粉末冶金V-5Cr-5Ti合金的制备与性能

以氢化脱氢粉末为原料,采用冷等静压和真空烧结制备了V-5Cr-5Ti合金,并利用热等静压、热锻和热处理来改善其组织和性能。利用XRD衍射仪测定原料及V-5Cr-5Ti合金的物相。利用氧氮分析仪、材料试验机、金相显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)等测试了不同状态V-5Cr-5Ti合金试样的氧氮含量、力学性能及断口形貌。结果表明:粉末冶金V-5Cr-5Ti合金的相对密度达到99.8%以上,物相组成为单一bcc相钒基固溶体。热锻后退火试样的氧含量小于600μg/g,抗拉强度为490 MPa,屈服强度为368 MPa,延伸率和断面收缩率分别为28%和61.5%,断口形貌由细小韧窝组成。     

V-5Cr-5Ti合金粉末热锻技术研究

针对经粉末冶金法制备的V-5Cr-5Ti合金锥形件预制坯,设计并加工了HIP及热锻的不锈钢包套。V-5Cr-5Ti合金采用双层包套封焊后进行了粉末热锻试验。试验结果显示:V-5Cr-5Ti合金1180℃经7~9火次粉末热锻,总变形量47.5%,经1000℃/2 h退火处理后,晶粒平均尺寸约为100μm,其抗拉强度σb为490 MPa,屈服强度σ0.2为368 MPa,延伸率δ约为28%,断面收缩率Ψ约为61.5%。     

旋锻对粉末冶金V-5Cr-5Ti合金力学性能的影响

V-5Cr-5Ti合金具有良好的抗辐照和尺寸稳定性能,是良好聚变堆第1壁结构材料。但直接由粉末冶金法制得的V-5Cr-5Ti合金的力学性能达不到工程要求。为此研究了旋锻对粉末冶金法制备的V-5Cr-5Ti合金力学性能的影响。实验分别采取1050℃和1200℃旋锻,并在1050℃退火。结果表明:经1200℃旋锻并在1050℃退火后,合金的抗拉强度达470 MPa,屈服强度达到337 MPa,并有24.2%伸长率,致密度高达99.3%。金相分析发现,该状态组织结构均匀,晶粒度达到10级。试样断裂区域存在富Ti及富Cr固溶区,脆性区域主要为Ti(CON)相,韧性断裂区域主要为富V合金区。     

铸态V-5Cr-5Ti合金在退火过程中的第二相行为研究

采用XRD、OM、SEM和TEM对铸态V-5Cr-5Ti合金退火处理后组织结构进行分析。结果表明:在退火过程中,随着退火温度升高,铸态V-5Cr-5Ti合金第二相发生分解、扩散、聚集。第二相形貌由层状组成树枝状第二相转变成针状组成团聚状第二相。随着时间的推移,针状第二相尺寸发生了粗→细长→短粗的转变。1100℃,2h退火处理后V-5Cr-5Ti合金组织中存在3种类型的第二相(1)条状第二相,宽度为80~100 nm,长度为几个μm,化学式记为V_2-CO。(2)针状第二相,具有fcc结构,晶格常数为0.4193~0.4256 nm,该第二相在晶内或平行或垂直排列。(3)椭圆状第二相,具有fcc结构,晶格常数为0.4203~0.4268 nm。铸态V-5Cr-5Ti合金退火过程中,树枝状第二相首先发生分解、扩散,随后合金元素脱溶沉淀,形成以针状第二相为特征的团聚状第二相。该第二相是以Ti、V元素为主,Cr元素为辅,具有fcc结构的、稳定的碳-氧-氮化物,化学式记为(TiV)-CON。     

V-5Cr-5Ti合金铸态组织中的第二相行为研究

采用XRD、OM、SEM和TEM对V-5Cr-5Ti合金铸态组织进行分析,研究第二相的行为。结果表明:采用真空电子束熔炼制备的V-5Cr-5Ti合金铸态组织具有粗大的晶粒,晶粒内部存在以层状第二相堆垛成树枝状为特征的成分偏析区;金属钒和铸态V-5Cr-5Ti合金的晶格常数分别为0.30316和0.30375 nm,V的单胞体积膨胀约0.58%;存在2种类型的第二相:(1)短条状第二相,具有fcc结构,晶格常数为0.4182~0.4228 nm;(2)椭圆状第二相,具有fcc结构,晶格常数为0.4186~0.4242 nm。V-5Cr-5Ti合金凝固过程中,首先Ti元素与C元素反应析出具有立方结构的亚稳间隙相(Ti_2C)或V元素与C元素反应析出具有hcp结构的亚稳间隙相(V_2C),随后原子发生相互取代,最终形成以Ti元素为主,V、Cr元素为辅,具有fcc结构的碳-氧-氮化物,化学式记为(Ti_2-CON)。     

冷轧热处理对一种亚稳β型钛合金组织及性能的影响

利用光学显微镜（OM）、X射线衍射仪（XRD）、扫描电镜（SEM）及室温拉伸等试验方法研究了单次冷轧退火、三次冷轧退火以及后续时效工艺对自主设计的亚稳β型钛合金Ti-7.46V-5Mo-3.13Cr-1Zr-3Al的显微组织及力学性能的影响。结果表明：与单次冷轧退火相比,三次冷轧退火后合金晶粒更加细小,强度塑性均有提高,屈服强度达到815 MPa,延伸率为27%。样品经单次冷轧退火和时效处理后,析出弥散细小的次生α相,合金屈服强度达到1280 MPa并且屈服强度随时效时间的增加呈先增加后减小的趋势,总体呈现较高的强度和较低的延伸率;而经三次冷轧退火和时效后的样品屈服强度略低,但塑性显著提高,具有较好的强度和塑性匹配。综合比较实验结果,可以确定本次实验中合金经过三次800℃/20 min冷轧退火和500℃/10 h时效后能达到良好的强度和塑性匹配,其抗拉强度为1380 MPa,延伸率为10.8%。     

V-5Cr-5Ti合金的热加工性能

通过Gleeble-1500热模拟试验机进行铸态V-5Cr-5Ti合金的高温压缩和拉伸试验,研究压缩过程中变形温度对合金临界变形量和临界变形抗力的影响和在拉伸过程中变形温度对合金屈服强度和断面收缩率的影响规律,并用金相显微镜分析了合金的压缩变形组织。结果表明:V-5Cr-5Ti合金的热加工变形抗力大、塑性低,欲改善其加工性能,加热温度的选择及控制尤为重要。合金的加工温度应严格控制在1150～1250℃,变形量控制在30%以内,才能得到满足要求的合金。     

形变热处理对Cu-15Ni-8Sn系合金组织结构与性能的影响

利用力学、电学性能测试,金相显微分析、扫描和透射电镜观察等手段研究均匀化退火和形变热处理工艺对Cu-15Ni-8Sn-1.0Zn-0.8Al-0.2Si合金组织结构与性能的影响。合金铸锭经830℃,2 h+850℃,2 h双级均匀化退火处理,热轧变形后合金板材经850℃,1 h固溶处理,冷轧变形60%后,分别在400和450℃时效处理。当450℃时效时间为30 min时,合金硬度为3780 MPa,电导率8.0%IACS,抗拉强度1144 MPa,屈服强度1098 MPa,延伸率3.29%;在400℃时效1 h时,合金硬度为3900 MPa,电导率7.4%IACS,抗拉强度1164 MPa,屈服强度1112 MPa,延伸率3.05%。合金的强化效应主要来源于调幅分解强化、析出强化和亚结构强化的共同作用,同时,溶质原子的析出使基体固溶度降低,合金电导率提高。合金经双级均匀化退火处理后为均匀的等轴晶组织,在400℃,1 h时效过程中发生调幅分解,同时析出具有L1_2结构的β-Ni_3Sn析出相,其与Cu基体的晶体取向关系为:(002)_(Cu)‖(00 1)_β,[110]_(Cu)‖[110]_β;(220)_(Cu)‖(110)_b,[112]_(Cu)‖[112]_β。     

精铸Ti-Al-Zr合金的显微组织和力学性能

用陶瓷型壳浇注了Ti Al Zr合金 ,研究了精铸Ti Al Zr合金的相组成、铸造显微组织、室温和高温力学性能及断口形貌。结果显示 ,精铸Ti Al Zr合金属于近α型 ,其铸态组织为网篮状魏氏组织 ,具有较好的室温和高温性能。Ti Al Zr合金的室温力学性能为 :抗拉强度 1 0 57.5MPa ,屈服强度 995MPa ,延伸率 1 8.45% ;50 0℃时的力学性能为 :抗拉强度 658.7MPa ,屈服强度 538.9MPa ,延伸率 1 6.5%。该合金室温断口以延性断裂为主 ,伴有部分解理断裂 ,而高温拉伸断口为延性断裂。     

含LPSO相Mg_(94)Y_4Zn_1Ni_1合金的组织和力学性能

采用OM、SEM、TEM和电子万能试验机研究了Mg_(94)Y_4Zn_1Ni_1(at%)合金在铸态、退火、挤压和时效态的显微组织与力学性能。结果表明:铸态合金组织由胞状α-Mg相、网状18R LPSO相和块状Mg_(24)(Y,Zn,Ni)_5相组成。退火后,合金中未析出14H LPSO相。经挤压变形,18R LPSO相转变为长条状并沿挤压方向排列,挤压态合金的抗拉强度达到417 MPa,显著高于铸态和退火态合金。经过T5和T6时效处理,在合金的基体中析出大量细小的共格β'沉淀相,合金得到进一步强化。T5态和T6态合金的抗拉强度分别为434和432 MPa,屈服强度均高于300 MPa。     

镀层金属对钒合金与不锈钢电子束焊接头组织与性能的影响

采用高真空电子束阻隔熔化连接异种金属V-5Cr-5Ti钒合金和HR-2不锈钢,通过焊缝成型、微观组织和接头性能的对比分析,研究不同镀层金属(Au、Ag、Cr和Ni)的影响。结果表明:通过电子束流的偏移均可实现V-5Cr-5Ti/Au(Ag、Cr、Ni)/HR-2异种金属的连接,接头平滑过渡,焊缝正反面成型良好;V-5Cr-5Ti与熔化区的界面较为平直,在靠近钒合金一侧形成一个明显的镀层金属富集带;熔化区内部晶粒细小均匀,在靠近HR-2处形成取向明显的树枝晶。Au和Ag起到了很好的阻隔作用,V-5Cr-5Ti/HR-2接头的抗拉强度明显增加,达到400 MPa,X射线探伤未发现裂纹和气孔缺陷;镀层金属为Cr、Ni时,接头抗拉强度低于100 MPa。     

Effect of Heat Treatment on Microstructure and Properties of as-Forged TiAl Alloy with β Phase

采用包套锻造技术成功制备Ti-45Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y合金锻饼,并研究热处理对该合金锻饼组织和性能的影响。通过热处理得到3种不同的组织形态,分别为双态、近层片、和全层片组织,分析热处理过程中合金组织的演变规律,并对不同组织形态的合金进行力学性能测试。结果发现,双态组织的合金具有最好的室温塑性,其值可达1.35%,近层片组织的合金具有较高的室温强度,屈服强度为605.31MPa,断裂强度为665.75MPa。     

快速凝固Cu-5Ag-0.5Zr-0.4Cr-0.35Nb合金的组织与力学性能

采用快速凝固方法制备了Cu-5Ag-0.5Zr及Cu-5Ag-0.5Zr-0.4Cr-0.35Nb(wt%)合金粉末,采用热等静压将粉末压制成坯料,随后进行热锻、冷轧处理。测试了合金在室温及高温(500 ℃)下的力学性能,并分析了合金的显微组织及断口形貌。结果表明,冷轧态合金具有更优异的室温拉伸性能,冷轧态Cu-Ag-Zr合金抗拉强度为739.3 MPa,伸长率7.1%,这与铜基体中密集的Cu₄AgZr颗粒及纳米级Ag颗粒有关。除Cu₄AgZr颗粒及Ag颗粒外,Cr、Nb元素的添加还生成高温稳定的Cr₂Nb颗粒,同时提高了合金的室温和500 ℃拉伸强度。冷轧态Cu-Ag-Zr-Cr-Nb合金的室温极限抗拉强度和伸长率分别为799.1 MPa与5.3%。因为热锻态合金晶粒尺寸粗大,Ag颗粒尺寸细小,相比冷轧态合金拥有更好的抗高温弱化性能。热锻态Cu-Ag-Zr-Cr-Nb和Cu-Ag-Zr合金的500 ℃抗拉强度分别为186.8和129.2 MPa,而冷轧态Cu-Ag-Zr-Cr-Nb和Cu-Ag-Zr合金在500 ℃抗拉强度分别仅为113.1和95.4 MPa。     

轧制变形对高熵合金微观组织和力学性能的影响

对(FeNi)₆₇Cr₁₅Mn₁₀Al₅Ti₃高熵合金进行退火、冷轧和热轧+冷轧等工艺处理,采用X射线衍射仪、扫描电镜和万能试验机分别对合金进行物相组成、组织形貌以及力学性能测试和表征。结果表明,铸态和退火态的非等主元(FeNi)₆₇Cr₁₅Mn₁₀Al₅Ti₃高熵合金更易形成单相固溶体;在中等变形的热轧+冷轧工艺下,合金形成FCC+BCC的双相固溶体,其屈服强度可提高到460.0 MPa;在中等变形的冷轧工艺下,合金会形成细小的金属间化合物,从而具有细小金属间化合物强化机制,使屈服强度显著提升并达到722.0 MPa,同时,合金仍具有约25.7%的均匀伸长率,综合力学性能最佳。     

微量铬强化B10合金形变热处理后的组织及性能

利用真空感应熔炼-铸造工艺制备了微量铬强化的B10合金(即Cu-10Ni-0.3Cr(mass%)合金),并对铸态合金进行固溶、冷变形及退火处理,采用光学显微镜、拉伸测试和四线制测量法等研究了不同处理状态下Cu-10Ni-0.3Cr合金的显微组织、力学性能和电导率。结果表明,铸态Cu-10Ni-0.3Cr合金晶粒为等轴状,晶粒中均匀分布着黑色颗粒状析出相;再结晶退火后合金的组织均匀细小,晶粒内有明显的退火孪晶。铸态合金的导电性最好,电导率为17.15%IACS,900℃固溶2 h后合金的导电性最差,电导率为12.30%IACS。冷轧态(50%变形量)合金的强度、硬度最高,分别为340 MPa、112 HB,延塑性最差,伸长率只有8%;再结晶退火态合金综合力学性能最好;随着退火温度升高,冷轧态合金形变组织逐渐消失,且退火温度愈高,形变组织消失得愈明显,同时晶粒在退火过程中发生长大,最终导致合金强度、硬度降低,塑性增加。     

V-5Cr-5Ti合金的内耗特征研究

研究了不同处理状态下V-5Cr-5Ti合金的内耗特征,并结合微观缺陷的作用机制对内耗峰进行分析。利用倒扭摆仪和多功能内耗测试仪进行内耗测试,采用X射线衍射(XRD)分析相结构,扫描电镜(SEM)观察微观组织。研究结果表明,V-5Cr-5Ti合金制备过程中无法完全消除C、O、N等杂质元素,这些元素会以间隙原子或沉淀相颗粒形式存在,进而影响合金的微观组织缺陷。在不同的处理状态下,杂质元素的不同存在形式会使合金的内耗会产生不同的变化特征。根据内耗机制,所有的内耗峰均可以由应力作用下微观缺陷的运动来揭示,比如点缺陷、位错、晶界等。     

热处理对双FCC相CoCrFeNiCu高熵合金组织与性能的影响

用真空感应熔炼法制备了CoCrFeNiCu高熵合金,研究了不同退火温度对合金组织及力学性能的影响。结果表明,铸态CoCrFeNiCu合金具有双FCC相结构,分别为富Cu相和贫Cu相,而且相分离现象随热处理温度的升高逐渐明显。铸态合金的组织形貌为典型树枝晶组织,随热处理温度的升高,富铜相增多,枝晶间隙变宽,且出现了大量纳米颗粒。经600 ℃退火处理后,合金的屈服强度和断裂强度显著提高,屈服强度达到233 MPa,断裂强度接近铸态合金的3倍,并且伸长率无明显降低。     

固溶处理对7B04铝合金冷轧板组织性能的影响

在实验室中制备了试验用7B04铝合金,经铸造-均质化退火-热轧-中间退火-冷轧后制得7B04铝合金板材,并对合金板材进行了后续固溶时效处理,研究了固溶处理对其组织和性能的影响。结果表明,470 ℃×1 h固溶+120 ℃×21 h时效处理铝合金冷轧板材再结晶明显,有少量晶粒处于伸长状态,除粗大第二相粒子外,未发现细小第二相粒子,综合力学性能较好,抗拉强度为596 MPa,屈服强度为537 MPa,伸长率为14.88%。固溶温度达到480 ℃时,合金再结晶明显,但保温时间不能超过0.5 h,否则合金强度和塑性下降。     

强韧化热处理对TA15钛合金组织和性能的影响

采用光学显微镜,扫描电镜和电子拉伸机等研究了TA15合金经两阶段强韧化退火热处理后的显微组织和性能。结果表明:采取两阶段的热处理工艺后,TA15合金的组织由约20%的初生等轴α,55%的片状α和β转变基体的组织组成;合金具有良好的塑性及较好的室温和高温强度,在975℃×1 h,WQ+850℃×2 h,AC的制度下,TA15合金的室温抗拉强度为1005 MPa,屈服强度为914 MPa,伸长率、冲击韧性分别为13%和72.2 J/cm^2。合金的冲击韧性I与次生片层α厚度t具有较好的线性关系I=26.504t+44.915,冲击断口形貌可以观察到大量的韧窝,表明合金的断裂机制以韧性断裂为主。随着第二重退火温度的升高,次生片层α厚度增加,韧窝逐渐变大,韧性增加。