冷却速率对TC21合金超塑变形后显微组织影响

对TC21钛合金进行超塑性拉伸和三重热处理试验,研究了TC21合金超塑变形后冷却速率对相变及显微组织的影响。结果表明,第一重热处理冷却速率对显微组织影响最大;当炉冷时α相由β晶界向晶内生长形成魏氏组织,当水冷时形成大片针状α″相互正交的马氏体片层,当空冷时由β晶粒中析出弥散细小的α″相。第二重热处理的冷却速率主要影响次生α相形貌;当炉冷时次生α相形成片层较细薄的魏氏组织,只有当空冷时次生α相才能在弥散细小的α″析出物上形核并生长为大量平行针状α丛互相交错的网篮组织。     

原位SEM研究LDMD Ti-6Al-4V合金β晶界对拉伸断裂行为的影响

目的研究β晶界对激光直接熔化沉积(LDMD)Ti-6Al-4V合金裂纹形核或传播行为的影响,以澄清合金的断裂机制,为合金性能的改善提供理论依据。方法采用LDMD Ti-6Al-4V合金粉末,在Ti-6Al-4V基板上逐层堆积形成沉积层。沿沉积层扫描方向截取试样,在室温下观察样品的微观组织形貌,并对原位拉伸过程中的微观组织演化进行实时研究。同时研究β晶界对微裂纹萌生、扩展和断裂的影响行为,总结断裂机理。结果 LDMD Ti-6Al-4V合金组织宏观呈现出沿构造方向生长的粗大柱状β晶,β晶内由板条状α晶和整齐排列的具有相同生长取向的α簇组织组成,并有少量孔洞缺陷。采用原位扫描电镜拉伸样品时发现,在横向拉力作用下,样品最初在孔洞周围发生变形,之后裂纹的萌生扩展主要沿β晶界进行,β晶界对拉力起阻碍作用,造成样品的伸长率较低。拉伸过程中,微观组织主要沿着β晶界周围的α相变形,并且孔洞缺陷引起的应力集中使得缺陷周围变形最严重,变形方向与拉力方向呈45°。结论孔洞缺陷决定了样品的初始变形位置,而β晶界则决定了裂纹传播的方向,且由于拉伸试样的截取方向与β晶界相垂直,导致样品的伸长率较低,所以β晶界对样品的力学性能及断裂机理起决定作用。     

不同组织TA15钛合金等温拉伸微裂纹扩展规律的有限元建模研究

钛合金高温变形过程往往伴随微裂纹的产生与扩展,且其与微观组织形态密切相关,显著影响了钛合金的成形质量和成形极限。为此,利用金相照片建立了基于TA15钛合金真实组织的二维多晶体微观有限元模型,采用微裂纹扩展时间,定量研究了不同组织形态的TA15钛合金等温拉伸过程中的沿晶微裂纹形成与扩展规律。结果表明:微裂纹优先形成于三角或四角晶界处,更容易沿α-β相界扩展;等轴组织随着α相体积分数升高,微裂纹更易产生和扩展;网篮组织与魏氏组织中微裂纹易于沿与加载轴垂直取向的片层α相界面扩展,魏氏组织晶界α相为微裂纹扩展提供了路径;三态组织中微裂纹易于沿片层α相界面扩展,但是等轴α相与片层α相的交织使界面形貌复杂,阻碍微裂纹扩展。相同加载条件下,微裂纹扩展的难易顺序为:三态组织、网篮组织、魏氏组织、等轴组织。     

47121β-Ti合金中α相形貌对强化和断裂行为的影响

用TEM,SEM,X射线衍射及拉伸试验等研究了47121β-Ti合金的拉伸性能与α相形貌及其断裂行为的关系。结果表明,低温时效由ω相转变成的弥散α相质点,随其体积分数增加,质点间共格应力场发生交叠,产生较强的内应力,在负荷作用下,导致宏观脆断,而微观断裂机制仍属于韧窝,因此可以把局部的内应力区认为是形成精细韧窝的核心。魏氏组织的α相具有强的加工硬化效应,位错切割α相是主要强化机制,但以孪生形变的α相片阻止位错切过。晶界两侧形成的无析出带,以及随后形成的羽毛状α相群,都使晶界区弱化,导致形成类似沿晶型断口。     

EFFECT OF α-PHASE MORPHOLOGY ON STRENGTHENING AND FRACTURE BEHAVIOUR OF 47121 β-Ti ALLOY

用TEM,SEM,X射线衍射及拉伸试验等研究了47121β-Ti合金的拉伸性能与α相形貌及其断裂行为的关系。结果表明,低温时效由ω相转变成的弥散α相质点,随其体积分数增加,质点间共格应力场发生交叠,产生较强的内应力,在负荷作用下,导致宏观脆断,而微观断裂机制仍属于韧窝,因此可以把局部的内应力区认为是形成精细韧窝的核心。魏氏组织的α相具有强的加工硬化效应,位错切割α相是主要强化机制,但以孪生形变的α相片阻止位错切过。晶界两侧形成的无析出带,以及随后形成的羽毛状α相群,都使晶界区弱化,导致形成类似沿晶型断口。     

Ti811表面TC4激光熔覆层中β相偏析行为研究

在Ti811合金表面,利用同步送粉激光熔覆技术,制备了TC4激光熔覆层。利用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱分析仪等手段分析了涂层组织和β相偏析行为。结果表明,涂层组织出现了典型的β相偏析现象,在涂层中以大块的暗色区域存在;涂层的非β相偏析区微观组织呈现出魏氏体结构,在α-Ti组成的晶界中分布着大量针状马氏体α′-Ti相和少量残留β-Ti相,纳米α_2相弥散分布在涂层中;涂层的β相偏析区域出现了大面积残留β-Ti相,晶界α-Ti相和针状马氏体α′-Ti相的特征和数量明显减少,主要是因为激光熔覆形成的熔池冷却速度极快,原始β晶粒来不及相变所导致。     

TC17钛合金片状组织球化演变及Burgers关系的缺失

采用EBSD技术研究了TC17钛合金片状组织在热变形过程中的球化演变规律,并对比分析了变形前后α相与β相间Burgers关系的变化。结果表明,热变形导致β相发生明显的动态再结晶。变形初期片状组织内部首先形成位错亚结构,随后在动态回复作用下形成小角度晶界;随着变形的增大,亚晶界转化为大角度晶界导致片状α的破裂;破碎α相的相界再通过扩散作用继续迁移,最终实现α相的球化。热变形在改变片状组织形貌和稳定性的同时,也破坏了片状组织中α相和β相间严格的Burgers关系,热变形过程中柱滑移和其他滑移系或孪晶系的启动,是造成α相与β相间严格Burgers关系破坏的根本原因。     

超细α相析出对Ti-55531合金力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射和透射电镜等研究了Ti-55531合金经890℃固溶2 h后再经过单级时效(580℃×1～12 h)和双级时效(400℃×12 h+580℃×1～12 h)处理后α相的析出粗化行为,并探讨了α相形貌对其室温拉伸力学性能的影响。结果表明:固溶合金组织包含β相和纳米无热ω相,裂纹主要沿着β相内滑移带扩展,导致准解理面的形成,合金强度较低,为755 MPa;而单级时效合金组织由微米条状α相、晶界α相和β相组成,空洞沿着晶内长条α相形核并连接成准解理面,强度和伸长率分别为1352 MPa和5. 3%;双级时效合金由纳米条状α相、晶界α相和β相组成,脆性裂纹主要沿β晶界扩展,强度高达1648 MPa,伸长率仅为1%。     

内燃机用激光增材制造Ti600合金原位拉伸组织演变分析

为了提高内燃机用激光增材制造Ti600合金的综合性能,对其进行原位拉伸力学测试,对微裂纹生成、扩展与断裂进行更加精确地观察,并分析不同原位拉伸位移下的微观组织及裂纹演变机制。研究结果表明:激光增材制造Ti600合金形成了具有粗大尺寸的柱状β晶,其生长方向与构造堆积方向一致;β晶界呈现出垂直生长的状态,在靠近β晶的区域形成了大量的板条型α晶以及生长方向一致的α簇组织;当原位拉伸位移增加后,裂纹沿着β晶界向上延伸,形成了偏向β晶界的裂纹;当位移量提高后,合金中形成了随机排列的晶粒,同时滑移方向也存在明显差异,导致交叉滑移带的形成。该研究对优化工艺方法及提升激光增材制造Ti600合金性能具有一定的参考价值。     

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。     

TC17钛合金热变形过程中片状组织球化演变及Burgers关系的破坏

采用EBSD技术研究了TC17钛合金片状组织在热变形过程中的球化演变规律,并对比分析了变形前后α相与β相间Burgers关系的变化。结果表明,热变形导致β相发生明显的动态再结晶。变形初期,片状组织内部首先在动态回复作用下形成位错亚结构,此时各亚结构间的亚晶界均为小角度晶界;随着变形的增大,亚晶界转化为大角度晶界导致片状α的破裂;破碎α相的相界再通过扩散作用继续迁移,最终实现α相的球化。热变形在改变片状组织形貌和稳定性的同时,也破坏了片状组织中α相和β相间严格的Burgers关系,热变形过程中,柱滑移和其他滑移系或孪晶系的启动是造成α相与β相间严格Burgers关系破坏的根本原因。     

AZ31B 镁合金板材中晶界滑移的晶体塑性仿真

建立一种耦合滑移、动态再结晶以及晶界滑移的晶体塑性模型以仿真镁合金的高温变形行为及织构演化。首先,通过实验测量单轴拉伸、压缩后的织构以及显微组织演化,研究AZ31B镁合金在300°C的变形机制。结果发现,动态再结晶在应变小于0.2时起到细化晶粒的作用,之后晶界滑移在变形过程中起显著作用。此外,建立晶界滑移模型来评估由晶界滑移产生的应变以及晶粒转动,并与多晶体塑性模型VPSC相耦合。所建立的VPSC-DRX-GBS模型可以很好地计算应力?应变曲线、晶粒尺寸、织构演化以及实验中所发现的拉伸与压缩织构演化显著差异。计算的晶界滑移贡献率在拉伸条件下显著高于压缩条件的,这是由于在拉伸时晶界上更易产生孔洞形核。     

TC4钛合金激光焊接头显微组织及断口分析

利用光学显微镜观察了TC4钛合金激光焊接头的显微组织,借助扫描电子显微镜对母材及接头拉伸断口进行了分析。结果表明:靠近熔合线处焊缝晶粒为粗大的柱状晶,晶内组织为针状马氏体α′;焊缝中心晶粒为粗大的等轴晶,晶内组织以小块状α+β、大块状α、层片状魏氏组织和α′为主;近焊缝热影响区组织为α+α′的"筐篮"状组织;过渡区组织由高温β转变形成的α相+少量针状α′+原始(α+β)构成;近母材热影响区组织由高温β转变形成的α相和原始(α+β)构成;母材拉伸断裂形式属于延性断裂,接头拉伸断裂形式属于脆性断裂,具有解理断裂的特征。     

不同原始组织Ti80合金热变形行为及组织演变规律研究

通过热模拟压缩试验,研究了等轴组织和魏氏组织Ti80合金在温度850～1000℃、应变速率0.01～10 s~(-1)、变形量20%～60%条件下的热变形行为及组织演变。结果表明:Ti80合金为温度敏感型和应变速率敏感型材料,两相区变形时软化机制以动态再结晶为主,单相区变形时以动态回复为主。低应变速率条件下(0.01 s~(-1)),等轴组织的流变应力峰值高于魏氏组织,高应变速率条件下(1～10 s~(-1))则相反。相同变形参数下,原始组织类型对合金显微组织演变有显著影响。在β相变点以下,随着变形温度升高,等轴组织基体中初生α相减少,次生片状α相破碎形成不规则小颗粒;魏氏组织晶界α相完全破碎,β晶粒内部大部分片状α相破碎形成等轴颗粒,只保留少量不同位向集束状α相。随着变形量增大,等轴组织中α相再结晶晶粒尺寸增大明显,魏氏组织中集束片状α相逐渐被破碎,形成细小的短条状和等轴再结晶α晶粒。     

热变形参数对TC25合金β锻坯微观组织和拉伸性能的影响

研究了β锻造时不同变形参数下、TC25合金的微观组织演变过程及拉伸性能变化规律。结果表明,随变形量的增大,微观组织由取向一致的魏氏组织逐渐转变为杂乱交织的网篮组织;随变形温度的升高锻件组织分别为三态组织、网篮组织,最后为取向一致的α片束状组织,组织不均匀性急剧增大,出现断续晶界α或连续晶界α及大块α组织。其中三态组织、无序杂乱的网篮组织及少量的晶界α和大块α组织有利于提高合金锻件的高温拉伸强度。为了获得具有优良高温强度的合金锻件,变形参数有两个可选范围:一是变形温度在Tβ+15℃左右、变形量35%~50%;另一是变形温度在Tβ+35℃左右、变形量45%~60%。     

Ti-25V-15Cr-2Al-0.2C合金的组织、性能及其变形机制

对Ti-25V-15Cr-2Al-0．2C阻燃β钛合金的微观组织、拉伸性能和变形机制进行了研究。结果表明：(Ti，V)C和α相是β基体上的2种主要析出相；高温长期热暴露(540℃，100h)后的合金晶界上形成连续的α膜，其塑性因此急剧下降；β基体在热暴露过程中发生微弱的短程有序化(SRO)转变，这在一定程度上破坏了合金的热稳定塑性；该合金室温变形以普通位错滑移为主要形变机制，热暴露后的变形结构中出现少量平面滑移带，位错的交滑移和攀移是合金540℃高温变形的重要形变机制。     

西德Thyssen公司钛的真空电弧炉熔炼

对Ti-10V-2Fe-3Alβ型钛合金固溶处理后的β相组织进行原位拉伸、微观分析表明:应力诱发产生的α″马氏体为面心立方结构,与β相保持如下位向关系:(011)_β∥(011)_α″,[01(?)]_β∥[(?)00]_α″。某些晶粒,其滑移系处于有利位向;由于滑移系的开动,外加应力在该晶粒内的松弛,作用于晶粒上的有效应力小于马氏体形成所需的临界应力,而形成了板条组织。这种板条组织只表现为滑移,且大多在{110}晶面、沿<(?)11>方向进行。拉伸后位错在马氏体、滑移带形成的栅栏内呈缠结状,局部区域存在少数{(?)12)<111>变形孪晶。     

热处理制度对TA15合金组织与性能的影响

研究了不同热处理制度对TA15钛合金显微组织和性能的影响。结果表明:两相区热处理时,获得了双态和等轴组织;β相区热处理,获得了魏氏组织,冷却速率决定了α片层和α集束的尺寸。魏氏组织的拉伸强度水平与双态/轴组织相当,断裂韧度较高,疲劳裂纹扩展速率较低,塑性有所降低。β相区空冷所得魏氏组织,具有中等强度水平,但断裂韧度较高,抗疲劳裂纹扩展性能最好。     

激光立体成形Ti60合金组织性能

研究激光立体成形(Laser Solid Formed,LSF)Ti60合金热处理(双重退火980℃,2hAC+650℃,3hAC)前后的组织形成规律,分析其在室温和高温(600℃)下的拉伸性能。研究发现:Ti60合金在激光立体成形过程中由于熔池顶部形成的等轴晶层占有一定的比例,在熔覆新层时未被完全覆盖,在整个熔覆层中呈现出等轴晶的宏观形貌,并出现了层带组织。Ti60合金激光沉积态显微组织为魏氏组织,由大量沿原始等轴β晶界向晶内生长的α板条束和少量板条间β相组成,成形件室温和高温强度分别高于锻造件,室温塑性比锻造件低,而高温塑性超过锻态;经过双重退火后,成形件中的层带组织消失,晶界α相被打断,不连续分布在原始的β晶界处,晶内α板条粗化,并部分球化,这使得室温和高温强度略有下降,但塑性增高,综合力学性能提高。     

变形温度对异种钛合金电子束焊件显微组织与力学性能的影响

研究等温和近等温锻造变形温度对电子束焊接的异种合金(Ti2AlNb金属间化合物与TC11两相钛合金)焊接界面的显微组织与接头拉伸性能的影响。采用OM、SEM对焊缝区组织及拉伸度样断口进行观察,并对接头的拉伸性能进行研究。结果表明:电子束焊接的Ti2AlNb/TC11异种合金焊接界面的显微组织和接头的拉伸性能对变形温度敏感,在950℃变形后,位于焊缝一侧的Ti2AlNb合金中O相的含量大大增加,而位于焊缝另一侧的TC11合金为等轴α相和条状α相的混合组织,但焊缝上仍可见到断续相连的晶界α/α2相;在1010℃变形后,TC11合金具有魏氏体组织特征,这时焊缝上的晶界α/α2相完全断开;经950℃变形的试样在室温拉伸时,在Ti2AlNb合金中发生脆性断裂,这与O相不易协调变形有关,经500℃高温拉伸时,合金表现出较高的强度和较好的塑性,这是由于焊接界面的α/α2相颗粒较小,断裂位置转移到TC11钛合金上所致;经1010℃变形的试样表现出一定的强度,但是塑性严重下降,这与TC11钛合金的魏氏组织特征有关;因此,异种合金进行等温变形时,须严格控制变形温度。