Ti-17合金大锻件的显微组织研究

前言 Ti-17合金是富β型α+β两相钛合金,名义成分为Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr,可以用来制造航空发动机的压气机盘等厚截面构件。该合金具有良好的淬透性,淬透深度达150mm,有利于保证构件截面显微组织的均匀性。由于β稳定元素的添加量较高,Ti-17合金能够热处理强化,通过不同工艺条件的加工热处理控制其显微组织,改变和调整α与β相的形态、尺寸和分布状态,获得良好的强度与韧性匹配。 Ti-17合金的显微组织特征、相转变及其动力学已有文献报道过。本文通过Ti-17合金大锻件不同部位和不同方向上的显微组织分析研究,发现α相除了形态和尺寸的差异之外,粗大魏氏α片内还有一些交叉或平     

Ti-17合金的α+β区变形及热处理与显微组织

一、前言 Ti-17合金是美国通用电气公司研制的用于发动机风扇和压气机盘的材料。该合金是富β相的两相钛合金,其β稳定元素(Mo+Cr)含量较高。它既可以在β区加工,也可在α+β区加工,后续的热处理制度根据加工工艺确定。该合金具有较高的综合性能,经热处理调整后,屈服强度可达1034～1173MPa,与Ti-6Al-6V-2Sn相当,比TC4要高138～206MPa;它还有较高的塑性和韧性,蠕变性能更优于TC4合金。该合金在美国已投入批量生产,在F-100和F-110及CFM56等发动机中获得正式应用。本文探讨了α+β区变形和热处理对该合金显微组织的影响,为该合金的生产实践提供一些有益参数。     

Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al合金中的相变研究

一、前言 Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al(简称Ti-15-3)属于新型高强度亚稳β钛合金,通常在固溶时效状态下应用。因此,了解该合金在固溶处理及时效期间的组织转变性质,特别是亚稳β相的分解过程对控制合金的最终力学性能是至关重要的。但国外文献中这方面的研究工作报道甚少,尤其缺乏等温转变的数据资料。目前,国内对Ti-15-3合金尚处于研制的初始阶段,需加快对该合金各方面的冶金和工艺特性的研究与探讨。为此,本文以Ti-15-3合金等温转变的试验研究为基础,比较系统地阐述了亚稳β相在300℃～700℃温度范围内的相转变规律,在低温时效期间,存在明显的β→β’+β相分离反应,这一特点对制定该合金的时效工艺制度有指导意义。 二、试验程序 φ150mm的真空自耗重熔的Ti-15-3铸锭,经β区加热开坯锻成热轧板坯,表面铣削加工后于900℃热轧成6mm厚的板材,再经β区固溶退火及喷砂酸洗后进行冷轧,最终冷轧板厚度为1mm,并从中切取全部金相试样。该炉次化学成分为Ti14.42V2.66Cr2.6Sn2.92Al-0.11O_2(wt％),合金相交点T_β=760±5℃。 金相试样在锡浴炉内经820℃固溶处理20min后分别转移至300～700℃的等温锡浴炉内保温0.5min～48h,出炉后水淬。炉温控制精度为±5℃。     

亚稳β-Ti合金Ti-1023的热变形机制

据报道,Timet公司制备出低成本的β-Ti合金,因此β-Ti合金有望替代航空和汽车工业的一些高强钢零部件.亚稳的β-Ti合金Ti-10V-2Fe-3Al(Ti-1023)合金锻造温度较低,热处理调整后合金的强度可高达1200MPa～1400MPa,延伸率为4%～10%.许多研究人员已研究了该合金的组织-性能关系,但对其热变形机制的研究较少.β-Ti合金热变形过程中存在大晶粒超塑性,这是由亚晶的存在及反常扩散引起的.应变速率较低时(相对等温锻造),合金的初始组织不论是β还是α+β,合金内均出现动态回复.为选择适宜的加工工艺和更好地控制合金的组织,印度研究人员研究了初始组织为α+β的Ti-1023合金在不同温度、不同应变速率下的热变形机制.采用合金的应力-应变行为、动态参数如应力指数及表观激活能三种方法来评价其热加工机制.     

Mo含量对牙科用Ti-Mo合金显微组织及性能的影响

采用LZ5型离心铸钛机制备了4种Ti-Mo（5％、10％、15％和20％（质量分数）Mo）合金，研究了其显微组织和力学性能，并对其在Hank’S溶液和0．9％NaCl溶液中的耐蚀性进行了研究。研究结果表明：Ti-5Mo合金由等轴的α相组成，Ti-10Mo合金由等轴的β相和针状的α相组成，Ti-15Mo和Ti-20Mo合金由单一的等轴β相组成。力学性能测试结果表明，随着Mo含量的增加，Ti-Mo合金的压缩强度降低，塑性增强。耐蚀性研究结果表明，Hank＇s溶液中Ti-10Mo合金的自腐蚀电位较高，且易钝化；0．9％NaCl溶液中，Ti-5Mo合金的自腐蚀电位较高。Ti-20Mo合金易钝化且钝化区间较宽，两种腐蚀介质中Ti-15Mo合金的钝化膜较稳定。     

Ti-10Mo-XNb合金铸态组织和机械性能的研究

为了研究Nb元素对Ti-10Mo合金组织和性能的影响,采用钨电极熔化、离心浇注工艺制备了4种钛合金(Ti-10Mo-XNb,X=0,3,7,10),分析并测试了Nb元素对Ti-10Mo合金铸态组织和力学性能的影响.研究结果表明:随着Nb含量的增加,3种Ti-Mo-Nb合金的铸态组织和相组成发生了改变,Ti-10Mo-3Nb合金由等轴的α+β晶粒组成,Ti-10Mo-7Nb合金由等轴的β晶粒组成,Ti-10Mo-10Nb合金由少量等轴和大量枝状的β晶粒组成.另外,随着Nb含量的增加,3种Ti-Mo-Nb合金的维氏硬度、压缩强度、弹性模量降低,压缩率和抗弯强度升高,压缩断口和弯曲断口由脆性断裂向韧性断裂转变.Ti-Mo-Nb合金有望成为新型的生物医用材料.     

β型γ-Ti Al合金中硼化物的取向及其对α相的影响

本实验在β单相区分别对Ti-40Al-8Nb-0. 5B及Ti-40Al-8Nb-1B合金进行了热变形,研究了两种合金中硼化物的取向行为及其对α相的影响。结果表明:热变形及硼含量显著影响硼化物的分布状态。未变形时,两种合金中的硼化物均为随机分布;变形后,Ti-40Al-8Nb-0. 5B合金中硼化物呈现出强烈的[100]丝织构,而Ti-40Al-8Nb-1B合金中硼化物取向随机,这是由变形过程中硼化物的刚性旋转及其相互作用所造成的。经历β→α相变后,Ti-40Al-8Nb-0. 5B合金α相呈现出1120和1010双丝织构,而Ti-40Al-8Nb-1B合金α相取向随机,这归因于硼化物、β相以及α相之间的组织遗传性。本研究可为β型γ-Ti Al合金片层取向控制提供新的思路。     

Ti-15-3合金疲劳裂纹扩展的研究

一、前言 随着宇航技术的发展,对航天气瓶的使用压力、容量比及安全性提出了更高的要求。美国80年代初开发研制的新型β钛合金Ti-15-3以其优良的冷成形性及时效后的高强度引起国际宇航界的关注,并已被认为是制造宇航压力容器较为理想的材料。裂纹扩展性能对于宇航结构件的寿命估算是一项重要的设计参数,用疲劳裂纹扩展速率da/dN和应力强度因子门坎值△K_(th)评价气瓶材料的安全可靠性是必要而科学的。本文研究了不同强度水平Ti-15-3合金的疲劳裂纹扩展(FCP)特性,并与Ti-6Al-4V合金进行了比较。 一、试验 1.材料及试样制备 FCP试验用材取自2.5mm厚的Ti-15-3合金板材,合金的名义成分为Ti-15V-3Cr-3Sn-3Al,表1列出了Ti-15-3合金经不同热处理后的室温拉伸性能。     

Ti_3Al基合金在不同温度下的形变与断裂行为

一、前言 Ti_3Al基合金(如Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo at％)是未来用于650～700℃具有发展前途的新一代高温结构材料。其微观组织与力学性能的关系,如拉伸、蠕变、疲劳和断裂韧性等,均得到了广泛的研究。研究表明,Ti_3Al基合金的形变与断裂机制不仅与形变温度有关,而且与环境因子密切相关。然而,目前较少报道Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo合金在不同温度下和不同形变环境中的断裂机制和形变行为。本论文通过研究Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo合金在25～980℃温度范围的拉伸形变行为和在不同拉伸环境(真空或空气)下的断裂方式,探讨Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo合金的形变和断裂机制。 二、试验方法 本研究采用的合金为Ti-25Al-10Nb-3V-1Mo(at％),其化学成分(重量百分比)为14.4Al,19.3Nb,3.5V,2.2Mo,0.100,0.018N,其余为Ti。经真空自耗电极电弧炉熔炼的铸锭在开坯,α_2+β两相区锻造和α_2+β两相区热处理后,制成φ5×25mm拉伸试样。在     

粉末冶金Ti-xNb-5Sn骨科合金的摩擦学行为

本工作采用粉末冶金方法制备了Ti-xNb-5Sn(x=13%、16%、18%、20%,质量分数)合金,研究了Nb含量对其微观组织和摩擦学行为的影响规律。结果表明：粉末冶金法制备的Ti-xNb-5Sn合金是典型的α+β型钛合金,α相随着Nb含量的增加逐渐减少,Nb含量为20%时β相的衍射峰成为主峰。合金的硬度和弹性模量随着Nb含量的增加而下降,分别在271HV～319HV和68～73 GPa之间变化。合金的摩擦系数随着Nb含量增多而提高,Ti-13Nb-5Sn合金的摩擦系数最小(0.41),Ti-20Nb-5Sn合金的摩擦系数最大(0.48)。合金的磨损率为1.36×10^-3～1.58×10^-3mm³/(m·N)。随着Nb含量增多,合金的磨痕深度增加,分层现象逐渐加剧,并且有微裂纹出现。Ti-13Nb-5Sn合金的磨损机制为磨粒磨损,Ti-16Nb-5Sn合金和Ti-18Nb-5Sn合金以磨粒磨损为主、表面疲劳磨损为辅,而Ti-20Nb-5Sn合金以表面疲劳磨损为主。本研究证实Nb是一种β稳定剂,加入适量Nb可以降低合金的...     

变更合金化元素对IMI550超塑性形变的影响

大量实验数据表明,化学成分的变换决定α+β钛合金的超塑性形变性能.在一定温度下,这种变更不仅引起α/β比例的变化,而且改变α和β相的蠕变性能.普遍使用的β稳定元素使β-Ti的示踪自扩散系数发生很大的变化.英国学者对工业板材合金IMI550(Ti-4Mo-4Al-2Sn-0.5Si)的超塑性形变性能进行研究.同时,用1wt%Fe(快速扩散合金元素)取代基础合金IMI550中的1wt%Mo(缓慢扩散合金元素),以形成特殊的"改良"合金,其中的铁作为微量杂质.     

氢对Ti-6Al-4V合金室温压缩性能的影响

为了研究氢对Ti-6Al-4V合金室温压缩性能的影响,采用Zwick/Z100型材料试验机对置氢Ti-6Al-4V合金进行了压缩试验,并利用OM、XRD和TEM等材料分析方法对合金的微观组织进行了观察.研究表明:置氢前,Ti-6Al-4V合金由等轴的α相和β相组成,置氢后,出现马氏体组织和氢化物;随氢含量增加,马氏体和剩余β相数量增多;氢提高了Ti-6Al-4V合金的抗压强度和塑性等室温压缩性能,最大增幅分别为33.9%和56.3%;置氢Ti-6Al-4V合金抗压强度的提高主要归因于氢的固溶强化、马氏体相变强化和氢化物强化;塑性指标的提高主要是置氢合金中塑性β相数量的增多所致.     

退火工艺对大形变冷轧Ti-35Nb-9Zr-6Mo-4Sn医用钛合金组织和力学性能的影响

以新型医用钛合金Ti-35Nb-9Zr-6Mo-4Sn为对象,研究了该合金经固溶处理、85%冷变形和再结晶退火后的组织和力学性能。研究表明:该合金经固溶处理和85%冷变形后均由单一的β相构成。冷变形使合金强度显著上升,弹性模量降低,伸长率略有下降。经650℃再结晶退火后,合金仍由单一的β相构成,晶粒显著细化。随着退火时间的延长,缺陷减少,再结晶比例增高,合金的强度略有降低,弹性模量有所升高,塑性显著改善。形变率为85%的Ti-35Nb-9Zr-6Mo-4Sn合金经650℃退火30~60min后,合金的强度和伸长率显著优于Ti-6Al-4V,综合力学性能优异,适合作为医用种植材料。     

Nb、Cr和Mo对新型β/γ-TiAl合金组织与相变的影响

为了研究TiAl合金中β相稳定元素对显微组织及相变温度的影响,本文在Ti-43Al合金的基础上,通过单独与复合添加Nb、Cr、Mo 3种合金元素,获得了新型β/γ-TiAl合金,并系统研究了3种元素的作用规律.结果发现:Nb促使合金形成片层结构,Cr、Mo使合金分别形成近γ组织和针状魏氏组织;3种元素对β相的稳定能力为Mo>Nb>Cr;复合添加Nb、Cr、Mo元素对β相的稳定作用比单一添加更为显著;3种不同元素对α+β+γ三相区范围有显著影响,对α2+γ→α转变的共析温度(te)影响较大,而对γ→α的转变温度(tα)影响较小,Ti-43Al-4Nb-2Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区最窄约为15℃,而Ti-43Al-6Nb-0.2B合金的α+β+γ三相区最宽约为95℃,Ti-43Al-4Nb-1Cr-1Mo-0.2B合金的α+β+γ三相区为55℃.     

少量TiB_2对Ti-6Al-4V合金β晶粒长大动力学的影响

研究了少量TiB_2对两相型钛合金Ti-6Al-4V的"晶粒长大行为的影响。在"相变点以上进行高温固溶+水淬处理,之后进行显微组织观察确定合金晶粒度。实验研究发现,TiB_2在钛合金中最终转化为TiB,这些TiB粒子主要分布在晶界处并显著限制了合金的晶粒长大。在超过相变点100℃固溶120min,Ti-6Al-4V-0.32TiB_2合金β晶粒仅仅长大了79μm。动力学分析表明,Ti-6Al-4V-0.32TiB_2的晶粒长大指数分布在0.036~0.037范围内,远远小于Ti-6Al-4V合金,而晶粒长大激活能是Ti-6Al-4V合金的4倍。理论计算结果表明,晶界TiB粒子的排列方式也显著影响钉扎效果。     

Ti-15-3合金的工艺、性能与晶粒度间关系的研究

一、前言 钛合金具有高的比强度,在航空工业上得到广泛应用,被誉为“空中金属”。美国著名的SR-71“黑鸟”侦察机被称为“全钛飞机”,其机体就应用了大量的β型钛合金,但限于当时β钛合金的技术水平,没有得到更广泛的应用。近来随着几种新型β钛合金的问世,为航空工业应用β钛合金开辟了广阔前景。尤其是Ti-15-3合金被认为是β钛合金发展的一个顶峰,它是70年代美国空军材料试验室研制的,优点是强度高、冷成形性好,有良好的可焊性,已被制成燃料舱、壳体、紧固件等航空构件,成功地用于美国A-10攻击机、B-1战略轰炸机等。 Ti-15-3合金的一个重要应用方面是采用冷成形的方法加工成板金结构件。板材的成形与其强度、形变强化指数、塑性应变比、弯曲角等性能参数有着者密切的关系。本文着重研究了该合金的工艺及热处理制度对上述性能参数的影响。这对于产品工艺的制定、热处理制度的选择都具有实际意义。     

生物医用Ti-Nb-Sn合金的超弹性

通过室温下拉伸实验研究了Ti-14Nb-4Sn和Ti-16Nb-4Sn（at．％）合金的超弹性。发现锻造态和400℃冰水淬火态的Ti-16Nb-4Sn合金超弹性良好,通过4％变形量循环拉伸三次即可获得完全的超弹性;而400℃冰水淬火态的Ti-14Nb-4Sn合金通过3％变形量循环拉伸两次即可完全回复。Ti-14Nb-4Sn合金和Ti-16Nb-4Sn合金均以700℃冰水淬火态断裂延伸率为最大,分别为14．42％和12．02％。锻造态Ti-14Nb-4Sn合金的马氏体逆相变回复温度As为134．8℃。XRD分析结果表明室温下Ti-16Nb-4Sn合金的组织为β相和＋α″马氏体相;而Ti-14Nb-4Sn合金的室温组织除β和α″外,还存在α相。     

英国航空钛合金锻件的质量控制

近几年来,通过对英国罗·罗公司材料技术条件的研究和英国钛合金锻件的解剖分析工作,证实英国航空钛合金锻件的质量水平较高。他们的质量控制办法也是有效的。现以斯贝发动机Ti-679合金的压气机盘和隔圈锻件为例,对英国α+β钛合金航空锻件的质量控制方法作一简要分析,以供国内借鉴。 合金化学成分的内控规范 英国生产钛合金锻坯的帝国金属公司(IMI)十分重视一次自耗电极的制备质量,除了制备电极的原材料有技术标准外,合金元素的加入方法已不采用传统的“合金包”方式,而是采用合金元素和钛颗粒在滚筒中大混料的方法,使组成一次自耗电极的每个小块电     

低弹性模量β钛合金的制备和性能

用非自耗真空电弧炉熔炼β钛合金Ti-8Mo-8Zr 4.5Sn-2Mn,用金相显微镜、X射线衍射仪、纳米硬度仪表征和研究了合金的组织、结构和弹性模量。结果表明：这种β钛合金的组织中枝晶组织和等轴晶组织共存;晶体结构为β相,合金元素产生了偏析;合金的弹性模量为41.4 GPa。与TMA合金（Ti-11.5Mo-6Zr-4...     

Ti-6Al-4V合金表面超声振动滚压强化研究

采用超声振动滚压加工技术对Ti-6Al-4V合金表面进行处理,探究该项技术对Ti-6Al-4V合金表面质量的影响。通过对该工艺加工前后的Ti-6Al-4V合金进行表面粗糙度参数、XRD图谱、截面微观形貌、表层残余应力及显微硬度的对比分析,结果表明:经该工艺处理后的合金表面各项粗糙度参数皆有明显降低;加工后的合金表面XRD图谱的衍射峰减弱且宽化,衍射角向高角度方向偏移;加工后的合金表层β相组织相较加工前明显细化,且随着深度增加β相组织逐渐增大;在距离表面约50μm位置的残余应力值最大可达到-967 MPa;加工后的合金表面显微硬度可达到421HV,且在0~140μm的深度范围内,显微硬度随着深度的增加逐渐减小至与基体硬度一致。经超声振动滚压加工后的Ti-6Al-4V合金表面质量显著提高,有利于提高其零部件的使用性能。