1500 MPa级新型超高强中韧钛合金

针对目前高强韧钛合金发展的瓶颈,从分类应用角度考虑,在现有高强韧钛合金的基础上,通过Mo当量选择合金元素的种类和权重,结合组织结构设计,设计了一种新型超高强中韧亚稳β钛合金.经过实验室和中试规格铸锭的加工和测试,在优化的锻造和热处理工艺下,该合金可以稳定达到两种强度级别,一种是抗拉强度大于1500 MPa、延伸率大于5...     

我国创新研制的主要船用钛合金及其应用

钛及钛合金因优异的综合性能在航空、航天、舰船、化工等行业获得广泛应用,为满足不同的应用需求,近20年我国新型钛合金的研制非常活跃,其中舰船用钛合金是我国钛合金研究和发展的重要研究方向之一。经过近50多年的努力,我国创新研制的不同强度级别船用钛合金已基本形成体系,也制备出这些合金不同规格的管、板、棒、丝材等,已基本能够满足我国工程的需求。简要介绍了中国创新研制的主要船用钛合金及其应用,如中强高韧Ti75合金、中强高塑Ti31合金、高强高韧Ti-B19合金、中强Ti91和Ti70合金、高强Ti80合金等,同时也简要介绍了可能用于海洋工程的其他创新研制的钛合金,如高强(1 100 MPa)高韧损伤容限型TC21合金、中强(900 MPa)高韧损伤容限型TC4-DT合金、强度为1 300 MPa的Ti-1300、强度为1 500 MPa的Ti-1500、强度为1 600 MPa的Ti-1600合金以及中强的低温钛合金CT20等。     

BASCA热处理对TC10钛合金组织与断裂韧性的影响

本工作对TC10钛合金进行BASCA热处理(β退火+缓慢冷却+时效),通过改变BA温度(β退火温度),研究BASCA热处理对TC10钛合金微观组织与断裂韧性的影响。结果表明：BA温度对合金微观组织与断裂韧性起到决定作用,随着BA温度升高,合金微观组织类型由等轴组织转变为片层组织,断裂韧性不断增加,最大值为77 MPa·m^1/2。此外,研究了不同类型组织的裂纹尖端区域塑性变形量、裂纹扩展路径以及断口微观形貌,进一步揭示断裂机制。与片层组织相比,等轴组织的裂纹尖端区域塑性变形较大,裂纹扩展路径曲折程度较小。等轴组织的断口形貌光滑平顺,主要由韧窝构成;片层组织的断口形貌凹凸起伏明显,韧窝数量与尺寸均减小,并出现撕裂棱、空洞以及二次裂纹。     

超高强β钛合金等温相转变特性及力学性能

近β钛合金的等温相转变具有多样性和复杂性的特点,对温度敏感性强,直接影响其时效后的力学性能.本工作所用合金为自主研发的Ti-Al-V-Mo-Cr-Zr-Fe-Nb超高强β钛合金,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、硬度计等分析表征手段对等温处理后合金的微观组织演变及力学性能进行系统研究.结果表明,合金300℃时效时只析出等温ω相,等温ω相随时效时间的延长发生长大.合金400℃时效时先析出等温ω相,随着时效时间的延长,α相依附于ω/β界面处形核.合金500℃时效时无ω相析出,针状α相直接从β基体中析出,呈"V"字形均匀分布在β基体中.400℃时效12 h时抗拉强度为1716.1 MPa,伸长率为2％.500℃时效12 h时抗拉强度为1439.8 MPa,伸长率为9.84％,具有良好的强塑性匹配.     

国外航空材料与科技动态

IncoMAP合金Al—905XL是Inco公司采用独特的机械合金化工艺生产的一种高强度Al—Mg—Li合金。目前,该合金已从实验室阶段进入试飞阶段的实际应用。其工艺包括金属粉末的机械合金化、真空热压和锻造。 据Inco公司称,由IncoMAP合金Al—905XL制成的飞机框架比用普通铸锭制成的铝合金框架的密度低8％,刚度提高15％。由该合金制成的锻件具有优良的横向断裂韧性和应力腐蚀抗力。 机械合金化的IncoMAP合金Al—905XL的典型性能如下: 纵向拉伸强度 517MPa 0.2％屈服强度 448MPa 断裂时的纵向延伸率 9％ 密度 2.58kg/m~3 杨氏模量 80000MPa     

国外消息

一种新型钛合金——Transage129 新型钛合金Transage 129用于制造各种普通的飞机锻件,能减轻重量,降低成本。其成分为:Ti-2Al-11.5V-2Sn-11Zr,比重:4820公斤/米~3,β相变温度大约为720℃。 该合金具有高的比强度、好的断裂韧性和显著的等温(650～760℃)净锻能力。由于锻造温度较低,故模具使用寿命也较长。板材成型     

钛合金双片层组织对性能的影响

研究了通过热处理制度调整,在合金α片层之间形成细小的条状次生α相,形成一种新型的钛合金显微组织——双片层组织.通过对比等轴组织、双态组织、片层组织和双片层组织的性能,结果表明,在合金的强度和塑性不损失的条件下,双片层组织进一步提高了裂纹在合金中的扩展阻抗,使得合金的断裂韧性得到改善,疲劳裂纹扩展速率得到降低.双片层组织...     

模锻变形速率对TC18钛合金锻件组织及力学性能影响研究

研究了TC18钛合金不同模锻变形速率条件对显微组织及力学性能的影响规律。结果表明:较低模锻变形速率促进TC18钛合金β晶粒的动态再结晶过程,形成具有破碎的晶界α相的网篮组织,该组织断口具有韧性断裂组织特征,具有优异的塑性和断裂韧性;在较高变形速率条件下仅发生动态回复过程,形成具有平直的晶界α相的网篮组织,该组织塑性和断裂韧性均较低,断口呈冰糖状解理断裂组织特征; TC18钛合金强度性能对变形速率不敏感。     

电子束熔炼Nb-Si系多元合金的组织和性能

采用电子束熔炼对Nb-Ti-Si-Cr-Al-Hf多元合金进行重熔,研究合金锭成分与组织的均匀性以及合金的硬度、室温断裂韧性、高温抗压性能.结果表明:电子束熔炼易导致合金元素的挥发损失,使得合金锭的成分不均匀;高的冷却速度有助于细小、均匀的等轴组织形成,其中硅化物相的显微硬度HV约为1100,是Nb固溶体相的3倍左右;电子束熔炼Nb-Si系多元合金的室温断裂韧性(KQ)约为10.3MPa·m1/2;在1250℃的抗压强度约为426.3MPa,且具有一定的高温塑性.     

β21S超高强钛合金性能试验研究

β21S(名义成分Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si)钛合金是Timet公司针对美国航空航天飞机计划NASP对抗氧化金属及复合材料基体的需求而研制的一种亚稳定β型钛合金,该合金具有优异的冷热加工性能、深的淬透性、抗蠕变性能、高的抗氧化性能和良好的抗腐蚀性能,可用于制作有温度要求的飞机结构件或发动机部件紧固件和液压管材、钣金件等,已经用于制造波音777飞机发动机舱导风罩等部件。β21S合金作为一种典型的亚稳定的β型钛合金,通过适当的工艺热处理后,可获得1 300 MPa以上超高抗拉强度及不小于6%的延伸率,为了全面了解并掌握高强热处理工艺处理后的β21S钛合金性能,我们对β21S钛合金进行了全面性能试验研究。     

变形量对TC18钛合金力学性能的影响

采用一种专门用于钛合金锻造工艺参数定量研究的专利技术研究了β区变形量(从10%到65%)对TC18钛合金关键力学性能、显微组织的影响。研究结果表明:β区变形时,变形量对合金抗拉强度影响不大,σb在1150MPa左右;但对合金伸长率、断面收缩率和断裂韧度均有显著影响。变形量每增加10%,伸长率可提高0.7%左右;断面收缩率提高4%左右;断裂韧度下降3MPa·m1/2左右。为获得TC18钛合金强度-塑性-韧性的最佳匹配,应将β区变形量控制在35%左右。     

高强高韧合金断裂韧性测试技术的问题探讨

研究了用现有ASTM、BS、GB标准评价高强高韧合金断裂韧性时存在的不适用问题,提出了修订现有标准的方法。提出了建立高强高韧合金发生较大范围屈服时的临界试样厚度BC和Rp0.2/E的对应关系;对由JIC转化获得的KIC进行了误差分析;提出了采用正交试验法确定单试样法J积分试验中的最佳试验参数。     

热处理对高Nb-TiAl合金板材组织及力学性能的影响

研究了不同热处理工艺对高Nb-TiAl合金板材的显微组织及力学性能的影响。采用铸锭原料直接包套热轧制备的板材主要由残余粗化的片层团、再结晶γ晶粒和沿轧制方向带状分布的β相组成。通过不同的热处理工艺可以消除残余片层和β相,分别获得典型的双态组织、近片层组织和全片层组织。对热处理后具有双态组织的板材进行了室温和高温力学性能测试,结果表明:经热处理后,热轧板材的室温延伸率达到0.5%,屈服强度和抗拉强度分别提高到646MPa和691MPa,与铸态相比,其室温强度和塑性得到了改善,在850-900℃之间材料发生韧脆转变,并且相应断裂机理从脆性的穿晶断裂转变为孔洞的形核和聚集。     

TC21钛合金的热加工行为研究进展

综述了高强高韧损伤容限型钛合金TC21的热加工行为研究进展.重点介绍了热加工及热处理工艺参数对TC21钛合金的相组成、显微组织与力学性能、损伤容限性能等方面的影响.指出TC21钛合金在国内某些领域已经得到了应用,但有待进一步研究与开发.     

等离子旋转电极雾化法制备高品质Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn合金粉末

旨在制备高品质Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn粉末,为后续粉末高温钛合金构件的制备奠定基础。首先采用真空自耗电弧熔炼(VAR)技术制备Ti-6.5Al-1.4Si-2Zr-0.5Mo-2Sn合金铸锭,对铸锭进行化学成分检测,并分析其合金元素损耗、成分均匀性以及显微组织和物相组成。利用制得棒料,采用等离子旋转电极雾化法(PREP),选取不同转速制备得到钛合金粉末,将粉末筛分成不同粒度范围。研究了棒料转速与粉末理化性能间的关系。采用X射线衍射分析仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、金相显微镜(OM)分别分析了粉末的物相组成、形貌和微观组织。研究表明:通过独特的压制电极设计,可制得成分均匀、元素损耗小的钛合金铸锭,且各合金元素含量满足国标的要求。铸锭微观组织为层片状结构,基体中存在少量大小不均的Ti5Si3硅化物相。PREP法制得的钛合金粉末呈正态分布,且球形度好,无空心球和卫星球。随着转速增加,小颗粒粉末占比增加,大颗粒粉末占比大幅度降低。粉末颗粒以胞状组织为主,存在少量的枝晶。合金粉末主要由α′马氏体相组成。相比合金铸锭,粉末中各合金元素略有损耗,O元素质量分数小于0.1%,有利于制得高性能的粉末钛合金。     

轧制变形对Ti-5322板材组织与性能的影响EI北大核心

Ti-5322是一种低成本的高强钛合金。本工作研究了β温区开坯的Ti-5322钛合金在α+β相区经不同变形量轧制板材后的组织及拉伸性能。显微组织的分析表明,当成品轧制变形量在50%时,合金板材呈现为具有连续晶界的网篮结构;当轧制变形量为75%时,合金板材呈现为包含球状及棒状α相组成的双态组织,晶界不连续。热处理后的拉伸性能测试结果显示,较大的轧制变形量有利于提高合金板材的强度与塑性的匹配。     

近β锻造推翻陈旧理论发展了三态组织

将坯料置于相变的临界点附近10－15℃加热,锻造,锻后水冷,随后,不是采用时效处理,而是先进行高温韧化再低温强化处理,近β锻造的组织不再是等轴α量过多,或是为零的网篮条状α的结构模式,而是约含20％等轴α,50％－60％条状α构成的网篮和β转变基体组成的三态组织,这种结构不仅丰富和发展了国际上钛合金已有的4种组织类型（等轴,双态,网篮和并列）,而且将等轴和网篮组织的性能优势集于一身,由此带来的力学性能超过了国内外相关技术的性能水平：能在不降低塑性,不丧失热稳定性的条件下,提高材料的高温性能,低周疲劳性能和断裂韧性,在改善性能的同时提高使用温度。近β锻造适用于（α＋β）型合金,还可应用于α,近α和近β型合金,其研究成果已用于制造了多种发动机盘件,飞机和导弹等重要结构件。     

等通道转角挤压Al-Mg-Si铝合金的动态时效特性和力学性能

在不同温度对固溶处理后的6061铝合金进行等通道转角挤压(ECAP),以实现动态时效处理。采用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、透射电镜(TEM)及拉伸测试,研究了6061 Al-Mg-Si铝合金的动态时效行为和力学性能。DSC分析结果表明,合金在ECAP过程中发生动态时效析出。XRD,DSC和TEM的分析结果均表明,合金在动态时效过程中生成了大量的位错和β″析出相。在不同温度进行ECAP动态时效,制备出几种高韧性(均匀伸长率大于10%)和高强度兼备的6061铝合金。ECAP动态时效铝合金的最高抗拉强度和屈服强度,分别为450 MPa和425 MPa。ECAP铝合金的高强高韧,可归因于ECAP后极细的β'析出相和高密度位错的交互作用。     

热机械加工和快速热处理下Ti-4.5Fe-7.2Cr-3.0Al的性能

亚稳定β钛合金较其它钛合金具有良好的机械性能匹配,例如高的比强度、优良的抗疲劳和抗裂纹扩展能力.这种合金固溶时效后的具有完全的转变β和析出的硬化相组织,其强度由β基体上析出的α相决定,α相越细小,分散越均匀,合金强度越高;同时,β晶粒尺寸决定合金的塑性,晶粒越细小,合金塑性越好.     

2024-T3铝合金的动态断裂韧性

目的实现2024-T3铝合金动态断裂韧性的测量,揭示加载速率对动态断裂韧性的影响机理。方法采用屏蔽措施避免电磁干扰,测量2024-T3铝合金在不同加载速率下的动态断裂韧性,采用扫描电子显微镜(SEM)观察断口形貌,理论分析加载速率对动态断裂韧性的影响机理。结果当加载速率小于103MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,2024-T3铝合金的动态断裂韧性约为35 MPa·m~(1/2);当加载速率高于105 MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,动态断裂韧性超过40 MPa·m~(1/2),且随加载速率的增加而不断增大至101 MPa·m~(1/2)。断口分析表明,加载速率较低时,断口形貌为微孔聚集型;当加载速率超过105 MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,断口特征由延性韧窝向准解理形态转变。理论分析表明,上述现象主要是由于裂纹尖端的无位错区域尺寸随加载速率的增大而减小,位错对裂纹尖端应力场的屏蔽效应增大,从而导致裂纹起裂后迅速由韧窝状态向准解理状态转变。结论电磁屏蔽后的电阻应变片法,能够准确测量电磁环境下2024-T3铝合金的动态断裂韧性,且动态断裂韧性表现出明显的应变率敏感性;2024-T3铝合金的微观断裂机制在准静态下为微孔聚集型,加载速率超过105MPa·m~(1/2)·s~(-1)时,材料的断裂表现为由延性韧窝形态向准解理形态转变。