钛合金中α相对富氧层演化的影响（英文）

为了探索钛合金中富氧层的演化过程,在850°C空气气氛下热暴露近α型TA15和α+β型TC4钛合金,研究α相的含量对富氧层的形成和演化的影响,并通过第一性原理计算近似揭示氧在钛合金α和β相的迁移行为。结果表明,含有更多α相的TA15钛合金相对于TC4有着更大的富氧层扩散系数。第一性原理计算表明,间隙氧原子最稳定的位置是α钛的八面体间隙位置,并且氧原子在α钛中沿着平行于c轴[0001]方向上的最近邻八面体间隙之间的扩散需要最小的激活能,是氧原子在α和β钛中最有利的扩散机制。     

钛合金基础性问题研究

分析了国内近四年钛合金的基础性研究,诸如600℃高温钛合金的蠕变机理、高Nb-TiAl基合金的变形机制、颗粒增强钛基复合材料的复合机制及断裂行为、阻燃钛合金的阻燃机理、氧化机理及变形过程的计算机模拟、SiC长纤维增强的TC4和Ti40基复合材料界面、非理想状态下近α-Ti合金的超塑性机理、钛合金的近β锻造理论、α-Ti合金的低温变形机理及低温循环变形行为、透声钛合金的透声行为等,提出了钛合金的发展趋势.     

TC4钛合金搅拌摩擦焊连接组织形貌研究

使用搅拌摩擦焊技术成功地实现了TC4(Ti-6Al-4V)钛合金的有效连接,并对焊接接头组织进行了研究.结合TC4钛合金搅拌摩擦焊的特点,分析了TC4钛合金搅拌摩擦焊接头焊合区的组织形貌及特征.结果表明:TC4钛合金搅拌摩擦焊接头焊合区组织为细密的等轴晶组织,焊接过程中焊缝最大温度并未超过相变温度,且经历了很大的塑性变形.焊缝与母材过渡区域存在大量α/β界面相及界面产物,α/β界面相及界面产物会对接头力学性能造成不良影响,应进行焊后热处理予以消除.     

中间层厚度对TLP扩散连接TC4组织和性能的影响

采用电沉积Ni/Cu层作为中间层实现了TC4钛合金瞬时液相（TLP）扩散连接,采用扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪研究了Cu层厚度对TC4钛合金接头界面微观组织和力学性能的影响,并结合Ti-Cu和Ti-Ni二元相图阐明了反应机制。结果表明,瞬时液相扩散连接接头的典型界面组织为TC4/α-Ti+Ti2(Cu, Ni)/TC4,其中Ni元素均以固溶体的形式存在于接头中。随着电沉积Cu层厚度增加,扩散层和焊缝宽度增加,接头中央未焊合的孔洞消失,反应层中开始出现连续的Ti2(Cu, Ni)金属间化合物层且宽度逐渐增加。接头抗拉强度在电沉积Cu层厚度为15 μm时达到最大值500 MPa。断裂分析表明,所有TLP扩散连接接头均以解理断裂方式在焊缝处断裂。     

TC4钛合金搅拌摩擦焊微观组织演变机制及影响

采用搅拌摩擦焊技术在保护气氛下对单块TC4钛合金板材施焊,并获得良好成形。重点研究搅拌区α+β双相微观组织演变机制及不同工艺参数对组织硬度的影响。结果表明,经优化后的工艺参数条件下,搅拌区组织经历了α/β相变,最终形成基于β相区的α+β双态组织,搅拌头行走过后冷却析出的层片状α相沿β相区界面及内部分布,α相及β相晶粒细化明显,α/β层片间距的缩小可增强α+β复相强化效应,提高搅拌区硬度。搅拌头转速的提高增加了β相区的长大倾向,行进速度的提高降低了α相比例,并可生成针状马氏体。     

TC4钛合金表面激光合金化制备Ti-Si涂层

以Ti、Si单质元素混合粉末为原料,采用激光合金化技术在钛合金表面成功制备出了Ti-Si合金涂层。分析了涂层的组织形貌、成分和物相组成,测试了涂层的显微硬度及与YG6在干摩擦磨损条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在合适的激光合金化参数下制备的Ti-Si涂层整体均匀致密,无裂纹且与TC4基体呈良好的冶金结合;涂层组织主要由针状的α-Ti基体和网状分布的Ti_5Si_3/β-Ti共晶体(室温下为Ti_5Si_3/α-Ti)组成;自下而上涂层组织细化,硬度HV在6600~7300 MPa之间,与TC4钛合金相比,平均摩擦系数降低(0.39 vs 0.45),耐磨性提高2.4倍。     

钛合金表面激光重熔微弧氧化层的组织结构及摩擦磨损性能

为改善TC21钛合金表面微弧氧化(micro arc oxidation,MAO)涂层的微观结构致密性和耐磨性能，对MAO涂层进行了激光重熔改性，并对重熔后涂层的微观结构、成分、相组成以及硬度、摩擦磨损性能等进行了表征测试。结果显示，重熔MAO涂层由重熔外层、重熔内层和热影响层3层结构组成，其中外层和内层主要由Al₂TiO₅、rutile-TiO₂和α-Al₂O₃组成，热影响层由α-Ti和β-Ti转变组织组成，重熔MAO涂层的硬度显著增大。在摩擦磨损实验中，重熔MAO涂层摩擦系数低于MAO涂层和TC21钛合金基体，其磨损机制以粘着磨损为主，并伴有轻微的磨粒磨损。激光重熔MAO涂层显著提高了TC21钛合金摩擦磨损性能。     

Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn合金碳硅元素激光表面合金化涂层的显微组织及耐磨性能

采用HL-5000型横流CO2激光器在氩气保护情况下对预置石墨和硅混合粉末的β型Ti-7.5Nb-4Mo-2Sn钛合金进行激光表面合金化处理,在合金表面原位生成碳、硅和钛的化合物改性层,并对其激光表面合金化改性层的显微组织和耐磨性能进行研究。结果表明,在激光功率1200 W、激光扫描速度6 mm/s、激光束斑直径5 mm条件下,得到表面平整、细密、无裂纹且与基体形成良好冶金结合的激光表面合金化改性层;改性层外表面主要由细小的TiC颗粒和等轴状Ti5Si3C1-x组成,而靠近基体的内表面层则由TiC枝晶相和共晶组织(Ti3SiC2+β-Ti)组成;改性层外表面硬度可达1262HV0.2,摩擦因数约为0.649,而基体的硬度约为225HV0.2,摩擦因数约为1.039;与基体合金相比,基体的表面合金化改性层表现出良好的耐磨性能。     

钛表面辉光等离子渗钯过程中Pd在钛中扩散行为的研究

采用辉光等离子冶金技术在纯钛表面制备了Ti-Pd合金层,用XRD、SEM和EDS研究合金层的相组成、微观组织和元素分布。结果表明:900℃渗钯时,Ti-Pd合金层大体分为3层,各层间Pd元素的浓度有明显的突变,Pd在Ti中的扩散属于反应扩散。室温状态时,合金层从表层到基体分别是:Ti Pd3相层,α-Ti Pd相层,Ti2Pd相层。推测合金层在高温状态时,从表层到基体分别是:Ti Pd3相层,β-Ti Pd相层,Pd在β-Ti中的饱和固溶体层。各层的长大速率基本满足抛物线规律,Pd在Ti中的扩散以体扩散为主。     

热压烧结温度对固相再生TC4钛合金微观组织及硬度影响

通过热压烧结法对TC4钛合金废屑进行固相再生,并对固相再生TC4钛合金的微观组织和硬度进行了分析测试,研究了热压烧结温度对固相再生TC4钛合金微观组织和硬度的影响。结果表明,在给定的热压烧结工艺条件下,TC4废屑结合良好,且没有产生新的亚稳相,再生坯料的相组成与母材一致,仍为典型的α+β组织。烧结温度升高,会使再生合金微观组织中的β-Ti晶粒长大,晶界模糊并导致部分针状的α-Ti以团束的形式析出,显微组织中的β-Ti相含量提高,针状的α-Ti组织则明显减少,烧结温度为1 200℃时,合金组织由网篮组织转变为魏氏组织。再生合金的显微硬度值也随着烧结温度的升高而提高。     

镁合金ZM5高频感应表面合金化改性层的腐蚀行为

采用高频感应对ZM5镁合金表面进行合金化改性处理，并对改性层组织和腐蚀行为进行了研究，结果表明，镁合金经高频感应表面合金化改性处理，表层区域具有几乎连续的β－（Mg17Al12)相的细化晶粒区，认为这种均匀连续的β相将外部环境与镁的合金中的α相隔离，从而使镁合金的腐蚀速率降低。     

强制冷却对TC4钛合金搅拌摩擦焊接接头组织性能影响

分别在空气和强制冷却条件下对TC4钛合金板进行了搅拌摩擦焊接(Friction stir welding,FSW),对比研究了焊接接头的微观组织和力学性能。结果表明,FSW接头分为搅拌区、热机械影响区和母材区。母材区为热轧退火后的初生α和β双相组织。空气条件下焊接,搅拌区为α+β片层结构,组织转变主要为β相转变为片层α+β两相,热机械影响区为等轴晶α和α+β片层的双态组织,组织转变受动态再结晶和相变共同作用。强制冷却条件下焊接,搅拌区为针状马氏体,组织转变主要为马氏体相变。与空气条件下接头相比,强制冷却条件下的FSW接头显微硬度明显提高,但抗拉强度略微降低。     

TC4钛合金搅拌摩擦焊接接头组织转变特征

采用搅拌摩擦焊接技术(friction stir welding,FSW)分别在空气和强制冷却条件下对TC4钛合金板进行了连接,利用OM和TEM技术研究了焊接接头不同区域的微观组织转变特征。结果表明,FSW接头分为搅拌区、热机械影响区和母材区,各个区域经历了不同的热循环和塑性变形,呈现出不同的微观组织特征。母材区为热轧退火后的初生α和β双相组织。空气条件下,搅拌区为α+β片层结构,组织转变主要为β相转变为片层α+β两相,热机械影响区为等轴晶α和α+β片层的双态组织,组织转变受动态再结晶和相变共同作用。强制冷却条件下,搅拌区为针状马氏体结构,组织转变主要为马氏体相变。     

TC4/ZQSn10-2-3直接扩散连接

对TC4/ZQSn10-2-3直接扩散连接进行了深入的试验分析.试验发现,连接温度和连接时间对接头抗剪强度具有相似的影响规律,在最佳工艺参数(830℃/10MPa/15min)下,接头抗剪强度最大可达102MPa.直接扩散连接接头结合区分为I区由CuSn3Ti5和Pb质点组成;II区由CuSn3Ti5,Cu3Ti和Pb质点组成;III区主要由β-Ti组成;IV区主要由α-Ti组成,同时还有少量β-Ti;TC4/ZQSn10-2-3直接扩散连接接头断口为脆性断口,断口表面相组成主要是CuSn3Ti5和Cu3Ti及析出的Pb质点.结果表明,断口表面相组成是造成接头力学性能不高的主要原因.     

钎焊温度对TC4/Ti60接头组织及性能的影响

为研究钎焊温度对TC4/Ti60接头组织及力学性能的影响,采用纯铜箔作为中间层对TC4与Ti60合金进行接触反应钎焊,钎焊温度范围为970~1 010℃.采用SEM,EDS,XRD,拉剪试验对接头组织及力学性能进行研究.结果表明,接头的典型界面组织为TC4/α-Ti+Ti_2Cu/Ti_2Cu/Ti Cu/Ti_2Cu/α-Ti+Ti_2Cu/Ti60.随着钎焊温度的升高,基体侧的反应扩散层厚度增加,钎缝厚度及Ti-Cu金属间化合物含量逐渐减少,钎缝成分趋于均匀化.接头抗剪度随钎焊温度的升高先增加后减少,当钎焊工艺为1 000℃保温10 min时,接头抗剪强度最高为130 MPa.断口分析表明,接头断裂于钎缝与扩散反应层之间,断裂方式为准解理断裂.     

AgCu+nano-Al_2O_3复合钎料钎焊TC4合金与Al_2O_3陶瓷:界面结构及接头性能

通过向Ag Cu共晶钎料中添加nano-Al2O3增强相(2%,质量分数)并采用高能球磨的方法获得了Ag Cu+nano-Al2O3复合钎料(Ag Cu C钎料)。采用Ag Cu C钎料实现了TC4合金与Al2O3陶瓷的高质量钎焊连接,确定了TC4/Ag Cu C/Al2O3钎焊接头的典型界面组织结构为:TC4/α-Ti+Ti2Cu扩散层/Ti3Cu4层/Ag(s,s)+Ti3Cu4+Ti Cu/Ti3Cu4层/Ti3(Cu,Al)3O层/Al2O3。Nano-Al2O3的添加抑制了钎缝中连续的Ti-Cu化合物层的生长,同时在钎缝中形成了颗粒状Ti-Cu化合物相增强的Ag基复合材料,改善了钎焊接头的界面组织。随着钎焊温度的升高,各反应层厚度逐渐增加,颗粒状Ti-Cu化合物不断长大,Ag基复合材料组织逐渐细小。当钎焊温度T=920℃,保温时间t=10 min时接头抗剪强度达到最大为67.8 MPa,典型断口分析表明:压剪过程中,裂纹起源于钎角处并沿钎缝扩展后转入Al2O3陶瓷,最终在Al2O3陶瓷母材侧发生断裂。     

TC4钛合金表面激光合金化Ti-Al-Nb涂层的研究

以钛铝铌单质元素球磨混合粉末为原料,采用激光合金化技术在TC4钛合金表面成功制备出Ti-Al-Nb合金涂层。分析了涂层的物相组成、组织形貌及成分、显微硬度,并利用YG6球对磨来测试涂层在干摩擦条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在激光功率P=1.8 k W,扫描速度V=5 mm/s,光斑直径D=2 mm下制备的涂层整体均匀致密、无裂纹,与TC4基体呈良好的冶金结合;涂层组织主要由Ti_3Al、AlNb_2、α-Ti 3种物相组成;Ti-Al-Nb涂层的显微硬度值沿层深方向呈平缓的梯度分布,平均硬度(HV)为5970 MPa,比TC4基体(3600 MPa)提高了66%;涂层平均摩擦系数为0.33,比TC4钛合金(0.45)降低了27%;涂层的磨损体积为0.044 mm3,耐磨性是钛合金基体(0.130 mm~3)的2.95倍。     

TC4钛合金小规格棒材连续轧制工艺研究

研究了不同连续轧制温度对TC4钛合金组织和力学性能的影响。结果表明,TC4钛合金相同道次加工,α+β两相区加工较β区加工棒材组织更细小弥散;两种轧制温度的棒材性能均符合GB/T 13810标准要求,两相区轧制较β区轧制抗拉强度高80~90 MPa,塑性变化不大。     

NiCuAl/hBN复合涂层与TC4钛合金的界面扩散性能

采用离心喷雾造粒、手工包覆和固相合金化技术制备了Ni Cu Al/hBN包覆型复合粉体,进而以TC4钛合金为基体并采用大气等离子喷涂技术制备了Ni Cu Al/hBN可磨耗封严涂层材料,通过SEM、XRD和马弗炉对粉体和涂层的显微结构、物相组成和界面扩散性能进行了表征。结果显示:Ni Cu Al/hBN粉体呈球状,主晶相为Ni Cu Al相和hBN相。Ni Cu Al/hBN涂层为典型的层状结构,各层间结合良好。随着温度的升高,涂层中的金属元素向钛合金基体扩散的速度明显增大。900℃时,扩散层中心出现了富Ni的Ni Ti Al合金区域。     

TA15钛合金碳钨元素激光表面合金化组织及耐磨性能

针对钛合金耐磨性差的问题,利用WC颗粒与TA15钛合金粉末混合采用激光表面合金化技术在TA15钛合金表面成功制得以溶入W元素的β-Ti为基体、初生及共晶TiC/(TiW)C为增强相的表面改性层。结果表明,改性层由于钨元素与碳元素的添加,显微硬度得到提高,耐磨性能提高了2～3倍。TiC/(TiW)C硬质增强相为提高改性层的耐磨损性发挥了重要作用。