固溶温度对TC4钛合金微观组织和动态拉伸力学性能的影响

为揭示固溶温度（850、920、960℃）对TC4钛合金微观组织和动态拉伸力学性能的影响,采用XRD、SEM和EBSD方法对材料晶体结构、微观组织和晶粒取向等特征进行分析,选取分离式霍普金森拉杆（SHTB）实验装置进行了材料的动态拉伸力学性能测试,构建了Johnson-Cook(J-C)本构模型,开展了动态拉伸断口形貌分析。结果表明：随固溶温度的升高,材料中α/α′含量升高,初生α相含量降低,针状α′含量升高,晶粒尺寸减小且择优取向强度增大;TC4钛合金具有明显的应变率强化效应,随固溶温度的升高,材料屈服强度和维氏硬度逐渐增大,断裂延伸率降低;动态拉伸断口整体表现为韧性断裂,随固溶温度升高,材料塑性降低,在固溶温度960℃时,试样韧性断裂特征不显著。本研究结果可为TC4钛合金力学性能调控及抗冲击设计提供方法和数据支撑。     

固溶温度对3D打印TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

对3D打印TC4钛合金进行不同温度固溶+490 ℃时效处理,通过显微组织观察和力学性能试验对其微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,3D打印TC4钛合金在原始沉积态时为不均匀的网篮组织,经固溶时效处理后,随着固溶温度的升高,组织中α相先以片状的形式生长于完整的原始晶界附近,再逐渐转变为粗大的板条状,强度逐渐升高而塑性有所降低,当固溶温度为920 ℃时,强度达到最大值,为1100 MPa。当固溶温度超过960 ℃时,α相逐渐被溶解,强度逐渐下降,同时塑性也表现较差。经扫描电镜观察,不同固溶温度下拉伸断口的宏观形貌均呈暗灰色,经890~960 ℃固溶+490 ℃时效处理的TC4钛合金,其微观形貌中存在的大量韧窝,可以判断出其断裂机制为韧性断裂。结合不同固溶时效处理后钛合金的显微组织及力学性能变化可以得出,经920 ℃固溶+490 ℃时效处理后的3D打印TC4钛合金具有较好的综合力学性能。     

固溶时效对TC21钛合金准β锻后组织性能的影响

对TC21钛合金进行准β锻造,再进行固溶时效热处理实验,研究了不同固溶时效热处理制度对合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明,TC21钛合金通过准β锻造后,再经固溶时效热处理工艺处理后,合金的微观组织呈现典型的网篮组织。随着固溶温度的上升,片状α相含量和长度显著降低,同时合金强度增加,而塑性变化呈相反趋势。随着时效温度的上升,对片状α相的影响略小,但次生α相的厚度此时显著增加,此时合金强度降低,塑性提高。断口形貌则随着固溶温度的升高,断口表面和裂纹扩展路径愈发平坦。断裂韧性值呈现下降趋势,但会随着时效温度的升高而提高。合金最大断裂韧性值可达66MPa·m1/2。考虑合金的强度、塑性和断裂韧性之间的良好匹配,经综合分析可得,TC21钛合金准β锻后最佳热处理制度为:870 ℃/2 h,AC+590 ℃/4 h,AC。     

准β热处理工艺对TC4-DT钛合金组织和拉伸性能的影响

研究了不同准β热处理工艺对TC4-DT钛合金显微组织和力学性能的影响，并对显微组织、力学性能断口形貌进行了对比分析。结果表明随着固溶温度从Tβ+10℃升高到Tβ+25℃，合金初生片状α相长宽比变大，次生α相含量升高，塑性下降，抗拉强度升高。冷却速率的下降对于初生片状α相有粗化效果，降低初生片状α相的长宽比，对应的抗拉强度升高，塑性降低。固溶时间的延长，初生片状α相宽度变大，长宽比下降，次生片状α相长宽比变大。TC4-DT钛合金拉伸断口存在大小不一的韧窝，随固溶温度的升高和时效时间的延长，试样拉伸断口韧窝的尺寸均有不同程度的变大，同时出现了少量的撕裂棱，试样的断裂机制为以韧性断裂为主并伴有准解理断裂。     

固溶时效对TC20钛合金显微组织和力学性能的影响

对TC20钛合金进行不同的固溶时效处理,通过室温拉伸试验和平面应变断裂韧性试验,结合光学显微镜、扫描电镜和显微维氏硬度计等测试方法,分析了不同的固溶时效处理工艺参数对TC20钛合金显微组织、力学性能和断口形貌的影响。结果表明:当固溶温度一定时,随着时效温度的升高,合金的强度和硬度提高,塑性和韧性下降。当固溶时效工艺为950℃/0.5 h(水冷,WQ)+500℃/4 h(空冷,AC)时,合金可实现良好的强韧性匹配,此时合金的抗拉强度为1106 MPa,屈服强度为1019MPa,断裂韧性高达87.6MPa·m1/2。未经固溶时效处理的锻态TC20钛合金拉伸和紧凑拉伸(CT)试样,其断口呈现典型的韧性断裂形貌特征,而经不同固溶时效处理的试样断口主要以准解理断裂和解理断裂为主。随着时效温度的升高,拉伸试样断口表面逐渐出现二次裂纹和空洞,塑性逐渐降低,CT试样的韧窝尺寸逐渐变小变浅,断裂韧性逐渐降低。     

冷却速率对TB17钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了不同冷却速率对TB17钛合金固溶态和固溶时效态的相组成、显微组织、拉伸性能和断裂韧度的影响。结果表明：TB17钛合金以不同的冷却速率进行固溶处理后,其显微组织均由残余β相以及其上分布的尺寸不一的片层状α相组成,仅发生了β→α相变,未发生β→ω相变和β→α’’等相变;随着冷却速率的降低(由水冷到炉冷),其拉伸强度呈现逐渐增加的趋势,而拉伸塑性则先降低后升高。经固溶时效处理后,TB17钛合金的显微组织均由粗片状初生α相、残余β相以及其上弥散分布的细片层状α相组成;由于固溶冷却速率不同,使得在时效过程中析出的细片层状α相的大小和形态各不相同。随着冷却速率的降低,TB17钛合金的拉伸强度呈现逐渐减小的趋势,而拉伸塑性则呈现逐渐升高的趋势,同时断裂韧度亦呈现逐渐增大的趋势,尤其是炉冷的固溶时效态合金,其断裂韧度达到了148.06 MPa·m^1/2。     

固溶温度对TC18钛合金组织与力学性能的影响

研究了不同固溶温度条件下TC18钛合金的组织与力学性能。采用光学显微镜、维氏显微硬度仪、电子万能试验机、疲劳试验机和扫描电子显微镜(SEM)对不同温度固溶处理条件下TC18钛合金试样的显微组织、显微硬度、拉伸性能、疲劳性能和微观疲劳断口特征进行了观测。试验结果表明:随着固溶温度的升高,初生α相含量减少,尺寸变小,当固溶温度超过860℃时,晶粒发生粗化;冲击韧度值先升高后下降,固溶温度860℃左右时,其数值最大;抗拉强度呈现为递减趋势,延伸率呈现为先上升后下降的趋势;冲击断口与拉伸断口均为韧窝形貌,固溶温度的改变对TC18钛合金的断裂模式无影响。     

超低间隙TC4-DT钛合金厚板显微组织与力学性能研究

研究了固溶+时效处理对超低间隙TC4-DT钛合金厚板显微组织和力学性能的影响。结果表明，固溶温度会显著影响TC4-DT钛合金厚板组织中初生α相和次生α相的含量及尺寸，提高固溶温度可以适当提高板材的强度及断裂韧度。固溶处理冷却速率较快时(水冷和空冷)，会析出细针状和板条状的片层组织，主要提高板材的断裂韧度。当固溶温度为945℃，且经水冷或空冷后可以获得强度-塑性-韧性匹配良好的TC4-DT钛合金厚板。     

热处理及预拉伸对TC4-0.55Fe合金组织和力学性能的影响

本文研究了具有双态组织的钛合金Ti-6Al-4V-0.55Fe(TC4-0.55Fe)在不同热处理制度（固溶时效、双重退火）和引入预拉伸对微观组织及力学性能的影响,并分析了合金显微组织与力学性能之间的联系。通过对双态组织的 TC4-0.55Fe采用固溶时效和双重退火热处理后微观组织和力学性能进行比较,发现两种热处理方式下随着时效和低温退火温度升高合金中微米级的片层α相厚度均逐渐增大、强度降低、塑性提高。固溶时效热处理下随着时效温度的升高合金屈服强度从530℃的873MPa下降到590℃的862MPa,而延伸率提高3.2%。双重退火热处理试样的屈服强度随着低温退火温度的升高逐步降低,但是延伸率相比于固溶时效有了很大提高,最好可达到23.6%。由于普通热处理对钛合金强度提升不明显,时效和低温退火温度均为590℃时,双重退火试样塑性更优于固溶时效,所以选择该试样引入预拉伸强化,对其在固溶和低温退火中间进行预拉伸。引入预拉伸后,晶粒发生了明显的变形,进行时效强化后合金组织无沉淀区（PFZ）中析出大量细小的二次α相（αs）,引入预拉伸后进行时效可以在提升钛合金屈服强度的同时只降低极少的塑性,其中预拉伸形变1%的试样等轴晶含量最高,强度较引入预拉伸前提高68MPa,延伸率仅下降4%,力学性能最优。通过本文研究可知,TC4-0.55Fe钛合金在经过固溶处理后继续进行预拉伸和时效处理,可以有效提升合金的综合力学性能。     

固溶处理对TC11钛合金组织与性能的影响

通过光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪以及室温拉伸性能测试,研究TC11钛合金分别在955、975、995和1015℃固溶处理后的微观组织与力学性能的对应关系。结果表明,合金原始锻态显微组织为α+β两相区锻造形成的双态组织,以α_p相和β转变组织为主。经固溶处理后,原始锻态组织中被扭转和拉长的α_p相随着固溶温度升高逐渐变小、变圆,同时体积较小的α_p相逐渐消失。固溶温度为995℃时,合金强度达到最大值,抗拉强度(R_m)为1403 MPa,屈服强度(R_p0.2)为1158 MPa;固溶温度为955℃时,合金塑性最佳,断后伸长率(A)为9.5%,断面收缩率(Z)为32%。当固溶温度位于两相区时,其拉伸断口微观形貌相似,均以韧窝为主;当固溶温度位于单相区时,断口形貌结晶状明显,且有较大的撕裂棱,在岩石状表面有大量撕裂状小韧窝。     

时效处理对TC4钛合金微观组织和力学性能的影响

采用固溶后的TC4钛合金分别在450、500、550、600和650℃条件下进行时效处理,并通过金相观察、力学性能检测和断口形貌观察研究了时效处理对TC4钛合金的微观组织和力学性能的影响。结果表明,随着时效温度的升高,TC4钛合金的强度先升后降,在550℃达到最大值。金相观察发现,550℃时所得组织较为细小且析出相数量多,因此有较好的弥散强化效果。断口的宏观形态呈暗灰色,且观察不到放射区;同时在断口的微观形貌中可观察到清晰的韧窝,可以判断出其断裂机制为韧性断裂,这说明材料具有较好的塑性。综合可知,TC4钛合金经550℃时效处理可得良好的综合力学性能。     

热处理工艺对Ti-3Al-6Mo-2Fe-2Zr合金组织和性能的影响

采用OM、SEM和XRD等方法研究了固溶时效热处理对近β型钛合金(Ti-3Al-6Mo-2Fe-Zr)显微组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明,随着固溶温度的升高,初生α相的含量逐渐降低,经930 ℃固溶处理后,合金为单一β相。固溶温度在830 ℃以下时,随着固溶温度的升高,初生α相逐渐转变为β相,第二相强化作用减弱,合金强度逐渐降低,塑性逐渐提高,断裂方式为微孔聚集型;固溶温度在830 ℃以上时,随着固溶温度的升高,β相晶粒逐渐粗化,合金强度降低,塑性下降,断裂方式由微孔聚集型断裂向解理断裂转变。随着固溶温度从780 ℃升高至930 ℃,初生α相的含量降低,β/α相界逐渐减少,耐腐蚀性能提升。经780 ℃固溶1 h(水冷),500 ℃ 时效6 h(随炉冷却)处理后,细小针状的次生α相于亚稳β相中沉淀析出,合金强度显著提高,但塑性下降。     

异步热轧及热处理对钛合金TC4组织和力学性能的影响

研究了异步热轧及固溶时效处理对钛合金TC4显微组织和力学性能的影响。结果表明:异步轧制后表层晶粒尺寸较中心层小。固溶时效处理较退火处理的合金综合性能好。在α+β两相区固溶时效,随着固溶温度的升高,合金强度先升高后降低,塑性先降低后升高。固溶温度相同时,随着时效温度的升高,合金的强度降低,塑性提高。     

两相区热处理对TC4-DT钛合金断裂韧性的影响

主要讨论了TC4-DT钛合金中初生α相的形态和数量对合金断裂韧性的影响。试验通过相变点以下不同温度的热处理获得不同的微观组织,分析组织中α相的形态和数量对合金断裂韧性的影响规律。结果表明:两相区不同温度热处理,随着固溶温度升高,初生α相含量降低,晶粒尺寸变化不大,次生α相含量增加,长宽比增加,断裂韧性增加。相变点以下炉冷处理,显微组织比同条件处理的空冷组织的初生α相晶粒尺寸增大,片层α相厚度增加,合金的断裂韧性明显提高,并通过裂纹扩展断口进行了断裂机理分析。     

成分梯度对激光沉积制造TC4/TC11连接界面组织和性能的影响

通过对不同成分梯度激光沉积TC4/TC11钛合金试样沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能、拉伸断口、室温耐磨性能及显微硬度进行对比研究,探索改善激光沉积TC4/TC11钛合金组织,进而提高综合力学性能的途径。结果表明,当固溶时效热处理温度升高至970℃时,TC4/TC11钛合金显微组织中α板条的长宽比更小,其中球状α相和短棒状α相数目明显增多,且具有3层过渡区的显微组织更为均匀有序,过渡界面基本消失;不同成分梯度的固溶时效态试样的强度和塑性随着过渡层数的增加而增加;过渡层为1层和3层试样的摩擦系数曲线相似,过渡层为0层试样的摩擦系数较小,且不同成分梯度的固溶时效态试样磨损机理均主要为剥层磨损和黏着磨损;不同成分梯度试样的硬度排序为:沉积态去应力退火态固溶时效态。     

等温淬火对TC21钛合金微观组织和力学性能的影响

研究了TC21钛合金在两相区固溶后直接在较低温度保温一定时间水冷到室温(等温淬火)获得的组织与力学性能。将试样在900℃固溶0.5 h,分别在600～60℃温度范围等温保温1 h后水冷到室温,观察微观组织特征,测试宏观和显微硬度以及拉伸性能。结果表明:从600℃到400℃,次生α相宽度逐渐减小;从400℃到60℃,次生α相宽度几乎保持不变。宏观维氏硬度与β转变基体的微观维氏硬度变化规律相同。随着等温淬火温度提高,延伸率和断面收缩率缓慢增加。TC21钛合金的硬度、强度随着次生α相宽度的减小而升高。300或400℃等温淬火所得组织的强度与塑性的匹配性最好。     

固溶温度对TC11钛合金组织和性能的影响

通过OM和SEM研究了固溶温度对初始状态为片层组织的TC11钛合金的组织和性能的影响.结果表明,随固溶温度的升高,TC11钛合金中α组织形态从短条状逐步转变为细长针状,其抗拉强度和屈服强度随固溶温度的升高而上升,断面收缩率和伸长率下降,特别是断面收缩率下降幅度较大;拉伸断裂方式为沿晶韧性断裂.     

固溶时效对新型高强耐蚀钛合金组织与性能的影响

以一种新型高强耐蚀钛合金为研究对象,对钛合金热轧板材进行了固溶时效处理,研究了固溶时效工艺对新型高强耐蚀钛合金板材微观组织、力学性能与腐蚀性能的影响规律。结果表明:当固溶温度由900℃升高至930℃,板材中等轴α相和β转变组织明显增多,且皆为等轴组织形貌;当固溶温度升高至960℃时,板材中等轴α相和β转变组织减少,并出现大量针状次生α相,其组织由等轴组织转变为双态组织。随固溶温度升高,板材强度和硬度增加,塑性逐渐降低;而腐蚀电流密度和腐蚀速率先降低后增加。新型高强耐蚀钛合金板材900℃固溶30min、580℃时效3 h后综合力学性能最佳,其耐腐蚀性能较好。     

固溶时效处理对TA10钛合金组织与力学性能的影响

选取TA10钛合金棒材,对其固溶时效热处理,随后使用光学显微镜、扫描电子显微镜研究其组织与力学性能的关系,结果表明：合金经固溶处理后,金相组织由初生α相和β转变组织组成,其中β转变组织由细小的次生α′相和残余β组成,此时组织为典型的双态组织,经时效处理后,会形成细小的次生αs相,时效温度越高αs相越细小;合金经固溶处理后,其抗拉强度为510 MPa,屈服强度为395 MPa,延伸率为23%,时效处理,使其强度增大,塑性降低,随着时效温度升高,趋势相同;仅经固溶处理后,合金的拉伸断口形貌是以等轴状的韧窝为主,断口形貌主要由韧窝构成,当合金再经时效处理后,断口微观形貌中会出现二次裂纹,当时效温度继续增大,断口微观形貌中出现明显的撕裂棱。     

固溶温度对电子束熔丝成形TC17合金组织与力学性能影响

研究了固溶温度对电子束熔丝成形TC17钛合金组织及力学性能的影响。结果表明：电子束熔丝成形TC17钛合金为柱状晶组织,柱状晶沿堆积高度方向生长,在柱状晶内部为细小的（α+β）板条构成的网篮状组织。随固溶温度升高,（α+β）→β转变更加充分,初生α相含量减少,初生α相含量和形态对材料的塑性有较大影响,因此塑性降低,强度上升。