微量硼元素添加对Ti6Al4V-xB组织及性能的影响

采用高真空非自耗熔炼及吸铸方法制备不同硼含量的Ti6Al4V-xB(x=0,0.05,0.1,0.5,质量分数,%)合金,将合金在900℃下进行2 h保温退火。研究了不同微量硼元素添加对Ti6Al4V-xB的铸造显微组织及力学性能的影响。结果表明,微量硼元素的添加影响了钛合金高温形核过程,在固-液前沿富集B元素阻碍初始β-Ti长大,有效细化钛合金晶粒,当硼含量超过0.1%时,则有TiB相的析出。Ti6Al4V-xB合金的强度极限随硼含量的增加单调上升,由893 MPa变为966 MPa,这是细晶强化和析出强化共同作用的结果;合金的塑性则是先升高后降低,Ti6Al4V-0.05B的塑性提高了15%,而Ti6Al4V-0.1B与Ti6Al4V-0.5B的塑性则降低了50%,是因为析出脆性的Ti B相,形成脆性断裂敏感带。     

Ti-6Al-4V丝材电弧增材制造钛合金的组织与性能

以Ti-6Al-4V丝材为原料,电弧为热源将钛合金丝材进行熔融,逐层堆积,用快速增材制造技术制备钛合金,并对合金的凝固过程、组织形貌和力学性能进行分析。结果表明,在丝材电弧增材制造过程中,开始堆积的1~2层为柱状晶,随后的堆积层则以等轴晶的方式生长。而且电弧的高热量输出,使得每个堆积区-熔合区-堆积区得到了有效的冶金结合,没有明显的界面和钛马氏体,各区域的显微组织均为稳定的α+β片层组织以及接近的显微硬度值。与铸态Ti-6Al-4V合金相比,电弧增材制造的钛合金不仅初始β晶粒细小,而且α+β片层间距也较小,其抗拉强度相比铸态提高3.6%,延伸率提高37%,拉伸断口为韧窝状的韧性断裂,与铸态合金存在一定撕裂棱的准解理断口形貌差异明显。     

TC4钛合金丝材焊件冲击失效分析

采用钨极氩弧焊接工艺获得TC4钛合金丝材防护架,随后对其进行冲击试验,发现多处焊接点发生断裂失效。为此,研究了TC4钛合金丝材焊接处的组织、显微硬度以及断口形貌。结果表明,在快速加热及冷却的热循环作用下,焊件焊合区域产生马氏体相,主要以α''相形式存在,另有少量的α″相;焊合区域的局部显微维氏硬度平均值达5.5 GPa,是母材区域硬度值的近1.5倍;相比于TC4钛合金丝材弯曲断裂的韧性断口形貌,焊件断口存在解理台阶,为脆性断裂,这主要归结于马氏体的存在使得焊接处塑性和韧性降低。     

基于CAFE模拟钛合金丝材电弧增材制造凝固过程的组织演变

采用CAFE(Cellular automation finite element)对Ti6Al4V合金丝材电弧增材制造的快速凝固过程进行模拟计算。通过建立不同阶段(堆积层)的三维模型,建立晶体形核与生长模型,并结合三维热传导(包含结晶潜热释放)模型,研究了不同阶段的温度场对固-液转变、初始β晶形核及生长等影响。结果表明:初始阶段初始β晶取向杂乱且晶粒尺寸细小;随着增材高度的增加,水平方向温度梯度变缓,平均固-液转变糊状区域宽度增加,初始β晶平均晶粒尺寸增加,晶体取向趋于热流传递方向(垂直于冷基板方向);其模拟结果与实际增材制造后的初始β晶组织形貌基本一致。     

多次烧结对钨铜合金组织与性能的影响

对熔渗法制备的钨铜合金(CuW80)分别进行了3、6、9次烧结。采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、压汞仪等表征手段,研究了烧结次数对CuW80合金组织和性能的影响。结果表明:随着烧结次数的增加,CuW80合金中钨颗粒直径逐渐增大并连接,铜相分布更加均匀,多次烧结未见新相生成;经过3次烧结后,试样孔隙率由最初的0.5185%变为2.0516%,孔径增加主要集中在0.5~3μm范围内,但9次烧结后试样的孔隙率大大降低;合金硬度由烧结前的HB 204变化至烧结后的HB 188;试样电导率由25.06 mS/m降低至21.92 mS/m;合金密度较烧结前降低了1.2%。     

Ti-6Al-4V线材电弧增材制造的组织与性能研究

本文采用Ti-6Al-4V线材为原料,以电弧为热源将钛合金丝材进行熔融,逐层进行堆积的快速增材制造,并对合金的凝固过程、组织形貌和力学性能等进行分析。结果表明,在丝材电弧增材制造过程中,在开始堆积的1~2层为柱状晶,随后的堆积则以等轴晶的方式生长。而且电弧高的热量输出,使得每个堆积区-熔合区-堆积区得到了有效的冶金结合,没有明显的界面和钛马氏体,各区域的显微组织均为稳定的α+β片层组织以及接近的显微硬度值。与铸态Ti-6Al-4V相比,电弧增材制造的钛合金不仅初始β晶粒细小,而且α+β片层间距也较小,其抗拉强度相比铸态提高3.6%,延伸率提高37%,拉伸断口为韧窝状的韧性断裂,与铸态合金存在一定撕裂棱的准解理断口形貌差异明显。     

TA15钛合金真空自耗电弧熔炼过程中的富钛偏析研究

通过超声波探测、显微组织观察、能谱分析及显微硬度测试等一系列表征方法,分析了实际工业生产中TA15钛合金棒材出现的富钛偏析问题。结果显示,富钛偏析区域经抛光腐蚀后呈亮白色,为α单相组织,合金元素较少,硬度低于基体。结合熔炼工艺过程分析发现,由于一次锭起弧熔炼阶段电流较小,熔炼温度较低,部分中间合金提前熔化,少量海绵钛颗粒未熔化就掉入熔池,产生富钛偏析。并且由于二次熔炼时富钛偏析处于炉内焊接部位,重熔并不能将其完全消除。通过减少或取消铸锭炉内焊接,以及对需要焊接的半成品铸锭底部进行车削处理,能够减少钛合金中的富钛偏析。     

晶粒尺寸与钨铜合金相关性的研究

采用不同粒度钨粉和循环热处理分别制备出不同晶粒尺寸的Cu W70合金。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和拉压万能试验机研究合金的组织结构和性能,结果表明:采用粒径分别是80 nm,6~8μm和30~35μm的钨粉,经混料成型和熔渗烧结可以制备出晶粒尺寸分别为0.52,5.18和20.69μm的钨铜合金;1300℃多次烧结或热处理可以改变钨铜合金的晶粒尺寸,其规律是随热处理次数的增加晶粒尺寸先减小后增大,但变化幅度不大。室温下,钨铜合金硬度、抗压强度和相对密度随晶粒尺寸的增大而减小,电导率则随晶粒尺寸的增大而升高,当晶粒尺寸由0.52μm变为20.69μm时,硬度、抗压强度、相对密度、电导率分别从HB 202,1232.17 MPa,99.2%,42.8%IACS变化为HB 179,1116.31 MPa,97.5%,44.6%IACS;而高温下,粗晶粒钨铜合金表现出良好的抗蠕变性能,随晶粒尺寸的减小合金的蠕变寿命变短,晶粒尺寸由0.52μm变为20.69μm时,合金蠕变寿命由26.3 h持续到87.2 h。细晶钨铜合金相对于粗晶的首击穿烧蚀面积大,击穿坑多而浅,100次电击穿后,表面均有铜的飞溅沉积,出现大量的孔洞和裸露的钨骨架,晶粒越粗该现象越明显。     

TC4钛合金丝材焊件冲击失效分析

采用钨极氩弧焊接工艺获得TC4钛合金丝材防护架,随后对其进行冲击试验,发现多处焊接点发生断裂失效。为此,研究了TC4钛合金丝材焊接处的组织、显微硬度以及断口形貌。结果表明,在快速加热及冷却的热循环作用下,焊件焊合区域产生马氏体相,主要以α'相形式存在,另有少量的α″相;焊合区域的局部显微维氏硬度平均值达5.5 GPa,是母材区域硬度值的近1.5倍;相比于TC4钛合金丝材弯曲断裂的韧性断口形貌,焊件断口存在解理台阶,为脆性断裂,这主要归结于马氏体的存在使得焊接处塑性和韧性降低。