激光沉积TA15钛合金退火处理工艺及网篮组织变形机制

以TA15钛合金球形粉末为原料,采用激光沉积制造技术制备TA15钛合金厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等方法研究了α+β两相区退火处理对TA15钛合金室温拉伸性能和显微组织的影响,并对网篮组织在拉伸过程中的变形机制进行讨论。结果表明:经α+β两相区不同温度退火后,显微组织为网篮组织或近网篮组织,退火温度对α相的形貌尺寸具有明显影响;退火后力学性能仍表现出方向上的各向异性:沉积方向上强度较低、塑性较好,而垂直沉积方向上强度高、塑性较差;粗大的层带区组织滑移变形具有"开路"作用,而柱状晶晶界对α相的滑移产生一种"固定"作用;显微硬度值随退火温度升高变化不大,显微硬度值受α相含量影响;网篮组织中的α片层组织在应力的作用下由原来近似正交方向逐渐向近似平行于应力方向变形,α片层组织的交错排列导致滑移变形时互相产生阻力;α+β两相区退火处理后的2种方向上断口形貌相似,断裂方式相同,均为韧性断裂。     

α+β区退火对激光沉积TA15钛合金组织及硬度的影响

以TA15球形粉末为原料,TA15钛合金锻件为基材,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金沉积厚壁件。通过光学显微镜、扫描电镜及显微硬度计研究了α+β相区退火处理过程中激光沉积TA15钛合金的显微组织及硬度。结果表明:激光沉积TA15钛合金沉积态宏观组织为贯穿多个沉积层的柱状晶,微观组织为网篮组织。随退火温度升高,α相的生长过程为先生长然后互相截断,并在退火处理过程中局部阶段性地重复这一过程。随着退火温度的升高,α相的长度呈现出波浪变化,宽度呈现出上升趋势,长宽比呈现出下降趋势,且α相的含量先升高后降低。较大长宽比的α片层组织会对滑移产生阻碍,导致显微硬度值增大;较小长宽比的α片层组织会使显微硬度值降低。     

退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金性能和组织的影响

以TA15钛合金粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金拉伸试样厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究退火温度及沉积方向对TA15钛合金组织、拉伸性能的影响,以及α相变形机制。结果表明：随着退火温度升高,显微组织中α相长宽比呈上升趋势;激光沉积成形TA15钛合金厚壁件在沉积和垂直沉积方向上的力学性能存在差异,沉积方向上的抗拉强度明显均低于垂直沉积方向上的抗拉强度;柱状晶晶界对α片层的受力变形有一定的阻碍作用;α片层通过挤压变形和滑移变形两种机制发生变形或断裂;两种方向上拉伸断裂方式不同,沿沉积方向上断裂为韧性断裂,沿垂直沉积方向上断裂为半解理半韧性断裂。     

退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金组织和性能的影响

以TA15钛合金粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金拉伸试样厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究退火温度及沉积方向对TA15钛合金组织、拉伸性能的影响,以及α相变形机制。结果表明:随着退火温度升高,显微组织中α相长宽比呈上升趋势;激光沉积成形TA15钛合金厚壁件在沉积和垂直沉积方向上的力学性能存在差异,沉积方向上的抗拉强度明显均低于垂直沉积方向上的抗拉强度;柱状晶晶界对α片层的受力变形有一定的阻碍作用;α片层通过挤压变形和滑移变形两种机制发生变形或断裂;2种方向上拉伸断裂方式不同,沿沉积方向上断裂为韧性断裂,沿垂直沉积方向上断裂为半解理半韧性断裂。     

热处理对激光沉积Ti60A高温钛合金组织及性能的影响

采用激光熔化沉积方式成形了近α高温钛合金Ti60A厚壁板材,分析了凝固组织形成机理。结果表明,激光沉积Ti60A合金的凝固组织由沿沉积方向定向生长的柱状晶组成,晶内是均匀分布的细小网篮组织。在α+β两相区上部和α单相区进行双重退火热处理,系统研究了双重退火温度对显微组织和力学性能的影响。结果表明,合金经过双重退火热处理后,获得了具有"蟹爪"状初生α相和细片层状β转变组织的"特殊双态组织",同时降低第一次退火温度能够消除连续晶界α相。因片层间β相具有良好的协调变形能力,双重退火处理可以提高合金塑性。     

电弧沉积制造TC4钛合金的组织和力学性能研究

利用钨极氩弧沉积制造技术制备了TC4钛合金试样,研究了电弧沉积制造TC4钛合金的显微组织和力学性能。分析表明:电弧沉积制造TC4钛合金组织宏观上呈以基材为基底的外延连续生长的粗大柱状晶特点,由α相和β相组成,但α相随位置的不同形貌有差别,在上部位置呈粗大针状魏氏体组织,在中部呈粗化了的层片状网篮组织,在下部呈针状+层片状混合组织。显微硬度测试表明:沉积成形件硬度较高,且越靠近试样表面硬度越大。室温拉伸测试显示,沉积态试样具有明显的各向异性特点,沿焊接水平方向拉伸强度较高,沿沉积高度方向拉伸塑性较好,且所有测试试样均具有超过锻造TC4合金的强度和塑性指标。     

超塑成形及热处理对TC21合金组织演变的影响

TC21钛合金在不同条件下超塑拉伸变形后,进行双重退火热处理,研究热加工工艺对TC21合金显微组织演变的影响.结果表明,当变形温度在890～960℃时,TC21合金的伸长率随变形温度的增加先增加后减少,最佳超塑性变形温度为910℃;TC21合金在α+β相区超塑变形,然后在α+β相区双重退火处理后得到双态组织;在准β区进行超塑变形、α+β相区双重退火处理后得到网篮组织.     

TA15ELI显微组织及损伤容限性能研究

采用一火β区热轧和一火两相区上部温度热轧获得了片状组织的TA15ELI钛合金厚板，通过两相区900℃、930℃、950℃和β区980℃退火热处理进一步调整合金显微组织和损伤容限性能，测定了不同热处理状态下合金的显微组织特征参数和室温拉伸性能、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率，分析了显微组织对损伤容限性能的影响关系。研究发现：两相区退火，随着退火温度的升高，TA15ELI钛合金组织中初始β晶粒尺寸和α集束尺寸基本不变，α片平均厚度有所增加，合金强度和塑性均有所下降，da／dN降低，KIC提高；合金在β区980℃退火较两相区退火具有更好的损伤容限性能和综合性能。     

准β锻造工艺对TC18钛合金组织与性能的影响

研究了准β锻造工艺对TC18钛合金显微组织和性能的影响。结果表明:在α+β两相区较小变形时,其显微组织和仅在β单相区变形时组织形貌相近,为典型的网篮组织;在α+β两相区较大变形时,晶界破碎程度增大,片状α相向等轴状α相转变;随两相区变形量由0~50%变化时,其抗拉强度先升高再降低,在变形量为20%~30%时抗拉强度较高,塑性则呈小幅上升趋势。TC18钛合金跨相区锻造时,为获得编织均匀的网篮组织,且又保证原始β晶界充分破碎,从而获得较优的强度、塑性和冲击韧性的匹配,在β单相区即Tβ+20℃温度下的热加工变形中变形量应大于35%,而在α+β两相区即Tβ-30℃温度下的热加工变形中变形量应控制在30%以内。     

退火温度对激光熔化沉积TA15钛合金组织和性能的影响

采用激光熔化沉积工艺制备TA15钛合金棒材和板材.利用OM、SEM和TEM等方法研究退火温度对棒材组织和板材性能的影响.结果表明:激光熔化沉积TA15钛合金β晶粒具有十分优异的高温稳定性,在β相区长期退火,其β晶粒尺寸几乎无变化.激光熔化沉积成形态为典型的层片状β转变组织.在两相区上部退火,形成特殊的"双态"组织,初生α呈规则长条块状,其体积分数随退火温度的升高而降低.在β相区退火获得细层片状组织.在α β两相区退火,随温度的升高,强度有下降趋势,塑性显著下降.     

退火温度对TA31钛合金大口径无缝管组织与性能的影响

利用真空自耗电弧炉+电子束冷床炉熔铸了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(TA31)钛合金圆锭,通过铸坯直接斜轧穿孔制备出ø178 mm×12 mm大口径无缝管,研究了不同退火温度(800、850、900、950 ℃)对TA31钛合金组织演变和力学性能的影响。结果表明:轧制态无缝管为变形的魏氏组织,主要由片层状α相集束和原始β相晶界组成;退火处理后,片层状初生α相减少,原始β相晶界消失,组织逐渐均匀化,但当退火温度超过900 ℃后,α相集束粗化并转变为网篮组织;随退火温度的升高,抗拉强度与屈服强度先略微降低后缓慢增大,而伸长率呈先增大后减小趋势,断口形貌由韧性+准解理混合型断裂逐渐变为韧性断裂再转变为韧性+准解理混合型断裂。综合分析认为,短流程制备的TA31钛合金大口径无缝管适宜退火温度为900 ℃左右,此时抗拉强度、屈服强度和伸长率平均值分别为873 MPa、785 MPa和12.8%。     

显微组织对TB17钛合金高周疲劳性能的影响

对比研究了TB17钛合金3种典型组织形态(双态组织、网篮组织和片层组织)对其高周疲劳性能的影响,并分析了高周疲劳断口形貌。结果表明：双态组织特征的TB17钛合金具有最高的强塑性匹配水平,但其疲劳寿命与应力呈双线性关系,疲劳性能并不稳定;网篮组织的强塑性稍差,但具有最高的疲劳强度和疲劳比;片层组织的疲劳强度比网篮组织略低,但其疲劳比和拉伸塑性最差。高周疲劳加载应力处于低应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样内部、单源萌生,而处于高应力状态时,疲劳裂纹倾向于试样表面、多源萌生。网篮组织存在更多的二次裂纹,且疲劳条带更为清晰密集,裂纹扩展路径更曲折,在扩展时消耗的能量更多。     

Relationship among microstructure,mechanical properties and texture of TA32 titanium alloy sheets during hot tensile deformation

The relationship among microstructure, mechanical properties and texture of TA32 titanium alloy sheets during hot tensile deformation at 800 °C was investigated. In the test, the original sheet exhibited relatively low flow stress and sound plasticity, and increasing the heat treatment temperature resulted in an increased ultimate tensile strength (UTS) and a decreased elongation (EL). The deformation mechanism of TA32 alloy was dominated by high angle grain boundaries sliding and coordinated by dislocation motion. The coarsening of grains and the annihilation of dislocations in heat-treated specimens weakened the deformation ability of material, which led to the increase in flow stress. Based on the high-temperature creep equation, the quantitative relationship between microstructure and flow stress was established. The grain size exponent and α phase strength constant of TA32 alloy were calculated to be 1.57 and 549.58 MPa, respectively. The flow stress was accurately predicted by combining with the corresponding phase volume fraction and grain size. Besides, the deformation behavior of TA32 alloy was also dependent on the orientation of predominant α phase, and the main slip mode was the activation of prismatic 〈a〉 slip system. The decrease of near prism-oriented texture in heat-treated specimens resulted in the enhancement of strength of the material.     

AN INVESTIGATION OF HIGH-TEMPERATURE DEFORMATION STRENGTHENING AND TOUGHENING MECHANISM OF TITANIUM ALLOY

1.IntroductionItiswellknownthatalpha-betatitaniumalloysareusuallyprocessedbyconventionalforging,i.e.,materialsareheatedandprocessedat30--50"Cbelowbetatransustemper-ature.Theconventionallyforgedtitaniumalloyshaveanequiaxedmicrostructure.Ingeneral,equiaxedmicrostructuresshowahigherductilityandhigherstrength,buthavelowerhigh--temperatureproperties,lowerresistancetofatiguecrackpropagationandlowerfracturetoughness[1].Inthelate50s,anewforgingmethod,calledbetaforging,waspro-posedbyCroan[2].Itbroket…     

Ti-55531合金变形及断裂行为的原位SEM分析

采用原位SEM拉伸方法对比分析了Ti-55531合金片层和双态组织静载下的变形及断裂行为。结果表明,静载下α相的特征参数对该合金的形变、裂纹萌生及扩展有强烈影响。片层组织中粗大次生αs片较软,αs片最先变形促进位错滑移,位错运动至次生αs和残留βr的界面处堆积,塑性变形导致局部应力集中促进裂纹萌生,并沿αs/βr相界面扩展。双态组织中初生等轴αp是相对最软相且尺寸较大,位错滑移自由程较大,易启动多系滑移,αp内不同位向的滑移线交割促进应力集中,部分位错在αP/βtrans界面处堆积产生应力集中,两者导致微裂纹萌生于αp内及αp/βtrans界面,并沿αp/βtrans界面和αp聚集处扩展。     

TA15钛合金高温变形过程的介观模拟计算

以多晶体位错滑移及塑性流动机制为基础,探究了TA15钛合金在高温变形过程中介观层次上形变不均匀性和力学响应。基于率相关晶体塑性理论,建立了描述体心立方结构金属力学行为的本构模型,同时考虑了主滑移系和次滑移系的运动;确定了合理的材料本构参数,高温压缩实验与模拟得到的真应力-应变曲线基本一致。通过对TA15钛合金高温变形模拟结果进行分析,包括应力和应变分布、滑移系开动情况和晶界面积变化,得出:(1)由于晶粒几何及取向的随机性造成应力和应变分布非均匀性;(2)晶粒间相互作用的复杂性会导致各个滑移系开动的差异性;(3)形变程度越大,晶粒密度越大,晶界面积变化率越大。模拟结果为相变等显微组织演变及多尺度同步耦合提供了参考。     

热处理对Ti90钛合金显微组织及性能的影响

对比研究了退火温度、冷却速度及多重退火对一种新型近α钛合金Ti90显微组织、室温拉伸性能和腐蚀行为的影响。结果表明:在两相区退火时,随退火温度升高,变形组织逐渐球化,初生α相(α_p)体积分数降低,次生α相(α_s)增多并发生粗化,合金强度逐渐降低,塑性提高;β单相区退火后空冷,组织中原始β晶粒粗大,且有晶界α相析出(αGB),合金塑性急剧下降;β单相区退火后水冷,β晶粒内部析出细针状α’马氏体相,显著提高了合金强度,同时保持了较好的塑性;多重退火后αp和βt (β转变组织)尺寸增加,α_s粗化,导致合金强度和塑性同时降低;极化曲线测试结果显示,具有4种不同αp含量显微组织的Ti90合金在3.5%NaCl溶液中均表现出钝化行为,且钝化电流密度小,耐蚀性较好,耐蚀能力由强到弱依次为双态组织>等轴组织>片层组织。     

成形气氛中氧含量对激光沉积TA15钛合金组织及力学性能的影响

采用激光沉积制造技术制备了TA15钛合金厚壁件,通过光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)及拉伸试验对其显微组织、断口及力学性能进行分析,研究成形气氛中氧含量对激光沉积TA15钛合金组织及力学性能的影响。结果表明:随着气氛中氧含量增加,沉积态和退火态试样的显微组织均为典型网篮组织无明显变化。沉积态试样的室温抗拉强度提高而塑性下降,氧含量保持在5×10~(-5)以下能获得较好的综合力学性能。退火态试样的显微硬度低于沉积态且两者均随氧含量增加逐渐提高。室温拉伸断口的断裂机制随着氧含量增加由韧性断裂变为半解理半韧性断裂。     

填丝TIG焊TA15钛合金与18-8钢接头的微观组织

以铜焊丝为填充材料对TA15钛合金与18-8不锈钢进行填丝钨极氩弧焊（TIG）.利用金相显微镜（OM）、扫描电镜（SEM）、电子探针（EPMA）及显微硬度计对TA15/18-8接头的微观组织、相组成、元素分布及显微硬度进行了分析.结果表明，焊缝组织为铜固溶体枝晶；TA15钛合金侧熔化未混合区为α-Ti与磷化物脆性相Ti₃P，Ti（Cu，Fe）的混合组织；18-8不锈钢侧熔合区为Fe-P共晶组织；磷在18-8不锈钢侧熔合区的聚集促进了共晶组织的形成，未参与共晶反应的铜形成团状聚集区；两侧熔合区显微硬度明显高于热影响区和焊缝，Ti₃P脆性相导致钛合金侧熔化未混合区的显微硬度最高值达720 HV0.5.