Ti-6Al-7Nb钛合金热加工与热处理工艺研究

研究了Ti-6Al-7Nb合金不同热加工与热处理工艺引起的显微组织和力学性能变化，探讨该合金组织变化的特点和性能变化的内在规律。结果表明，在工业化生产条件下，Nb元素添加采用铌钛中间合金，选用适宜的铸锭熔炼工艺参数，可以获得成分均匀、无富Nb偏析的优质铸锭。在两相区锻造或轧制后坯料在700℃～800℃范围内退火，合金组织与性能均能满足ASTM和ISO标准要求。     

熔炼工艺对Ti-1023合金中Fe的均匀性影响

根据凝固理论论述了 Ti-1023合金中的宏观及微观 Fe 元素偏析存在的原因,对铸锭生产中熔化电流、熔化速度提出切实可行的工艺方案,有效地改善 Ti-1023合金的熔炼偏析。     

论GH901合金真空熔炼铸锭中硼的宏观偏析

硼以间隙固溶态和与Mo形成Mo3B2的化合态两种形式存在于GH901合金中。在GH901合金真空熔炼过程中，硼并不挥发，被氧化的可能性也极小。 GH901合金真空熔炼铸锭中硼的宏观偏析，是由硼在GH901合金中的三大特点决定的。硼的最大特点是：在氢、硼、碳、氮和氧这样一些典型的间隙元素中它是原子半径最大的一个，具有强烈的微观和宏观偏析倾向。在晶粒尺度的微观范围内，硼强烈向晶界和枝晶间偏聚；在铸锭尺度的宏观范围内，硼具有明显向结构密度较低的晶区偏聚的倾向，因而铸锭外层细晶区由于结构致密，硼含量相对低些，而柱状晶区由于组织致密度稍差，硼的含量相对高些。硼的另一个特点是，具有与Mo形成Mo3B2的很强的化学亲和力，但由于GH901合金中总硼含量少，大部分硼将首先间隙固溶于晶界和树枝晶间界，随后冷却时以二次Mo3B2的形式析出，而以一次Mo3B2的形式在铸锭凝固过程中最后结晶的硼量不很多，因而，铸锭中心的等轴晶区中硼的含量不会太高。硼的第三个特点是在高温下的扩散系数很大，因而铸锭均匀化处理时，随着M3B2的溶解，间隙固溶态硼的数量急剧增加，硼明显地表现出从外层的细晶区向内层的柱状晶区进一步偏聚的倾向。 GH901合金真空熔炼铸锭中硼的宏观偏析程度取决于铸锭表面细晶区的厚度和Mo在铸锭截面上分布的均匀程度。因而，真空感应熔炼铸锭中硼的宏观偏析程度主要取决于浇注温度、全熔后的保温温度和保温时间。而真空电弧重熔铸锭中硼的宏观偏析主要与熔池的大小和深度有关，因而主要取决于稳定熔炼电流的大小。 铸锭经变形，破碎铸态组织，获得均匀一致的再结晶组织后，由于消除了晶区结构密度差，可使硼在制件截面上的分布趋于均匀一致。     

超高强度β21S合金铸锭成分均匀性的控制

针对超高强度β21S合金（Ti-3al-15Mo-2.7Nb-0.2Si)熔炼上的技术难点,采用真空自耗电弧熔炼和真空凝壳浇铸的方法,研究了Mo,Nb合金元素的添加式以及熔炼工艺参数对该合金铸锭成分均匀性的影响,结果表明：以Ti-Nb,Ti-Mo中间合金为配料,采用合理的熔炼工艺,可获得性能良好,成分均匀的β21S合金铸锭。     

Ti-51111S合金熔炼工艺研究

通过对Ti-51111S合金铸锭生产工艺的研究,分析中间合金加入、电极制备方式及熔炼参数对铸锭生产及化学成分均匀性的影响,探索出合理的Ti-51111S合金铸锭生产工艺。采用该工艺生产的Ti-51111S合金铸锭成分均匀,冶金质量良好,符合有关技术条件要求,可以满足民用钛材使用要求。     

真空自耗电弧熔炼制备大尺寸TiAl基合金铸锭

通过选择合适中间合金,并控制最佳熔炼工艺,以真空自耗电弧两次熔炼制备了名义成分为Ti-32.3Al-4.7Nb-2.6Cr-0.9(W,Mo)(质量分数)的TiAl合金铸锭。该TiAl合金铸锭尺寸为160 mm×380 mm,其组分中高熔点元素Nb,W,Mo等在铸锭横截面的径向上分布均匀,O,N,H等气体间隙元素含量较低,Al元素在铸锭纵截面中心轴线上的质量分数与目标成分偏差为±0.8%,显示出优良的冶金质量。金相分析结果显示,该TiAl合金铸锭的组织为近片层组织,铸锭边缘晶粒尺寸要显著小于其中间及心部的晶粒尺寸。     

铌在Nd-Fe-B合金中的作用研究

熔炼是制备粉末冶金烧结Nd-Fe-B永磁体的关键技术之一，直接影响到磁体最终磁性能的好坏。本文采用传统熔炼技术制备了成分为Nd15Fe78-xNbxB7的系列合金铸锭，通过对不同含铌量合金铸锭的显微结构及成分分析得出：随着铌含量的增加，合金铸锭中的显微结构由片状晶和枝状晶向颗粒状晶粒转变，同时也改变了α-Fe的晶粒形貌，使富钕相分布更加均匀，从而改善了磁体的磁性能。     

基于数值模拟的镍基高温合金电渣重熔工艺优化

利用MeltFlow软件对镍基高温合金电渣重熔过程进行数值模拟计算,探究了电渣重熔过程中温度场、流场、熔池形貌及微观组织的分布特点,通过工业试验验证模拟的准确性,定量分析熔速对熔炼过程的影响规律,提出了一种改善铸锭凝固质量的工艺优化方法.结果 表明,渣池内的温度相对较高且分布均匀,熔池形貌近似"V"型.铸锭一次枝晶间距...     

真空自耗电弧炉熔炼钛锭偏析缺陷的分析与改进

目前,世界各国钛锭的主要生产方法仍是真空自耗电弧重熔（ＶＡＲ）法,该方法的特点是熔炼速度快,可生产大型铸锭,生产的铸锭基本上可满足一般工业的要求［１］． 真空自耗电弧炉熔炼和凝固结晶的基本特征是自耗电极不断地熔化,同时,铸锭自下而上地在结晶器中连续凝固增高．在熔化过程中,冷却条件、熔池形状和深度等均不是一成不变的,而且,合金元素在凝固结晶时的分配系数各异,这样,不可避免地使合金元素或化合物在树枝状晶间富集而形成偏析。虽然人们已采取各种防范措施,但由于合金成分、原料状况、工序质量控制、实际熔炼条件…     

过共析Ti-Cr合金的机械合金化

以钛、铬元素粉为原料研究了Ti-20％Cr(质量分数)和Ti-30％Cr 2种合金的MA规律。研究结果表明,在球磨初期的2 h内会发生钛的(011)主衍射峰强度迅速降低,(010)第二衍射峰强度提高并成为了最强峰,以及铬的衍射峰强度提高的现象。随着球磨时间的增加,钛和铬的X射线衍射峰都发生宽化、强度下降和衍射角左移减小。当球磨时间为30～40 h时,钛逐步非晶化。但是,在本试验条件下铬没有发生非晶化。MA的前10 h是粉末晶拉细化、晶格应变和合金化进行得最迅速的时期,经过该阶段球磨后铬的晶粒度可达20 nm;进一步球磨有利于获得过饱和固溶的合金粉末。2种合金在超过100 h的MA过程中均未发现在固相合成Laves相TiCr_2。根据试验结果制备纳米晶或者非晶过饱和固溶Ti-Cr合金粉末的合理球磨时间为30～40 h。     

Ti-44Al-8Nb-1B合金在700℃下的氧化行为

对全片层结构的γ-TiAl基合金Ti-44Al-8Nb-1B在700℃大气环境中的表面氧化行为进行了系统的研究。研究发现,这种高铌合金表面形成的氧化层由TiO2和Al2O3混合构成。这种高Nb合金的表面氧化导致了室温塑性的明显降低,但强度指标变化不大。相对于单纯手动抛光,手动+电解抛光能够适度提高合金表面的氧化抗力,但这种提高并未带来拉伸性能的增加。研究还发现,1 000 h氧化后,样品表面的硼化物和晶界表现出较片层晶团严重的氧化行为,分析认为这分别是硼化物缺铝和在晶界各种元素扩散较快的缘故。     

几种Nb—Ti—Cr—A1合金的微合金强化工艺

Nb—Ti—A1合金是一类在航天航空工业中具有良好发展前景的低密度铌基高温合金。但在该类合金的成分设计中存在两大矛盾制约了该类合金的发展。主要是Nb／Ti比值和cr＋Al含量。高的Nb／Ti比值可以提高合金的使用温度和热强性,但是反过来也增大了合金的密度。较高的cr＋Al含量可以提高合金的抗氧化能力和抗拉强度,但同时也导致合金低温脆性急剧上升。虽然可以通过调整Nb、Ti、Cr、A1四种成分的比值获得最佳的性能,但距离航空航天方面的性能指标尚有一定距离。因此必须对合金采取固溶强化和弥散强化等工艺处理。利用金相分析、XRD和SEM等多种实验方法分析了硼、钨、钼、碳和硅对Nb—Ti—A1合金的微合金化强化后的合金微观组织,并对其强化机理做了初步探讨分析。     

Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金热压缩变形流变应力行为与微观组织演变的研究

在Gleeble-3500热模拟试验机上对Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金进行了等温恒应变速率压缩试验,研究了在变形温度为950~1 100℃,应变速率为0.001~1 s-1,最大变形程度为50%的条件下合金的热压缩变形流变应力行为与微观组织演变。结果表明:Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金的流变应力对变形温度和应变速率均较为敏感,其流变应力曲线具有应力峰值、流变软化和稳态流变的特征。在变形温度为950℃,应变速率为0.001~0.1 s-1的条件下,Ti-25Al-14Nb-2Mo-1Fe合金的热变形特性为片层组织球化,其热变形机制可用晶界分离球化模型进行解释说明;在变形温度为1 000~1 100℃,应变速率为1 s-1的条件下,材料只发生了动态回复现象;在变形温度为1 050~1 100℃,应变速率为0.001~0.1 s-1的条件下,材料发生了动态再结晶现象。     

Effect of initial microstructure on microstructural instability and creep resistance of XD TiAl alloys

A number of lamellar structures were produced in XD TiAl alloys (Ti-45 at. pct and 47 at. pct Al-2 at. pct Nb-2 at. pct Mn+0.8 vol pct TiB₂) by selected heat treatments. During creep deformation, microstructural degradation of the lamellar structure was characterized by coarsening and spheroidization, resulting in the formation of fine globular structures at the grain boundaries. Grain boundary sliding (GBS) was thought to occur in local grains with a fine grain size, further accelerating the microstructural degradation and increasing the creep rate. The initial microstructural features had a great effect on microstructural instability and creep resistance. Large amounts of equiaxed γ grains hastened dynamic recrystallization, and the presence of fine lamellae increased the susceptibility to deformation-induced spheroidization. However, the coarsening and spheroidization were suppressed by stabilization treatments, resulting in better creep resistance than the microstructures without these treatments. Furthermore, well-interlocked grain boundaries with lamellar incursions were effective in restraining the onset of GBS and microstructural degradation. In the microstructures with smooth grain boundaries, a fine lamellar spacing significantly lowered the minimum creep rate but rapidly increased the tertiary creep rate for the 45 XD alloy. For the 47 XD alloy, well-interlocked grain boundaries dramatically improved the creep resistance of nearly and fully lamellar (FL) structures, in spite of the presence of coarse lamellar spacing or equiaxed γ grains. However, it may not be feasible to produce a microstructure with both a fine lamellar spacing and well-interlocked grain boundaries. If that is the case, it is suggested that the latter feature is more beneficial for creep resistance in XD TiAl alloys with relatively fine grains.     

微量B对铸态TiAl基合金显微组织及热变形行为的影响

采用电弧熔炼法制备含微量B元素的Ti-43Al-4Nb-1.4W-xB(x=0.2,0.4,0.6,0.8。数据为原子分数,%)合金;利用光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)研究B含量对该铸态合金显微组织的影响,并通过热模拟压缩试验研究温度为1 050~1 200℃、应变速率为10 3~1 s 1的变形条件下Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B合金的热变形行为,分析该合金在不同变形条件下的组织演化规律。结果表明:当B含量(质量分数)达到0.6%时,合金组织明显细化;Ti-43Al-4Nb-1.4W-0.6B合金的高温压缩流变应力随变形速率增加以及变形温度降低而增加;其峰值应力与变形条件之间的函数关系可用双曲正弦函数来描述,并以此求得高温变形激活能为580.68 kJ/mol;加入0.6%B对合金动态再结晶形核起到一定的促进作用,热变形后,合金发生明显的动态再结晶。     

Grain refinement of AZ31 magnesium alloy by Al-Ti-C-Y master alloy

Al-Ti-C-Y master alloy was prepared by combining SHS technique and melting-casting method. The microstructure of master alloy and its grain-refining effect on AZ31 alloy were investigated by means of OM, XRD, SEM and EDS. Experimental results indicated that the prepared master alloy consisted of α-Al, TiAl3, TiC and Al3Y phases, and exhibited good grain-refining performance of AZ31 alloy. Morphology of α-Mg changed from coarse dendritic to fine equiaxed and the average grain size of α-Mg matrix reduced from the original 580 to 170 μm after adding 1.0 wt.% master alloy. The grain refining efficiency of Al-Ti-C-Y master alloy on AZ31 alloy was mainly attributed to heterogeneous nucleation of TiC particles and grain growth restriction of Al-Y compound or TiC at grain boundaries.     

高铌TiAl合金的高温断裂韧性

利用紧凑拉伸试样通过预制疲劳裂纹研究近片层组织Ti-45Al-8Nb-0.2W-0.2B-0.1Y合金和全片层组织Ti-45Al-7Nb-0.2W-0.2Hf-0.3B-0.15C合金在750℃下的断裂韧性,并分析两种组织合金的断口形貌.结果表明,近片层组织和全片层组织高铌TiAl合金750℃时的断裂韧性分别为19.54和31.58 MPa·m1/2,且近片层组织疲劳裂纹开始萌生时的最大疲劳载荷明显低于全片层组织.断口分析表明近片层组织中裂纹主要在等轴γ晶中萌生,裂纹扩展方式包括沿γ晶、穿γ晶及沿片层、穿片层;全片层组织中裂纹主要在垂直于加载方向的片层间萌生,裂纹以沿片层与穿片层的混合方式进行扩展且伴有二次裂纹的萌生.      

高Nb-TiAl合金α2→α等温相变中的组织演变

采用热膨胀法结合金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度等测试手段,系统研究了固溶处理后Ti-45Al-8.5Nb-(W,B,Y)合金在等温过程中的显微组织演变规律。结果表明:高Nb-TiAl合金α2→α相变温度区间为1140~1209℃;α2→α等温相变过程中,α相的形成呈“S”形曲线,合金在等温过程中显微组织主要由α2、γ相和少量β相形成的片层结构组成,随保温时间的延长,晶界处存在的β相逐渐减少;沿晶界产生的细小等轴γ晶粒逐渐增大;显微硬度随保温时间延长呈先增大后减小的趋势。     

Effect of the lamellar grain size on plastic flow behavior and microstructure evolution during hot working of a gamma titanium aluminide alloy

The kinetics of dynamic spheroidization of the lamellar microstructure and the associated flow-softening behavior during isothermal, constant-strain-rate deformation of a gamma titanium aluminide alloy were investigated, with special emphasis on the role of the prior-alpha grain/colony size. For this purpose, fully lamellar microstructures with prior-alpha grain sizes between 80 and 900 μm were developed in a Ti-45.5Al-2Nb-2Cr alloy using a special forging and heat-treatment schedule. Isothermal hot compression tests were conducted at 1093 °C and strain rates of 0.001, 0.1, and 1.0 s⁻¹ on specimens with different grain sizes. The flow curves from these tests showed a very strong dependence of peak flow stress and flow-softening rate on grain size; both parameters increased with alpha grain/colony size. Microstructures of the upset test specimens revealed the presence of fine, equiaxed grains of γ + α ₂ + β phases resulting from the dynamic spheroidization process that initiated at and proceeded inward from the prior-alpha grain/colony boundaries. The grain interiors displayed evidence of microkinking of the lamellae. The frequency and severity of kinking increased with strain, but were also strongly dependent on the local orientation of lamellae with respect to the compression axis. The kinetics of dynamic spheroidization were found to increase as the strain rate decreased for a given alpha grain size and to decrease with increasing alpha grain size at a given strain rate. The breakdown of the lamellar structure during hot deformation occurred through a combination of events, including shear localization along grain/colony boundaries, microbuckling of the lamellae, and the formation of equiaxed particles of γ + β ₂ + α ₂ on grain/colony boundaries and in zones of localized high deformation within the microbuckled regions.     

双相区固溶温度对Ti-55531合金组织和力学性能的影响

通过对Ti-55531合金在双相区不同温度(730~830℃)固溶2 h空冷后,经相同的时效工艺(600℃/6 h/空冷(AC))处理;再结合扫描电子显微镜(SEM)和拉伸试验等分析方法,系统研究了双相区不同固溶温度对该合金组织和力学性能的影响规律。结果表明,随固溶温度的升高,等轴αp含量降低,尺寸减小;后续时效析出的αs含量增多,形态也有显著变化,由全短棒状向短棒状+针状、针状+长片状、全长片状的顺序转变。固溶温度从730℃升高到780℃,塑性较好的αp含量减少导致合金塑性降低,αs含量增加导致合金强度提高;固溶温度从780℃升高到800℃,αs含量继续增多导致合金强度上升,适量的长片状αs促进了合金塑性提高;固溶温度从800℃升高到相变点830℃,过多的长片状αs导致合金强度和塑性都显著下降。合金的强塑性匹配较好时对应的固溶温度为780~800℃。合金的断裂方式都是以微孔聚集型为主、含解理撕裂和沿晶开裂的混合断裂机制,且随固溶温度的增加,合金塑性断裂机制减小,脆性断裂机制增加。