Effect of Heat Treatment on Microstructure and Mechanical Properties of Ultra-fine Grained Ti-55511 Near β Titanium Alloy

采用热轧制备晶粒尺寸为0.1~0.5μm超细晶Ti-55511近β钛合金,利用SEM、TEM等手段研究热处理工艺对超细晶合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,在350~650℃的温度条件下,合金强度和硬度随温度的增加呈现先增高后降低的趋势,在450℃达到峰值1486 MPa;在450℃温度退火时,随着退火时间的延长,合金强度首先急剧上升至1536 MPa后趋于稳定,延伸率呈现先增加后下降的趋势。显微组织分析表明,合金在退火过程中主要发生回复现象,未发生明显的粗化长大现象,晶粒尺寸均<1μm。回复过程在消除加工硬化的同时促进了晶界/相界的稳定化,提高细晶强化作用;退火过程中发生的α→α2和β→ω→α相变过程,第二相粒子弥散强化效应增强。但是当第二相粒子尺寸增加至一定尺寸时,会显著降低合金的塑性。退火过程中合金力学性能的变化与强化机制的作用有关。     

热处理对超细晶Ti-55511近β钛合金显微组织和力学性能的影响(英文)

采用热轧制备晶粒尺寸为0.1~0.5μm超细晶Ti-55511近β钛合金,利用SEM、TEM等手段研究热处理工艺对超细晶合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,在350~650℃的温度条件下,合金强度和硬度随温度的增加呈现先增高后降低的趋势,在450℃达到峰值1486 MPa;在450℃温度退火时,随着退火时间的延长,合金强度首先急剧上升至1536 MPa后趋于稳定,延伸率呈现先增加后下降的趋势。显微组织分析表明,合金在退火过程中主要发生回复现象,未发生明显的粗化长大现象,晶粒尺寸均1μm。回复过程在消除加工硬化的同时促进了晶界/相界的稳定化,提高细晶强化作用;退火过程中发生的α→α2和β→ω→α相变过程,第二相粒子弥散强化效应增强。但是当第二相粒子尺寸增加至一定尺寸时,会显著降低合金的塑性。退火过程中合金力学性能的变化与强化机制的作用有关。     

退火处理对等通道转角挤压Fe-Mn-Si系合金回复应力的影响

研究了等通道转角挤压（ECAP）及后续退火处理对Fe19.04Mn4.98Si8.50Cr4.59Ni合金回复应力的影响.结果表明,挤压态合金的回复应力随退火温度的升高,先增加后降低,峰值出现在600℃左右.较低温度退火时,挤压态合金屈服强度很高,但平台回复应力很低,600℃退火后,平台回复应力达到最佳值180MPa.600℃退火处理后,挤压态合金的最大回复应力达到590MPa,室温回复应力达到540MPa,与固溶态合金相比都提高了两倍.微观分析显示,再结晶晶粒平均尺寸为5μm,比固溶态合金晶粒尺寸低两个数量级,细晶强化是基体强度和回复应力提高的主要原因.     

轧程中间退火工艺对高强β钛合金组织及性能的影响

以Ti-3. 5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0. 5Fe合金为研究对象,研究了冷轧过程中不同中间退火温度对合金轧制态、固溶态和时效态组织以及性能的影响。研究表明,冷轧板材的主要强化机制是加工硬化,轧程中间退火制度对加工硬化现象影响显著,α+β相区中间退火合金相比于β单相区中间退火合金加工硬化程度大,强度高,但伸长率低。冷轧合金板材经过750℃固溶处理2 min后晶粒尺寸显著细化,β单相区中间退火晶粒尺寸比α+β相区晶粒尺寸大。经过固溶处理后合金主要强化机制为细晶强化,α+β相区中间退火合金的晶粒尺寸小,强度和伸长率高于β单相区中间退火合金。冷轧合金板材经过750℃固溶处理2 min加550℃时效处理4、8和16 h后,在β基体上形成了大量的次生α相,随着时效时间的增长,次生α相的尺寸明显增大,合金强度先升高后下降,伸长率一直增加。α+β相区中间退火的合金形成了等轴的初生α相,其强度和伸长率均高于相同热处理状态下β单相区中间退火的合金。     

剧塑性变形及退火后Mg-Li合金的组织与力学性能

采用剧塑性变形工艺(等通道转角挤压和轧制)以及随后的短时间退火制备高性能Mg-Li合金,通过显微组织观察、扫描电镜分析、X射线衍射仪测试和室温拉伸测试等研究变形前后合金组织、力学性能及强化机制。结果表明:合金铸态晶粒粗大,主相为β相,α相分布于β相的晶界以及晶内;同时,晶内存在大量Al2Y和AlLi析出相。由于动态回复作用显著,合金变形时并未发生明显的动态再结晶现象;经短时间退火后,合金组织发生完全再结晶,其晶粒细化至27.1μm(12pra工艺,即等通道转角挤压、轧制及退火)。铸态合金的抗拉强度和伸长率分别为131.1 MPa和47.1%;经12pr(等通道转角挤压及轧制)变形后,合金的伸长率达到90.5%,而抗拉强度稍有提高,这主要受位错协调变形及动态回复作用的影响;退火后合金的伸长率显著降低而强度提高至237.6 MPa(12pra),出现退火致强化现象,其主要的机制是有限位错源强化及晶界强化。     

退火处理对稀土镁合金组织和性能的影响

研究了退火制度对一种稀土镁合金微观组织演变和力学性能的影响。利用光学显微镜和扫描电镜观察显微组织，用XRD进行物相分析和织构分析，并在万能拉伸试验机上进行了力学性能测试。结果表明，随着退火温度的升高，形变孪晶逐渐消失，变形晶粒发生回复和再结晶，平均晶粒逐渐长大，由200℃时的6.35μm长大到350℃时的12.45μm,增大了96.1%。退火时间对稀土镁合金晶粒尺寸和织构构成的影响较小。稀土镁合金的基体晶内和晶界处分布着Al₂Y相，在液相中结晶，同时在固相中析出，凝固过程抑制α-Mg结晶晶粒的长大，细化凝固态初始晶粒尺寸；Al₂Y相在形变和热处理过程钉扎再结晶晶粒晶界，细化晶粒。随退火温度的升高，屈服强度和抗拉强度先降低后升高，伸长率先升高后降低。稀土镁合金试样经300℃保温60 min的退火处理后可获得最低的屈服强度和抗拉强度，分别为158 MPa和215 MPa,最高的伸长率16.0%。     

退火温度对Ti-50.8Ni-0.1Zr合金的相变、组织和拉伸性能的影响

用示差扫描热分析仪、光学显微镜和拉伸试验研究了不同退火温度(Ta)对Ti-50.8Ni-0.1Zr合金相变行为、显微组织和拉伸行为的影响.结果表明:Ta=400℃时,合金冷却/加热时的相变类型为A→ R→M/M→R→A两阶段可逆相变,而Ta=500℃时,冷却/加热合金正逆转变为A→R→M/M→A,在M逆转变过程中没有出现R相.在Ta为600℃和700℃时,合金冷却/加热时发生A→M/M→A一阶段可逆转变.退火时,合金发生回复、再结晶和晶粒长大3个过程.Ta=350～450 ℃时,为回复阶段,合金组织为纤维状.Ta=500～600℃时,为再结晶阶段,合金组织由纤维状变为无畸变的等轴晶.Ta=650 ～700℃时,为晶粒长大过程,显微组织为不均匀的粗大等轴晶.随着Ta的升高,合金抗拉强度在减小,马氏体相变临界应力先增大后减小,Ta较高时伸长率显著增大,600℃以后随着晶粒尺寸增大,伸长率有所下降.     

退火温度对等通道转角挤压态铁基形状记忆合金力学性能的影响

研究了退火温度对等通道转角挤压(ECAP)Fe17.80Mn4.73Si7.80Cr4.12N i合金力学性能及显微组织的影响。结果表明,等通道挤压工艺能显著提高合金的屈服强度和抗拉强度,两道次挤压后合金的屈服强度达到880 MPa,比固溶态高660 MPa。退火温度从300℃升高到600℃时,合金屈服强度和抗拉强度降低,伸长率升高。挤压后经700℃×30 m in退火后,材料的伸长率达到40%,屈服强度达到426 MPa,再结晶基本完成,晶粒尺寸仅为0.3~2.5μm。细晶强化是该合金强度和伸长率提高的主要原因。     

退火温度对ECAP+CR制备的超细晶钛组织及性能影响

工业纯钛经105°模具1道次ECAP(equal channel angular pressing,ECAP)变形与冷轧(cold rolling,CR)复合变形获得超细晶钛,通过透射电子显微镜(TEM)、单向拉伸测试及显微硬度测试等方法,研究退火温度对ECAP+CR制备的超细晶钛组织及性能的影响。结果表明:超细晶钛平均晶粒尺寸约为130 nm,抗拉强度高达813 MPa;当试样的退火温度低于400℃时,组织内部无明显变化,强度、硬度下降缓慢,延伸率提高幅度不大;退火温度高于400℃时,晶粒尺寸逐渐长大,晶粒内部位错密度降低,强度、硬度快速下降;当退火温度达到500℃时,晶粒急剧长大,平均晶粒尺寸约为2μm。     

退火温度对超细晶工业纯钛组织和力学性能的影响

采用等通道转角挤压对工业纯钛进行加工,获得了超细晶工业纯钛,并对超细晶工业纯钛在不同温度下进行短时退火,研究了退火温度对超细晶工业纯钛组织和力学性能的影响,研究表明,超细晶工业纯钛经300～400℃低温短时退火后,晶粒尺寸没有明显增大,基面织构增强,强度得到提升,产生退火强化现象,且保持良好塑性。随着退火温度提高,超细晶工业纯钛晶粒发生明显长大,强度逐渐下降。     

微合金化元素Zr对5083铝合金组织和性能的影响

在实验室中用井式坩埚炉熔炼铸造了5083和5083+0.1Zr两种铝合金,轧制后在100～450℃范围内退火。通过金相显微镜、显微硬度计、扫描电镜、电子万能试验机、透射电镜对合金的铸态组织、板材纤维组织、力学性能、耐蚀性能、第二相粒子成分进行了分析,研究了微量元素Zr对5083铝合金组织性能的影响。结果表明,添加微量元素Zr能够细化合金组织,与未添加Zr相比,添加0.1Zr的5083合金的铸态晶粒尺寸从123μm降至73μm,并使第二相粒子Al₆Mn(Fe)尺寸变小;同时使晶间腐蚀坑变小,合金耐蚀性得到提高。添加微量元素Zr还能抑制合金板材再结晶,300℃退火1 h无明显再结晶现象;尤其是5083+0.1Zr合金经250℃退火1 h,抗拉强度为389.50 MPa,屈服强度为215.62 MPa,伸长率为18.2%,仍完全满足使用要求。     

计算机用镁合金的组织热稳定性及力学性能

对计算机用超细晶AZ31镁合金进行了退火处理,研究了退火温度和退火时间对组织热稳定性和力学性能的影响。结果表明,随退火温度的升高,合金的晶粒尺寸逐渐增大;晶粒尺寸随保温时间的延长逐渐增大,但随退火时间的延长,晶粒长大的速率逐渐降低;超细晶AZ31合金的屈服强度和维氏硬度与晶粒尺寸之间都很好地符合Hall-Petch关系。     

退火温度对TC6合金微观组织和力学性能的影响

研究了在普通退火和等温退火时,不同退火温度下TC6合金的微观组织演变过程及力学性能变化规律。结果表明:普通退火中随退火温度的升高,微观组织中细小的次生α相逐渐溶入基体相而消失,粗大的次生α相继续长大;最后发生再结晶,形成新的β晶粒在其内部析出新的针状组织。这一过程中合金室温强度呈抛物线形变化,并在850℃和870℃附近达到最大值约1090 MPa。等温退火中随退火温度的升高,微观组织中次生α相发生等轴化,由片层组织长大为等轴α相;并随退火温度的升高,等轴α相尺寸显著增加。这一过程中合金室温强度呈台阶式降低,当温度在850℃和870℃时,室温强度达到最大值约1000 MPa。     

电脉冲连续退火对AZ91镁合金带材组织和性能的影响

研究了电脉冲连续退火对冷轧时效态AZ91镁合金带材显微组织和力学性能的影响。结果表明:电脉冲退火在较低的温度下快速完成了α-Mg基体的再结晶,可显著细化晶粒。当退火温度为210℃时,α-Mg基体发生完全再结晶,其平均晶粒尺寸由冷轧态的约30μm减小为约7μm,带材的抗拉强度由冷轧态的410 MPa减小至334 MPa,断后伸长率由冷轧态的3.7%增大至23%。电脉冲退火后带材的拉伸断裂方式由冷轧态的脆性沿晶断裂转变为韧性穿晶断裂。电脉冲在其热效应和非热效应的共同作用下快速完成再结晶过程以及β-Mg17Al12相阻碍α-Mg基体晶粒长大,是电脉冲退火细化晶粒的主要原因。     

纯铝板材限制模压变形强化后的热稳定性

借助拉伸试验、维氏显微硬度测试、TEM与EBSD等表征手段,研究了限制模压变形道次与变形后退火对纯铝板材微观组织与力学性能的影响规律。经过多道次的限制模压变形,材料晶粒尺寸由初始退火态的约30μm细化至亚微米级,强度、硬度显著提高。在回复阶段变形材料出现退火强化现象,且在300℃退火时仍保持良好的热稳定性。超细晶材料的退火强化现象主要由晶界位错源抑制强化引起,并与退火温度和应变累积量密切相关。材料晶粒组织在变形及退火过程中主要以小角度晶界为主,且应变累积的不均匀性始终存在。变形后期表面微裂纹的出现对材料的力学性能造成不良影响。2道次模压变形板材在300℃下退火1 h后的综合性能最优。     

制备工艺对Cu-15Ni-8Sn合金晶粒特征和力学性能的影响

对比了Cu-15Ni-8Sn合金铸态、均匀化退火态(850℃×8 h)、锻造态、固溶态(840℃×1 h)和时效态(400℃×6 h)的硬度、强度和伸长率变化规律,分析了不同工艺状态下合金的显微组织和断口形貌。结果表明：铸态合金的组织为发达的树枝晶;经均匀化退火后,枝晶组织消失,层片状组织完全溶于铜基体;均匀化退火态合金经锻造后,晶粒尺寸明显减小,平均晶粒尺寸从58.78μm减小到4.22μm,抗拉强度由395.39 MPa提高到659.50 MPa,细晶强化为主要强化机制;固溶态合金由于溶质原子的充分固溶,伸长率大幅提升到46.7%;进一步经时效处理后,抗拉强度提高到802.50 MPa。     

深冷处理对TC4钛合金退火过程中微观组织和力学性能的影响

采用液氮直冷法在-196 ℃下分别对10%、20%和40%压下量的TC4双相钛合金进行12 h的深冷处理并进行500 ℃不同时间退火处理。利用光学显微镜对晶粒尺寸进行表征;利用扫描电镜(SEM)对α相和β相体积分数进行表征;利用维氏硬度仪、电子万能试验机分别对硬度和拉伸性能进行表征。通过晶粒尺寸以及α相和β相组织结构的变化,来分析材料的硬度和拉伸性能的变化原因。结果表明,随着退火时间的延长,深冷退火试样晶粒尺寸呈先下降后上升的规律,β相的体积分数逐渐减少,转变为α相。深冷12 h轧制态TC4钛合金经过1 h的退火处理后,晶粒尺寸出现小幅度的下降,这与退火过程中产生的较小晶粒有关,并且材料在轧制后继续深冷使得材料的变形能更高,在退火过程中容易产生更多的小晶粒,同时更有利于促进β相向α相转变,材料在500 ℃退火1 h时综合力学性能表现优异。当退火时间超过1 h后,材料内α相和β相两相体积分数的变化逐渐趋于平缓,并且随着退火时间的延长,晶粒粗化现象比较明显。因此,材料的强度和硬度均低于退火1 h时的强度和硬度。冷轧变形的TC4合金经12 h深冷后在500 ℃退火1 h较为理想,可获得较好的综合力学性能。     

变形率及退火制度对Al-Mg合金薄板力学性能及微观组织的影响

通过力学性能测试及显微组织观察,研究了不同变形率的Al-Mg合金薄板在120～400℃进行2～8 h退火后的强度及显微组织的变化规律。力学性能测试结果表明:在回复阶段,不同变形率板材的强度随退火温度的升高近似线性降低。在同一温度退火时,保温时间对力学性能的影响较小,强度降低在10 MPa以内。只有变形率为71%的板材在220～240℃退火时随着保温时间的延长强度下降较多约20 MPa。变形率为23%和71%时,再结晶开始和结束温度分别为260℃、280℃和220℃、260℃,并且保温时间对再结晶温度没有影响。通过显微组织观察发现,再结晶完成之后板材的平均晶粒尺寸随变形率的增加而减小,由45μm减小到15μm,并且不随退火温度的升高及保温时间的延长而增加。当变形率大于71%时晶粒尺寸不再随变形率的增加而减小。     

退火温度对8111铝箔微观组织和性能的影响

以双辊铸轧工艺生产的8111铝合金为研究对象,研究了热处理工艺对其微观组织和性能的影响。结果表明,铸轧板材经过冷轧和均匀化处理后,组织均匀性改善,链状第二相消失,晶粒形貌由细长的纤维状变为等轴细小的再结晶晶粒。随着退火温度的升高,铝箔微观组织经历回复、再结晶和晶粒长大的过程,330℃保温2 h再结晶完成,平均晶粒尺寸约为42μm, 360℃退火时,平均晶粒尺寸最大,约45μm;在研究的退火温度范围内,铝箔基体中的第二相化合物的形貌未发生明显变化;随退火温度升高,铝箔抗拉强度呈下降趋势,退火温度为360℃时,抗拉强度最低为87 MPa,而伸长率呈现先增加后降低的变化趋势,330℃退火时伸长率最大为10.2%,且电导率呈先升高再下降趋势,330～360℃退火时电导率基本不变。     

退火处理对TiZrAlV合金组织与力学性能的影响

采用X射线衍射仪、光学显微镜、扫描电镜、硬度测试和拉伸试验等方法研究退火处理对TiZrAlV合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明:锻造态TiZrAlV合金由α相、β相以及少量fcc相组成;退火处理后,合金发生α+β+fcc→α+β的相变过程,并且β相含量随退火温度升高而增加;TiZrAlV合金锻造态和退火态的微观组织特点为典型的网篮组织,并且随着退火温度的升高,α相片层的厚度逐渐增大;锻造态TiZrAlV合金的屈服强度、最大抗拉强度、伸长率以及硬度分别为833、955 MPa、13.08%以及36.5 HRC;退火处理后合金的屈服强度得到提升,400℃退火的屈服强度为982 MPa,抗拉强度为1136 MPa,而伸长率和硬度变化不大;退火处理后合金的拉伸断口由大量大小不等的韧窝组成,呈现塑性断裂特征。