粉末冶金Ti-5Al-2.5Sn ELI合金显微组织研究

采用包套热等静压工艺制备了粉末冶金Ti-5Al-2.5Sn ELI(extra low interstitial)合金,研究了热等静压温度、粉末粒度、后续热处理温度对合金显微组织的影响。当热等静压温度在800℃时,粉末体压坯显微组织保持颗粒形态,致密度为99.2%;当温度在900~940℃时,显微组织演变为完全致密、细小的等轴晶。在α相区热等静压温度下,包套中的Fe在基体中的扩散不明显;在α+β、β相区温度下,Fe在β相中向基体快速扩散,影响合金表面质量。粉末粒度越大,合金的平均晶粒尺寸越大,残留孔隙较多。在α相区热处理,显微组织仍为细小等轴晶;当温度升至1000℃时,出现热致孔隙。     

真空脱气对粉末冶金Ti2AlNb合金力学性能的影响

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数，x/%)的预合金粉末，并对预合金粉末的化学成分、表面状态及流动性等进行了表征。通过包套热等静压工艺制备了粉末冶金Ti2AlNb合金，研究了真空脱气对粉末冶金Ti2AlNb合金力学性能的影响。结果表明，超声气体雾化法制备的Ti2AlNb合金粉末化学成分批次稳定性好；从粉末填充的工艺性能方面考虑，热等静压成形应选取粒度小于250 μm以下的全粒度分布预合金粉末；真空脱气处理可减少粉末冶金Ti2AlNb合金的孔隙缺陷，提升合金拉伸性能的稳定性和高温持久寿命。     

固溶时效对热等静压制得的TC4钛合金组织与性能的影响

采用热等静压工艺对Ti-6Al-4V雾化预合金粉的粉末冶金技术进行了研究，采用不同的固溶温度、时效温度以及时效时间，研究了热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响。结果表明，采用预合金粉工艺制备的Ti-6Al-4V粉末钛合金材料性能良好，于965℃固溶并采用水冷，然后在470℃时效，试样的强度较好。     

物理分析法与金相法测定BT25钛合金相变点

针对BT25两相钛合金,对比研究了计算法、热膨胀法、差示扫描量热法和连续升温金相法4种方法测定(α+β)/β相变点的一致性问题。计算法根据各合金元素及杂质含量对钛合金相变点的影响值,推算出公式,得出BT25合金的相变点约为1023℃;热膨胀法和差示扫描量热法根据钛合金发生(α+β)→β转变时体积和热量的变化,测得BT25合金的相变点约分别为1029.2和1029.85℃;而连续升温金相法通过观察不同淬火温度的试样在光学显微镜下的显微组织变化,确定升温过程中初生α相完全消失的温度即为相变温度,约为1029℃。结果表明采用计算法、热膨胀法和差示扫描量热法与金相法测定BT25钛合金的(α+β)/β相变点一致,基于多种测定方法的综合运用对于钛合金相变点的准确测定具有重要意义。     

PREP法制备高温TiAl预合金粉末及其致密化坯体组织研究

采用等离子旋转电极雾化(PREP)法制备了高温Ti Al预合金粉末,该粉末粒度主要在46~150μm之间,其粒度呈现双峰分布。高温Ti Al预合金粉末的快速冷凝组织及相组成与粒度有关,一般大粒径粉末冷凝组织为枝状结构,小粒径粉末呈光滑状;该预合金粉末相主要由α2相组成,小于46μm粒径的粉末含有一定β相,大于200μm粒径的粉末出现γm相。不同粒度的粉末由于不同的相组织结构对热等静压致密化坯体组织具有一定遗传效应,粗粒度粉末在热等静压后坯体中易形成原始粉末颗粒边界或粗化的片层组织。     

TC17粉末钛合金HIP/IF复合工艺制备及组织性能演变

采用粉末热等静压(HIP)+等温锻造(IF)的复合工艺制备TC17粉末钛合金,并分析研究工艺过程中合金组织和性能的变化.结果表明:粒度<104 μm的雾化TC17合金粉末经热等静压后,合金成分均匀,显微组织为细针状的魏氏组织,室温抗拉强度为1210 MPa、延伸率仅为4%;经高低温慢速等温锻造后,合金密度得到进一步提高(99.9%),显微组织中的原始β晶粒得到完全破碎,获得了细小的等轴晶粒;固溶时效热处理后,大量等轴α相均匀地弥散分布于β转变基体上,α相尺寸很小,约1～2 μm.最终粉末合金室温抗拉强度为1210 MPa、延伸率高达16%,强度和塑性达到了良好的匹配,并且远远超过技术条件要求.     

锻造温度对BT25钛合金组织和性能的影响

BT25钛合金制航空发动机压气机盘因直径大、形状复杂,要采用等温锻造。研究了锻造温度对BT25钛合金组织与性能的影响。试验结果表明,等温锻造温度不同,合金的组织和性能也不同。与在α＋β两相区锻造和在（α＋β）→β相变点以上30℃锻造的相比,在（α＋β）→β相变点以下10～15℃的温度锻造,具有等轴α相、条状α相和β相的合金综合性能最佳。     

氢含量对置氢TC21粉末热等静压制件组织与性能影响

采用置氢钛合金粉末热等静压成形与钛合金热氢处理技术相结合的新工艺路线制备合金,研究了置氢量对置氢TC21合金粉末热等静压制件组织性能的影响规律。结果表明:随置氢量增加,置氢TC21合金粉末热等静压后制品密度逐渐增大;热等静压后制品的组织呈片层状、α/β集束状和网篮状组织,退火除氢后原始组织中片状和长条状的α/β集束得到破碎、细化;热等静压制件真空退火后抗拉强度呈逐渐升高的趋势,其拉伸端口形貌由长条状和片状组织沿晶韧窝断裂特征,向网篮组织穿晶和沿晶共存的断裂过渡,且两种组织的断裂都具有延性特征。     

热处理对热等静压Ti1023钛合金拉伸性能的影响

采用热等静压制备Ti1023(TB6)钛合金制件,再进行固溶时效处理,研究固溶时效前后Ti1023钛合金热等静压制件的拉伸性能和组织变化。结果表明,经固溶时效处理后,热等静压制备的Ti1023钛合金晶粒减小,晶粒呈等轴状,β相基体及晶界处有大量α相析出,晶粒内部析出α相为板条状,合金的强度显著增加,塑性减小。     

板坯组织类型及热处理工艺对Ti6321合金板材组织与性能的影响

结合力学性能测试和OM、SEM分析,研究了不同板坯组织类型和热处理工艺对Ti6321合金组织与性能的影响。结果表明：合金板坯的组织类型对轧制板材的组织与性能状态具有显著影响,经相同工艺轧制后,等轴组织板坯形成双态组织板材,魏氏组织板坯形成等轴组织板材。(α+β)/β相变点以下热处理,等轴组织板坯制备板材的纵、横向的屈服强度和抗拉强度低于魏氏组织板坯制备板材对应方向的强度,延伸率和冲击功则相反；随加热温度的升高,不同板坯组织制备的板材其屈服强度、抗拉强度略有降低,冲击功则急剧升高。高于(α+β)/β相变点热处理,两合金的拉伸性能和冲击功均明显下降。合金板材在α+β两相区热处理过程,初生α相对温度的敏感性高于对保温时间的敏感性。随着温度的升高,初生α相含量急剧下降,而次生片状α相含量明显增加。Ti6321合金板材适宜的热处理工艺为：(940℃～980℃)×(2～3)h。     

Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B合金板材的制备及其拉伸性能

采用感应熔炼气体雾化法制备Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.2W-0.15B预合金粉末,对预合金粉末进行表征,通过热等静压工艺制备TiAl基合金坯料.应用包套叠轧的方法轧制出TiAl基合金板材,对轧制的TiAl基合金板材进行不同相区的热处理,分别得到双态组织和全片层组织,对热处理后的TiAl基合金进行拉伸性能测试.结果表明:TiAl基合金的预合金粉末主要由α2相和少量γ相组成,热等静压致密化处理后的板坯组织细小均匀.拉伸实验表明,双态和全片层组织的TiAl基合金板材在高于700 ℃时,其塑性大幅提高;双态组织TiAl基合金板材的断裂形式主要以韧性断裂为主,而全片层TiAl基合金板材的断裂形式仍为脆性断裂.     

热处理工艺对不同组织类型的Ti6321合金板坯组织与性能的影响

结合力学性能测试和OM、SEM分析,研究了不同板坯组织类型和热处理工艺对Ti6321合金组织与性能的影响。结果表明:合金板坯的组织类型对轧制板材的组织与性能状态具有显著影响,经相同工艺轧制后,等轴组织板坯形成双态组织板材,魏氏组织板坯形成等轴组织板材。(α+β)/β相变点以下热处理,等轴组织板坯制备板材的纵、横向的屈服强度和抗拉强度低于魏氏组织板坯制备板材对应方向的强度,延伸率和冲击功则相反;随加热温度的升高,不同板坯组织制备的板材其屈服强度、抗拉强度略有降低,冲击功则急剧升高。高于(α+β)/β相变点热处理,2种合金的拉伸性能和冲击功均明显下降。合金板材在α+β两相区热处理过程,初生α相对温度的敏感性高于对保温时间的敏感性。随着温度的升高,初生α相含量急剧下降,而次生片状α相含量明显增加。Ti6321合金板材适宜的热处理工艺为:(940～980℃)/(2～3) h。     

热等静压参数对Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金组织与力学性能的影响

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备Ti-5Al-2.5Sn ELI预合金粉末,并对预合金粉末进行表征.研究了热等静压参数对Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金显微组织和力学性能的影响.结果表明,热等静压温度和压力的升高有助于提升粉末合金的致密度,当粉末合金的致密度大于99.5%时,粉末合金的力学性能可以达到锻造合金的水平.综合考虑粉末合金的致密度、显微组织和力学性能,Ti-5Al-2.5Sn ELI预合金粉末优选的热等静压工艺成型窗口为温度890~940℃,压力120 MPa以上,保温保压3 h.包套对热等静压压力有屏蔽作用,设计不当会降低粉末压坯的致密度.通过优化包套设计、热等静压参数和工艺途径可以有效抑制包套的屏蔽作用,提升粉末合金的致密度.     

包套设计对典型粉末钛合金拉伸性能的影响

采用热等静压工艺制备Ti-6Al-4V和Ti-60两种预合金粉末钛合金,研究两种不同包套形式对粉末合金拉伸性能的影响,采用SEM观察粉末合金的拉伸断口形貌,并利用MSC.Marc有限元分析软件对两种包套在热等静压过程中包套各部位的尺寸收缩进行模拟预测。结果表明:包套结构设计不合理时,焊缝在热等静压过程中存在泄漏的风险,进而会严重恶化粉末合金的性能;有限元模拟仿真可以辅助包套设计,提高效率,对制备粉末冶金近净成型构件有较为重要的工程应用意义。     

TiAl预合金粉末的表征和后续致密化显微组织特点

采用感应熔炼气体雾化法制备了TiAl预合金粉末.粉末粒度主要分布在100-250 μm,呈正态分布,粉末平均粒度为120.7 μm.TiAl预合金粉末的相组成与粒度分布有关,γ相所占比例越高,预合金粉末粒度越大.小粒度的预合金粉末主要由α2相组成;预合金粉末在温度高于500℃时效处理,发生α2→γ转变.TiAl预合金粉...     

热处理冷却方式对TC10钛合金组织与性能的影响

对不同温度加热后的TC10钛合金棒材进行水冷、空冷、炉冷3种不同冷却方式的处理,通过光学显微镜、扫描电镜以及拉伸性能和冲击性能试验,研究了合金在不同冷却方式下的组织和力学性能。结果表明,TC10钛合金锻棒原始组织中α相有两种形态,一种为初生等轴α相,另一种为次生α相。当加热温度低于相变点时,形成的组织以双态组织和等轴组织为主,当加热温度高于相变点时,合金组织以全片层β转变组织和粗片层β转变组织为主。3种冷却方式下,水冷后合金的强度最大,炉冷后合金塑性最好。合金在炉冷后的冲击性能最高,其次为空冷、水冷。当加热温度在两相区时,3种冷却方式下合金的拉伸和冲击断口形貌包含韧窝和解理面,高低起伏明显;当加热温度在单相区时,合金的拉伸断口形貌为结晶状,撕裂棱明显,冲击断口具有晶间断裂特征。     

粉末冶金钛合金致密化研究的进展

综述了粉末冶金钛合金致密化工艺及致密化机理研究的新进展。粉末冶金钛合金致密化工艺除采用传统的热等静压工艺外，注射成型、激光成型等新技术的应用可以得到相对密度达99％的烧结件，其拉伸性能达到甚至超过熔锻钛合金的水平；致密化理论方面的研究除扩散、蠕变及屈服机制外，钛合金中还有相变致密化机制与多组元合金元素的强化致密化机制。其中当粉末钛合金在理／口两相区温度下进行循环热压时，相变致密化起主要作用。当多组元粉末钛合金烧结时，促进液相形成或提供扩散通道的合金元素起强化致密化作用。这两种致密化机制在粉末钛合金烧结的实际应用中有重要意义。     

电子束增材制造技术用Ti-Ni预合金粉末性能研究

采用DSC、SEM 和XRD等测试手段研究和分析了电子束增材制造（EBM）技术用53~106 μm Ti-Ni预合金粉末的性能及其随热处理温度和热循环次数的变化规律。结果表明：预合金粉末粒度呈正态分布，粉末内部填充及球形度良好，适于EBM打印使用；随热处理温度的升高预合金粉末相组成不发生变化但组织和成分变得均匀，内应力和位错被消除，晶粒尺寸长大，使得其550 oC热处理后加热和冷却过程由多步相变转变为单步相变，650 oC热处理后相变点开始保持稳定，而750 oC热处理后达到最佳微烧结状态；预合金粉末在750 oC烧结热循环和保温过程中相组成、单步相变行为和相变点均不发生变化，具有良好的热循环稳定性；底板及粉末层采用750 oC预热温度成功制备出表面状态良好的Ti-Ni合金实体样品。     

粉末粒度偏析对Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金拉伸性能的影响

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备洁净的Ti-5Al-2.5Sn ELI预合金粉末,用热等静压包套技术制备全致密的Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末合金。采用常规工艺填充5种不同粒度分布的Ti-5Al-2.5Sn ELI粉末样品并进行热等静压处理,得到全致密的粉末合金;并采用长时间振实工艺填充一组粉末冶金样品。结果表明:以常规工艺填充的粉末样品制得的5组粉末合金压坯的气体含量处于同一水平,晶粒尺寸最大差异在10μm左右,合金的室温和低温拉伸性能无明显差异。长时间振实工艺填充粉末会引起大颗粒粉末聚集于包套上部、细小颗粒粉末则向下沉降的粒度偏析现象,该现象对粉末合金的室温性能无明显影响,但造成包套端部合金样品的低温塑性显著下降,下降幅度达50%。     

热变形TA15钛合金的显微组织和室温力学性能

通过等温恒应变速率压缩实验和X射线衍射、电子背散射衍射和透射电镜,研究了β区加热后在不同的变形温度和变形速率下变形水冷后TA15钛合金的微观组织;通过室温拉伸试验,对其抗拉强度和延伸率等性能进行了测试。结果表明,在α+β两相区压缩变形时,β转变组织中α相产生球化;水冷后发生β→α'马氏体相变。合金由球化α相、片状次生α相和针状马氏体α'相组成。在β相区压缩变形水冷后,合金主要为针状马氏体α'相。在相变点之上或之下的温度区间,随着变形温度的升高,合金的抗拉强度降低,延伸率增加;在相变点附近的温度过渡区间,随着变形温度的升高,合金的抗拉强度略有升高,延伸率降低。在相变点附近的两相区变形能获得较好的室温强塑性匹配。