热处理对Ti-5553钛合金棒材组织与性能的影响

研究了Ti-5553合金Φ300 mm大规格棒材在典型热处理工艺条件下的微观组织与力学性能。结果表明:Ti-5553合金的力学性能对固溶温度非常敏感;在BASCA热处理条件下Ti-5553合金断裂韧性高达87.3 MPa·m1/2,强度也维持在1100 MPa左右;在820℃固溶并在580~620℃时效后,Ti-5553合金弥散分布着大量等轴初生α相颗粒和针状次生α相,其相对体积分数决定了Ti-5553合金的强度和塑性匹配。     

激光选区熔化制造的近β型Ti-5553合金的显微组织及力学性能

近β型Ti-5553合金因具有低密度、高强度以及良好的高周疲劳性能,在航空航天领域受到关注,目前已被用做波音公司787型客机的起落架材料。生产Ti-5553合金零部件的传统方法包括一系列的热加工及热处理过程,已不能满足对零部件定制化生产日渐增长的需求。因此,增材制造技术就显得越来越重要。     

铸态粗晶Ti-5553钛合金高温变形行为与机理研究

本文借助Gleeble-3800热模拟试验机系统地研究了铸态粗晶Ti-5553合金在温度700 ℃~1100 ℃、应变速率为0.001 s_^-1~10 s_^-1条件下的高温变形行为。研究结果表明合金的流变应力对变形温度和速率都有强敏感性,流变软化过程也随变形参数的改变呈现出不同的模式。通过经典的动力学模型,建立了合金高温变形的本构关系和激活能分布图,进一步基于动态材料模型构建了合金的热加工图并实现了对不同加工区间变形机制的识别。合金在低温区(700 ℃)和高速率区( 1 s_^-1)均展现出失稳变形的特征,包括外部开裂、绝热剪切带、局部流变等机制,在实际加工中应对这些加工区域进行规避。合金在800 ℃及中低速率( 0.1 s_^-1)变形下的主导机制为α相的动态析出,在中高温(900 ℃-1100 ℃)及中低速率变形下的主导机制为动态回复与动态再结晶的结合。此外,合金在高温较低应变速率(1100 ℃/0.01 s_^-1)条件的变形中表现出大范围动态再结晶的行为特点并伴随稳定的流变软化,因此此条件附近的参数区间被认定为该合金的最优加工窗口,应在实际加工中给予优先考虑。     

显微组织均匀性对片层Ti-55531合金高周疲劳裂纹萌生的影响

采用高周拉压疲劳试验,测试了片层Ti-55531合金的室温高周疲劳性能。利用TEM、SEM等分析检测方法,研究了近裂纹源区次生裂纹特征,以及显微组织均匀性对高周疲劳裂纹萌生的影响。结果发现:该片状Ti-55531合金室温高周疲劳强度σ_(-1)(1×10~7)可达639 MPa。合金显微组织中含少量晶界α和大量10~50μm大小的组织不均匀区,疲劳变形时,晶界α处开裂或组织不均匀区内次生αs断裂、α_s/β_r界面处开裂等萌生微裂纹,促进合金的疲劳失效。     

SiCp/Mahle142复合材料的显微组织与强化机理

采用真空液态搅拌混合方式制备了SiCp/Mahle142复合材料,用透射电子显微镜对SiCp/ Mahle142复合材料及Mahle142中间合金的微观组织特征进行了研究,并测试了材料的室温拉伸性能,发现SiCp均匀分布在Mahle142基体合金中, SiCp和Mahle142界面结合良好,强度比Mahle142铝合金有显著提高.     

近β型Ti-5553合金热变形过程中的组织演变

近β型钛合金因其具有较高的屈服强度、优良的抗疲劳裂纹扩展能力和良好的淬透性而被广泛应用于航空航天工业领域。通常,钛合金的力学性能很大程度上取决于相的体积分数、形貌特征和分布情况。譬如,在钛合金中具有较多球状α相有利于提高塑性,而具有较多片层α相则有利于提高断裂韧性。而且,近β型钛合金的显微组织和力学性能对热变形工艺参数十分敏感。对于这方面的研究,目前主要集中于钛合金在热变形过程中流变应力曲     

Ti-451合金油瓶的显微组织特征

采用普通金相法研究了451钛合金轻型喷火器油瓶的显微组织特征。研究结果表明：经S-S加工后油瓶壁和瓶底的显微组织相类似，均为晶粒较粗大、具有明显的β晶界、在晶内有片状二次α相析出，是一种过热组织。在距瓶壁表面形成一层白色富氧层，在该层中的显微组织是由块状α相和转变β相组成。     

固溶时间对Ti-5553显微组织及拉伸性能的影响

研究了两相区不同固溶时间对Ti-5553合金显微组织及拉伸性能影响。利用扫描电镜观察显微组织随固溶时间的演化行为,重点分析了初生α相(α_p)比例及长宽比分布随固溶时间的变化规律,利用EBSD技术表征了固溶保温阶段晶界α相及晶内α的晶体取向演化,利用电子万能试验机进行了室温拉伸性能测试。结果表明:随着固溶时间的增加,初生α比例降低,等轴化程度增加,进一步导致拉伸塑性变形过程中位错运动的阻力及合金强度降低;晶界α_p在固溶过程中是以"热切口"的形式发生截断,然而截断部分晶体取向仍保持一致。     

高压凝固Ti-48Al合金片层组织失稳机理

采用高压凝固设备制备了Ti-48Al(原子分数,%)合金,并在真空封装后进行热处理试验,研究热处理工艺对高压凝固Ti-48Al合金的片层组织失稳机理。结果表明,在低于共析转变温度进行热处理时,常压凝固Ti-48Al合金组织中较难发现α_2相颗粒,而高压凝固片层组织界面处已开始析出α_2相颗粒。加热至1280℃进一步确定,相比于常压凝固,高压凝固Ti-48Al合金更易分解,且片层组织中γ相优先分解,长杆状的残余α_2相经历球化长大,这为进一步研究高压下组织与相转变提供了基础,丰富了高压凝固理论。     

激光冲击Ti834合金强化层显微组织演变

激光冲击强化(laser shock processing,LSP)作为一种全新的表面强化技术凭借其强化效果好、可控性强、适应性好等优点在提高关键零部件服役寿命上发挥着不可替代的作用。本研究采用透射电子显微镜(TEM)观察LSP试样塑性变形层内显微组织结构特征的演变,构建了不同冲击次数下表层和深度方向上的显微结构演变示意图。结果表明,Ti834合金经激光冲击强化后塑性变形层内产生大量位错,且随着冲击次数的增加,塑性变形愈加剧烈,位错密度也进一步增加。沿深度方向上可以观察到随应变率递减而形成的典型微观结构特征,其中包括有形变孪晶(MTs),高密度位错墙(DDWs),位错缠结(DTs),位错阵列(DAs)和位错线(DLs)等。     

Ti-5553合金热变形时动态再结晶的临界条件

对Ti-5553合金在变形温度800~860℃、应变速率0.1~10 s~(-1)条件下进行热压缩试验,分析了应力-应变曲线,推导出加工硬化率θ与临界应变ε的关系曲线,应用曲线的拐点判据得到了合金在不同条件下变形发生动态再结晶的临界应变值。应用Sellarsn模型建立了合金发生动态再结晶的临界变形条件。     

Ti-55钛合金超塑性板材的显微组织与力学性能

将二次真空自耗熔炼的Ti-55钛合金铸锭轧制成1.2mm厚的薄板,研究Ti-55钛合金超塑性板材的显微组织与力学性能。结果表明,显微组织均匀,晶粒极细的Ti-55钛合金超塑性板材,具有良好的室温拉伸性能和超塑性能。超塑性拉伸试验表明,在一定的变形温度范围(880～920℃)与变形速率(1.4×10~(-3)s~(-1))下,Ti-55钛合金板材超塑性伸长率可达到700%以上。     

喷射沉积高硅铝合金显微组织及形成机理

研究了喷射沉积Ａｌ－２０％Ｓｉ及Ａｌ－３０％Ｓｉ合金坯料的显微组织及形成机理。结果表明,两种合金的喷射沉积态组织为细小的团块状Ｓｉ均匀地分布于基体α上,没有共晶组织出现。形成该组织特征的机理是由于在沉积阶段凝固过程中合金发生了离异共晶,在雾化阶段大的冷却速度下形成的大量Ｓｉ相核心以及在沉积阶段相对较低的冷却速度为这一过程提供了动力学条件。通过自行设计的沉积阶段凝固的模拟实验,对这一机理进行了验证;     

Ti-5553合金在轻气炮冲击下的变形行为

利用一级轻气炮装置,以不同速度的飞片对Ti-5553合金进行冲击加载;采用光学显微镜和透射电子显微镜观察并分析微观组织和变形行为;结合XRD和定量金相研究方法进行分析和计算。结果表明,Ti-5553合金在轻气炮冲击下会发生位错滑移、形变孪生和应力诱发马氏体相变(stress-induced martensite,SIM),形成α″相。α″相的生成量受轻气炮冲击速度的影响,随着冲击速度的增大,形成的α″含量呈明显上升趋势,当轻气炮冲击速度由380 m/s上升到560 m/s时,单位面积α″线的长度LA由39.18 mm/mm~2上升到52.65 mm/mm~2。     

高压凝固Ti-48Al合金片层组织失稳机理研究

采用高压凝固设备制备了Ti-48Al(at.%)合金,并在真空封装后进行热处理实验,研究热处理对高压凝固Ti-48Al合金的片层组织失稳机理。结果表明,在低于共析转变温度进行热处理时,常压凝固Ti-48Al合金组织中较难发现α₂相颗粒,而高压凝固片层组织界面处已开始析出α₂相颗粒。加热至1280℃进一步确定,相比于常压凝固,高压凝固Ti-48Al合金更易分解,且片层组织中γ相优先分解,长杆状的残余α₂相经历球化长大,本文的研究为进一步研究高压下组织与相转变提供了基础,丰富了高压凝固理论。     

近β型Ti-1300合金的显微组织分析

采用扫描电镜和透射电镜分析近β型Ti-1300钛合金在初始锻造态、固溶+淬火态(β和α+β固溶态)以及固溶+时效态下的显微组织变化。结果表明:锻造态合金中初生α相内部发生孪生切变行为,基体β相晶内发生β→α相变。合金经过α+β固溶淬火处理,残留的初生α相中仍然可观察到细小孪生α相。孪生α相有两种不同变体(α1和α2),互成60°生长方向,而且与基体α相也成60°的孪生关系,其间的晶体学取向关系为:{1120}α,twinning//{1120}α,〈 0001〉α,twinning//〈 1101〉α。Ti-1300钛合金与大多数近β型钛合金的时效特征相类似。     

加工工艺对Ti5553合金等温锻件力学性能和显微组织的影响

主要研究加工工艺对不同成分的Ti5553合金等温锻件力学性能和显微组织的影响,并讨论了未来新型航空部件对该类型高强度和高断裂韧性钛合金材料的需求。结果表明,不同的加工工艺可使Ti5553合金能获得不同级别的力学性能。     

Ti834合金激光冲击强化层显微组织及性能研究

激光冲击强化(Laser shock processing 简称LSP)又称激光喷丸,是一项新的表面强化处理技术。本文采用表面粗糙度仪、X射线衍射仪、显微硬度计分析了激光冲击前后Ti834合金的表面粗糙度、残余应力及显微硬度分布规律,并采用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对冲击区域表面形貌及显微组织进行了表征。试验结果表明,Ti834钛合金经激光冲击处理后表面粗糙度、显微硬度和残余压应力均随激光冲击次数的增加而增大。经一次冲击和两次冲击后形成的强化层深度分别为170μm和265μm。由冲击波诱导形成的塑性变形层内可观察到大量位错缠结现象,LSP后位错密度的增加以及形变孪晶的出现有利于提升Ti834合金的机械性能。     

Ti-48Al合金全片层组织的稳定性

研究了Ti 48Al合金全片层组织在 115 0℃时效时的组织稳定性。结果表明 ,140 0℃ ,1h固溶处理后炉冷获得的粗片层组织的稳定性远远优于空冷获得的细片层组织。细片层组织首先在晶界处发生不连续粗化 ,而后粗化片层组织中的α2 相发生溶解并球化 ,从而转变为近γ组织 ;空冷组织中魏氏片层的存在降低了片层组织的稳定性 ,魏氏片层 /基体界面与晶界一同成为片层组织发生分解的起始部位。Ti 48Al 0 .8%B(摩尔分数 )合金的细片层组织因晶界TiB2 相的存在有效抑制了晶界不连续粗化 ,但γ相从TiB2 /基体界面和晶界重新形核生长使片层组织转变为均匀的细晶近γ组织     

等温锻造Ti-22Al-25Nb合金的显微组织与力学性能

对Ti-22Al-25Nb(at%)合金在不同相区等温锻造与锻后热处理过程中的组织演变及其对力学性能的影响进行了研究。结果表明,在980℃(B2+α_2+O三相区)、1040℃(α_2+B2两相区)以及1060℃(B2相区)等温锻造并热处理之后,合金的显微组织表现为典型的等轴组织、双态及双尺寸的板条组织,各相的尺寸以及体积分数可以通过热处理制度来控制。合金的力学性能测试表明:双尺寸的板条组织具有较高的室温强度但塑性最低,而等轴组织具有较高的塑性,强度最低。等轴组织的抗蠕变性能最低,双态组织以及双尺寸的板条组织具有相似的抗蠕变性,后两种组织主要以板条组织为主导,板条组织具有比等轴组织更优异的抗蠕变性能。