激光立体成形Ti-25V-15Cr合金的阻燃性能研究

本研究针对激光立体成形 Ti-25V-15Cr合金的阻燃性能展开,采用直流电弧激发燃烧法测试其阻燃性能并与锻造Ti40合金进行比较,在此基础上,基于二者原始组织分析、燃烧产物的观察与分析揭示其阻燃机理。结果表明,激光立体成形Ti-25V-15Cr合金的燃烧速率略低于锻造Ti40合金。燃烧后各区域组织分析结果表明,激光立体成形Ti-25V-15Cr和锻造Ti40合金燃烧产物区均由Ti的氧化物、V的氧化物以及基体组成,Ti-25V-15Cr燃烧产物区氧化物面积略小于锻造Ti40合金,同时燃烧热影响区的晶界和亚晶界处发现明显的V、Cr元素的偏聚。激光立体成形Ti-25V-15Cr合金中局部枝晶组织以及亚晶粒的形成增加了微观结构的缺陷,在受热条件下使得V、Cr元素的扩散能力增强,是其抗燃烧性能略优于锻造Ti40合金的原因。     

直接能量沉积Ti-XV-15Cr(X=20,25,30,35)合金的组织和阻燃性能（英文）

使用直接能量沉积技术,以纯Ti、纯V和纯Cr粉末为原料制备一系列Ti-XV-15Cr(X=20,25,30,35)合金。研究了V含量对Ti-XV-15Cr合金的晶粒形貌、显微硬度、弹性模量及阻燃性能的影响。结果表明,Ti-20V-15Cr、Ti-25V-15Cr和Ti-30V-15Cr合金的显微组织由外延生长的柱状晶和顶部细小的等轴晶组成,随着V含量的增加,柱状晶粒的长/宽比逐渐减小。而Ti-35V-15Cr合金的显微组织与Ti-20V-15Cr,Ti-25V-15Cr和Ti-30V-15Cr有很大的不同,除了顶部是细小的等轴晶,几乎全由近等轴晶组成。结合柱状晶向等轴晶转变(CET)模型以及柱状晶层的高度与Z轴抬升量(ΔZ)之间的关系,解释了微观组织的形成机理。Ti-XV-15Cr合金的平均显微硬度随V含量的增加而略有增加,其弹性模量在123.8与137.6 GPa之间。阻燃测试表明,Ti-35V-15Cr合金具有最佳的阻燃性能。     

直接能量沉积Ti-XV-15Cr(X=20,25,30,35)合金的组织和阻燃性能

使用直接能量沉积技术,以纯Ti、纯V和纯Cr粉末为原料制备一系列Ti-XV-15Cr(X=20,25,30,35)合金。研究了V含量对Ti-XV-15Cr合金的晶粒形貌、显微硬度、弹性模量及阻燃性能的影响。结果表明,Ti-20V-15Cr、Ti-25V-15Cr和Ti-30V-15Cr合金的显微组织由外延生长的柱状晶和顶部细小的等轴晶组成,随着V含量的增加,柱状晶粒的长/宽比逐渐减小。而Ti-35V-15Cr合金的显微组织与Ti-20V-15Cr,Ti-25V-15Cr和Ti-30V-15Cr有很大的不同,除了顶部是细小的等轴晶,几乎全由近等轴晶组成。结合柱状晶向等轴晶转变(CET)模型以及柱状晶层的高度与Z轴抬升量(ΔZ)之间的关系,解释了微观组织的形成机理。Ti-XV-15Cr合金的平均显微硬度随V含量的增加而略有增加,其弹性模量在123.8与137.6 GPa之间。阻燃测试表明,Ti-35V-15Cr合金具有最佳的阻燃性能。     

元素添加方式对激光熔覆沉积Ti-25V-15Cr成形性的影响

目的以阻燃钛合金Ti-25V-15Cr为研究对象,主要研究V、Cr元素粉末的添加方式对激光熔覆沉积Ti-25V-15Cr合金的显微组织及成形性的影响。方法分别以经过粘结包覆Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)、直接混合Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)以及直接混合Ti(150mm)+V(100mm)+Cr(150mm)的元素混合粉末为原料,进行激光熔覆沉积实验,对沉积试样的高度、宽度以及显微组织特征进行研究。结果以粘结包覆Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)和直接混合Ti(150mm)+V(100mm)+Cr(150mm)为原料获得的沉积试样,其沉积效率显著高于直接混合Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)为原料的沉积试样,且沉积试样组织由相对细小的等轴晶和类等轴晶组成,而直接混合Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)为原料的试样组织主要由外延生长的柱状晶组成。结论以粘结包覆Ti(150mm)+V(15mm)+Cr(15mm)为原材料时,在提高沉积效率的同时能够一定程度上细化晶粒。该方法对激光熔覆沉积材料的成形性、成分均匀性及显微组织具有显著影响。     

Ti-V-Cr系阻燃钛合金显微组织研究

本文通过SEM和TEM研究了Ti-35V-15Cr和Ti-25V-15Cr阻燃合金在不同热处理制度下的微观组织变化.实验结果表明固溶和时效温度对Ti-25V-15Cr和Ti-35V-15Cr合金热暴露组织中α相析出量、形态和晶界偏聚程度有明显的影响.为获取较好热稳定性和室温性能,建议两合金的热处理制度为820-870℃/0.5 h,WQ+600℃/5 h,AC.     

Cr元素对Ti-V-Cr系阻燃钛合金热暴露力学性能的影响

研究了Ti-25V-15Cr-0.2Si和Ti-25V-10Cr-0.2Si两种阻燃钛合金在不同热暴露条件下的热稳定性能.结果表明:Cr元素对Ti-V-Cr系阻燃钛合金的组织有较强细化作用,强化合金室温力学性能;随Cr元素含量的降低,合金在热暴露过程中析出的第二相减少,合金热稳定性能优化.此实验现象与Cr元素在钛合金中属于共析元素的性质有关.     

Al元素对Ti40阻燃钛合金550℃热稳定性的影响

研究Ti-25V-15Cr-0.2Si和Ti-25V-15Cr-2Al-0.2Si两种阻燃钛合金在550℃热暴露不同时间后的力学性能，并应用光学显微镜、X射线衍射、透射电镜对合金组织进行分析。结果表明，Al元素使Ti40阻燃钛合金在550℃的热稳定性能显著降低；对相的分析表明，Al元素可促进合金中Ti5si3和α相的形成。在550℃热暴露200h条件下，出现明显的TiCr2有序相。降低组织的稳定性及使合金在热暴露过程中生成过多的第二相是Al元素降低合金热稳定性能的主要原因。     

不同类型激光器对激光多层沉积Ti-35V-15Cr合金显微组织及性能的影响

目的 探讨半导体激光器与CO2激光器对激光多层沉积合金显微组织及性能的影响机理。方法 以充分混合的Ti、V、Cr粉末为原料,于预先打磨后的Ti-6Al-4V基板上使用CO2和半导体两种激光器进行激光多层沉积Ti-35V-15Cr,通过光学显微镜和扫描电镜、激光点火法、显微硬度测试和Jmat-Pro软件计算分别评价不同激光器下沉积试样的显微组织特点、抗阻燃性能对比和组织形成机理分析。结果 半导体激光器与CO2激光器沉积的试样显微组织存在很大差别,前者为全等轴组织,等轴晶平均尺寸为100 μm,晶粒大小与形状基本一致,沉积区与基材之间的过渡区域存在平均宽度为200 µm、长度为526 µm、长宽比为2.6的类等轴晶,通过扫描电镜观察发现在部分等轴晶内部存在亚晶结构;后者主要为平均尺寸120~200 µm的柱状晶组织,沉积试样顶部为平均直径为52 µm的细小等轴晶,通过扫描电镜观察发现枝晶偏析组织,枝晶间的距离为5~10 µm。抗阻燃性方面,半导体激光器制备的Ti-35V-15Cr试样的抗阻燃性能略优于CO2激光器制备的Ti-35V-15Cr试样,平均显微硬度前者为375HV,后者为363HV。结论 由于激光多层沉积Ti-35V-15Cr对半导体激光器与CO2激光器产生的激光吸收率不同而使二者形成完全不同的显微组织,由半导体激光器制备的Ti-35V-15Cr试样显微硬度更高、抗阻燃性能更好。     

钛建材及表面处理技术

采用直流电弧激发燃烧法（DCSB法）测试Ti40,AlloyC和TC4合金在3种气氛条件下的相对质量燃烧速度。结果表明：与TC4合金相比，Ti40和AlloyC均具有较好的阻燃性能，用氮气来稀释空气能够降低钛合金的燃烧速率。用扫描电镜（SEM）与X射线能谱（EDAX）观察分析了合金的燃烧产物、界面与基体，发现：当Ti40和AlloyC燃烧时，V优先迁移至表层，因而燃烧区表层氧化层为富V贫Cr，而燃烧产物与基体界面附近氧化层则为富Cr贫V。Ti40与AlloyC界面的富Cr贫V混合氧化层非常致密，既可抑制氧扩散入基体，又可阻碍基体中的V扩散进入燃烧区。TC4燃烧时，虽然Al优先迁移至表面与氧反应生成Al2O3，但该氧化层不连续不能有效降低燃烧速度，Cr,V元素均对合金燃烧时界面氧化层的致密化有重要作用。     

Ti-V-Cr和Ti-V-Cr-Al系合金的相变和析出

美国普拉特· 惠特尼公司将β钛合金的研究范围扩大到β稳定剂含量超过25wt%(质量分数)，目的使其能够应用在航空发动机中。该公司提出了Ti-22V-13Cr、Ti-22V-36Cr和Ti-40V-13Cr三种合金。Ti-35V-15Cr(Alloy-C)是另一种β钛合金，其特点是具有阻燃特性并在低于600℃的温度下具有良好的机械性能。 英国人发现，人们尚未查明高度合金化的β钛合金显微组织和相组成，所以他们以Ti-V-Cr和Ti-V-Cr-Al系为主在这方面做了对比研究。 采用等离子将原料熔炼成重750g~1200g、φ100mm的钮扣锭，除了Ti-35V-15Cr合金的碳含量较高(0.075%)外，…     

Al元素对Ti-V-Cr系阻燃钛合金热强性影响的研究

制备了Ti-25V-15Cr-0．2Si和Ti-25V-15Cr-2Al-0．2Si2种阻燃钛合金，分别测试其在不同热暴露和蠕变工艺条件下的热稳定性能和蠕变性能，并观察了组织。结果表明，Al元素提高了Ti—V-Cr系阻燃钛合金的室温力学性能，降低了热稳定性能和抗蠕变性能；在实验的热稳定和蠕变工艺参数下，2种合金中只存在a相和Ti5Si3相，没发现其他过渡相和中间化合物；在热暴露和蠕变过程中，组织稳定性降低，Al元素的添加促进了a相和Ti5si，相的析出，降低了Ti-V-Cr系阻燃钛合金抗蠕变性能和热稳定性能。     

两种Ti—V—Cr系阻燃钛合金在450℃～650℃下的高温氧化行为

研究了稳定β型钛合金ZT1(Ti-25V-15Cr)和ZT2（Ti-35V-15Cr）在450℃～650℃温区内氧化时的氧化行为，研究结果表明，在低于500℃氧化时，合金氧化的主导因素是合金中钛元素的氧化；高于500℃氧化时，合金中的钒元素以钒氧化物的形式存在是合金氧化的控制因素。     

混合元素法激光立体成形Ti-6Al-4V的组织及性能研究

以Ti、Al、V混合元素粉末为原料激光沉积Ti-6Al-4V,并对沉积态试样的组织演化及力学性能进行研究.结果表明,与采用预合金Ti-6Al-4V粉末为原料所获得的沉积试样的凝固组织特征有所不同,采用混合元素粉末为原料获得的沉积试样的凝固组织随激光功率的提高逐渐由等轴晶转化为柱状晶,熔池内合金化过程所产生的混合热的扰动作用是导致低功率条件下等轴晶形成的原因.原始β晶粒内的微观组织由大量的魏氏α板条和一定体积分数的板条间β相组成.这与采用预合金粉末基本相同.混合元素法激光立体成形Ti-6Al-4V的氧含量仅约0.1wt.%,沉积态Ti-6Al-4V的室温拉伸性能超过锻件标准要求.     

激光功率对激光熔化沉积Ti-6Al-4V-0.25C合金组织和性能的影响

采用含0.25wt.%C的Ti-6Al-4V预合金粉末进行激光熔化沉积实验,研究了激光功率对Ti-6Al-4V-0.25C合金组织和性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4V-0.25C合金微观结构为等轴晶粒形貌,晶粒内部形成了层状α+β结构,并且平均晶粒尺寸和α板条尺寸均随着激光功率的增加而逐渐增加。此外,随着激光功率的增加,合金拉伸性能得到明显提升,特别是在激光功率为1500 W时制备的合金样品,极限抗拉强度和伸长率分别为1191 MPa和8.3%。一方面,这是由于激光功率增加使得合金孔隙率显著降低;另一方面,Ti-6Al-4V合金中含有微量的C元素,在冷却/凝固过程中,大多数的C原子固溶在Ti基体中,造成固溶强化。     

阻燃钛合金研究进展

美国和俄罗斯已研制出阻燃钛合金,且美国研制的Alloy C或Ti1270(Ti-35V-15Cr)阻燃合金已在先进的F119发动机上得到应用,Alloy C合金具有良好的综合性能;俄罗斯研制的BTT-1和BTT-3(均为Ti-Al-Cu系)阻燃钛合金,已通过地面试车。国内近几年开始研究     

Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al合金的高温变形行为

Ti-6Al－4V合金的热加工性能好，但冷加工性能差，没有机械加工就难以制成高精度产品．而卢钛合金在固溶态的户单相具有优良的冷加工性，通过时效处理拆出。相，可得到比Ti-6Al－4V更高的强度，如Ti－15V－3Cr－3Sn－3Ai（Ti－15－3）合金经轧制、锻造已用于航空部件、高尔夫球     

钒和铬对Ti40阻燃钛合金力学性能的影响机制

以Ti40合金为基础,配制4种不同V和Cr含量的合金,测试其在锻造、热处理、热暴露和蠕变条件下的相关力学性能,并观察其组织。结果表明：合金元素V和Cr对Ti40合金室温力学性能、蠕变行为和组织的影响具有相似性,即随V和Cr含量的降低,合金室温综合力学性能变化不明显、抗蠕变能力减弱、组织粗化;这与V和Cr同属于β稳定元素、且原子半径都小于Ti原子有关;而V和Cr对于热稳定性能的影响则完全相反,V含量的增加或Cr含量的降低合金热稳定性能优化,其主要原因可能与V属于同晶型β稳定元素而Cr属于共析型β稳定元素有关。     

激光快速成形Ti-6Al-4V合金力学性能

采用实验研究的方法，对激光快速成形Ti-6Al-4V合金的力学性能进行了探讨。结果发现：和锻造件相比，激光快速成形沉积态Ti-6Al-4V合金的拉伸性能具有高强低塑特点和更显著的各向异性；成形试样的组织、氧含量和冶金缺陷都将影响到拉伸性能，其中组织的影响最显著，其次为氧含量和熔合不良缺陷：对于氧含量符合GJBGJB2921-1997标准的激光快速成形Ti-6Al-4V合金，经固溶时效热处理后所获得的网篮组织综合性能最好，不论是强度指标还是塑性指标都高于锻件标准。     

Ti—40阻燃钛合金中的第二相

研究了Ti-40(Ti-25V-15Cr-0.2Si)阻燃钛合金中的第二相及其对合金性能的影响。研究结果表明：固溶温度升高,Ti40合金析出第二相的趋势增大;低于850℃固溶,合金中没有第二相析出,高于850℃固溶,合金中析出棒状α相和少量Ti5Si3相;910℃固溶＋600℃时效,合金存在第二相有α和Ti5Si3相;860℃固溶＋600℃时效,合金仅存在Ti5Si3相,固溶时效态存在的第二相对合金的性能没有明显影响,540℃,100h热暴露,合金中存在的各种形态的α相和Ti5Si3析出物,明显降低合金的热稳定性能。     

合金元素对典型阻燃钛合金燃烧行为的影响

阻燃钛合金是飞机发动机核心部件中的重要材料，由于钛合金燃烧过程难以控制，燃烧参数难以获得加大了研究难度。论文以典型阻燃钛合金Ti40和Ti14为研究对象，利用高速摄影在不同氧分压环境下通过直流点火研究其燃烧行为，探索其燃烧过程中的氧扩散过程，明确合金元素对阻燃行为的影响 。研究发现两种合金燃烧后均形成分层结构，Ti40合金中Cr和V元素向外扩散，和氧反应生成Cr2O3/V2O5，密度高于TiO2的密度，Ti原子很难通过Cr2O3向外扩散与氧反应，提高燃烧表面致密度，抑制氧的扩散；而对于Ti14合金，共析反应生成大量的液相，富Cu相包裹Ti相球化晶粒形成Cu元素富集层，隔离氧并减少钛与氧的接触，从而降低氧向基体的扩散速率，同时Cu相的包裹作用增加氧扩散的距离，氧需要更多的能量扩散与Ti接触并反应，从而抑制了反应的发生。