J)。利用SEM、XRD及TEM等试验方法研究了试验钢在QLT工艺处理后,不同临界区淬火温度下(Ac1~Ac3温度范围内)的双相组织演化规律,阐明了不同临界区淬火温度下的QLT态试样的组织及性能关系。结果表明,QLT态试样的屈服强度与回火二次马氏体体积分数呈二次抛物线关系,抗拉强度与回火二次马氏体体积分数呈线性正相关关系;断裂伸长率则与临界区铁素体含量正相关。临界区淬火温度为720 ℃时的QLT态试样(QL₇₂₀T)表现出优异的强度及低温韧性匹配,其高强度来源于协同析出的纳米级MC(M为铌、钼、钒及钛的任意组合)和铜粒子所强化的回火二次马氏体。QL₇₂₀T态试样优异的低温韧性则由下列因素所致,主要呈片层状的回火二次马氏体及临界区铁素体的平行相间分布而导致的组织细化效应;大量异相界面所导致的脆性渗碳体或合金渗碳体的细化;强度差异较小的回火二次马氏体以及临界区铁素体。     

细晶组织耐候钢热影响区粗晶区的组织和性能

 采用焊接热模拟技术研究了焊接热循环对细晶组织09CuPCrNi钢热影响区粗晶区 (CGHAZ)显微组织和性能的影响。结果表明,在800~500 ℃冷却时间t8/5≤8 s时,该钢CGHAZ组织为贝氏体和少量马氏体。随着t8/5延长,在原奥氏体晶界上逐渐析出先共析铁素体,当t8/5＞18 s时,显微组织由大量铁素体和珠光体组成,且原奥氏体晶粒明显粗化,先共析铁素体含量增加。在-20 ℃和0 ℃下,t8/5对冲击吸收功影响较小,在-40 ℃时,随着t8/5延长,冲击吸收功下降显著,而且随着t8/5延长,CGHAZ硬度逐渐下降,但硬度值均高于母材,焊接热影响区相对于母材未出现软化倾向。