TC21合金的高温变形行为及其组织演变

通过Gleeble压缩试验,系统地研究了TC21合金在α+β两相区、β单相区的热变形行为及其组织演变.对流动应力的分析表明,峰值应力与变形温度和应变速率间符合双曲正弦形式的Arrhenius本构关系.变形死区的组织观察表明,随着变形温度的升高,合金中细小α相首先转变为β相;进入单相区后,取向相近的β晶粒间相互合并而迅速长大.应变速率对微观组织的形貌和尺寸有一定影响,在低应变速率时等轴α相的形貌并没有明显变化,变形以β相为主;随着应变速率的升高,α相沿轴向方向被压扁,β相呈现纷乱不均的分布;进入单相区后,粗大的β晶粒被压扁,并在晶界处生成新的等轴β晶粒.     

固溶温度对TB6钛合金微观组织的影响

分别在760、780、800、820℃对TB6钛合金锻棒进行固溶处理,采用X射线衍射仪和光学显微镜研究了合金在不同固溶温度下的相组成及微观组织随固溶温度的变化规律。结果表明,固溶温度为760、780℃时,TB6钛合金棒材中的初生α相含量较高,尺寸较大,能起到钉扎β晶界的作用,获得晶粒尺寸<5μm的β基体相;固溶温度为800℃时,大部分初生α相溶于β基体相中,剩余初生α相的体积分数仅约为2.65%,且β基体相晶粒尺寸增大,并出现热诱发α′′马氏体相;固溶温度为820℃时,TB6钛合金棒材中的初生α相已完全消失,β基体相存在大量呈纵横交错分布的针状热诱发α′′马氏体相。     

高氧TC4钛合金β相区变形行为研究

采用Gleeble-3800热模拟压缩试验机研究了高氧TC4钛合金在温度为990～1 030℃、应变速率为0. 01～1. 0 s~(-1)、变形量为60%时的变形行为及微观组织特征,并构建了该合金的本构方程。结果表明,高氧TC4钛合金在β单相区变形时随着应变速率的增加和变形温度的降低,其流动应力显著增加,该合金在β相区的变形激活能为141 kJ/mol。在990～1 030℃加热温度下,原始β晶粒尺寸在250～255μm范围内,晶粒尺寸对温度不敏感。随着应变速率的增大,原始β晶粒沿着垂直于压缩轴方向被拉长,在被拉长的原始β晶界上可观察到β再结晶晶粒。     

回温变形温度对微合金钢显微组织的影响

 通过单道次压缩变形热模拟试验,研究微合金钢加热到两相区变形时的组织演变规律,并分析加热温度对其的影响。使用OM、SEM和EBSD分析试验钢的微观组织和取向分布。结果表明,加热后奥氏体相变在晶界上发生,740～800 ℃时奥氏体体积分数为20%左右,830 ℃时奥氏体体积分数大幅增加到50%。加热到两相区变形时,形变铁素体发生动态回复或动态再结晶,随变形温度增加,形变铁素体由动态回复向动态再结晶发展,亚晶界减少,830 ℃时大角度晶界比例达到91.2%,冷却后得到均匀的细晶组织,平均有效晶粒直径3.9 μm。     

氢对α+β钛合金固态相变的影响

研究了氢对TC4钛合金高温淬火过程的亚稳相转变以及其微观组织的演变的影响.试验结果表明,随着氢含量的增加.氢首先促进了TC4钛合金中斜方马氏体α"的生成,α'体积分数降低.在0～0.45%(质量分数)之间,形成了α'和α"共存的独特组织,并在0.45%时α"马氏体体积分数达到最大;继续增加氢含量,氢开始抑制马氏体,促进更稳定的体心β的生成.亚稳相分解试验表明,氢降低了马氏体分解转变温度,随着时效温度的升高和氢含量增加,显微硬度降低.同时,与α'分解相反,经过时效后,β相取代α首先在马氏体α"内析出,细化了晶粒.     

β锻造工艺对TC17钛合金显微组织的影响

通过对Φ100 mm×150 mm TC17钛合金棒材进行镦粗试验,研究了β锻造工艺对其微观组织形貌的影响。结果表明:变形量和变形速率对TC17钛合金显微组织有显著的影响。当变形速率为0.1 mm/s时,晶界α相容易被破碎,变形量越大,破碎越严重,且越容易球化,80%变形量时α相的球化率达到80%。当变形速率为2 mm/s时,β晶粒容易发生动态再结晶,变形量越大,再结晶体积分数越高,80%变形量时β相的再结晶体积分数为50%。晶界α相发生球化对变形量和变形速率均较为苛刻,仅在变形量为80%、变形速率为0.1 mm/s时大量晶界α相发生了球化。此外,相比变形量,β再结晶数量对变形速率更加敏感。     

Ti—1023合金热变形研究

研究了 Ti-1023合金在β相区加热锻造时,最终火次的变形温度和变形量对组织和性能的影响。试验结果表明:在β相区加热锻造,配以α+β两相区加热和一定程度的变形量〔β+(α+β)工艺〕得到的组织与性能最佳,是目前推荐的主导热变形工艺。但配以β相区加热变形(双β工艺),当变形量小时,组织保留了β晶界痕迹,塑性偏低。当变形量大时,除纵、横向塑性(L-T、T-L 方向)的断裂韧度差值大以外,还在低倍组织上易出现亮晶条带。因此为不可推荐的工艺。     

TA15ELI显微组织及损伤容限性能研究

采用一火β区热轧和一火两相区上部温度热轧获得了片状组织的TA15ELI钛合金厚板，通过两相区900℃、930℃、950℃和β区980℃退火热处理进一步调整合金显微组织和损伤容限性能，测定了不同热处理状态下合金的显微组织特征参数和室温拉伸性能、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率，分析了显微组织对损伤容限性能的影响关系。研究发现：两相区退火，随着退火温度的升高，TA15ELI钛合金组织中初始β晶粒尺寸和α集束尺寸基本不变，α片平均厚度有所增加，合金强度和塑性均有所下降，da／dN降低，KIC提高；合金在β区980℃退火较两相区退火具有更好的损伤容限性能和综合性能。     

TA15钛合金β热变形行为及显微组织

基于二元相图计算法和差示扫描量热法(DSC)精确测定了TA15钛合金的相变点。采用热模拟压缩实验、光学显微镜(OM)及电子背散射衍射技术(EBSD)和定量分析法研究了TA15钛合金的β热变形行为,分析了变形温度、应变速率和变形量对其流变应力和显微组织的影响规律。结果表明:TA15钛合金在β热变形时,流变应力曲线呈现两种软化态势:高应变速率条件下,流变应力曲线呈现动态再结晶型,而低应变速率条件下流变应力曲线呈现动态回复型;低应变速率下获得极细的片状马氏体微结构,而高应变速率下为粗大的板状马氏体微结构,且大角度晶界比例较低;应变速率对显微组织特征参数(β晶粒大小及不均匀性、β转变组织片层厚度以及长宽比)的影响较为显著。研究结果可为优化TA15钛合金β热变形工艺参数,获得良好的组织形态提供理论依据。     

TA15钛合金热压缩变形位错演化分析

采用Gleeble—3500热模拟压缩试验机对TA15钛合金进行等温恒应变速率压缩实验,并应用材料分析测试技术(XRD与TEM)和相关定量计算理论(XRD线形傅氏分析法)分析其热压缩变形过程中的位错演化。结果表明,TA15钛合金热压缩变形过程中位错类型主要为柱面(1010)、基面(0002)、锥面(1011)和(110)β面位错,位错密度均在1013~1014 cm-2范围内。当变形温度为950℃且变形量为40%时,随着应变速率的提高,柱面(1010)和(110)β面位错密度几乎不变;当变形量升至60%时,随应变速率的提高,各晶面的位错密度均显著降低。当应变速率为1s-1时,随变形量的增加,平均晶格应变和位错密度均减小;当变形量为60%时,晶格应变降到0.116%~0.138%,位错密度减小到(1.1~1.7)×1014 cm-2。在(α+β)两相区出现了由位错形成的"微观变形带"及位错胞结构;在β单相区板条状马氏体α'相内部位错密度较低,形成位错塞积群,且在位错塞积群和马氏体α'相之间形成高度的应力集中。     

TC18合金热压缩变形行为研究

本文利用热压缩法研究了TC18合金的热变形行为,并计算了合金在α+β两相区和β单相区变形激活能,得到了相应的流变应力本构方程。研究结果表明,TC18钛合金在α+β双相区变形时,在较低温度和较高应变速率条件下流变曲线呈现典型的单一峰值的再结晶,并且随变形温度的提高,出现多峰值的再结晶的特征;TC18钛合金在β单相区变形时,流变曲线出现了较长的平缓阶段,而后在较大应变时出现了标志再结晶的峰值应力;经计算得到TC18钛合金β单相区的变形激活能为260.84kJ/mol,α+β双相区的应变激活能336.356kJ/mol。经过拟合得到了TC18钛合金在α+β双相区和β单相区变形的流变应力本构方程。     

TC4-DT钛合金的相变过程原位观察

利用共聚焦显微镜原位观察了存在强织构和正常两种组织的TC4-DT钛合金从室温升温至1 200℃过程中的组织演变,并且与在室温下采用光学显微镜获得的照片进行了对比研究。结果表明,试样加热温度大于500℃时,无需化学浸蚀即可以进行原位观察。试样加热至950℃(Tβ-35℃)时,可观察到球状α相逐渐消失,加热至1 000℃(Tβ+15℃)后观察不到球状α相,判断α→β相转变的温度区间应在950~1 000℃。此外,正常组织试样加热至1 000℃时已经能观察到β晶界和晶界滑移现象,而存在强织构的组织加热至1 170℃左右时才观察到明显的β晶界和晶界滑移现象。强织构会阻碍晶粒再结晶长大,只有加热至Tβ以上一定温度时,晶粒才能再结晶长大。     

航空发动机用大规格TC17钛合金棒材显微组织均匀性研究

利用电子背散射衍射(EBSD)技术对?500 mm TC17钛合金棒材显微组织的均匀性进行了研究,分析了不同部位α、β相的晶体取向。结果表明,棒材边部和心部的初生α相等轴化良好,取向分布均匀;锻后冷却速度会影响棒材边部和心部组织中等轴α相的晶粒尺寸,心部显著大于边部。在光学显微镜下原始β晶界不明显,但心部组织中出现β相基本保持取向一致的"宏区",说明原始β晶粒破碎程度不足。对于大规格TC17钛合金棒材,仅凭借显微组织判定其均匀性存在漏洞,需增加β晶粒度检查以规避后续出现粗大原始β晶粒的风险。     

两种组织TA15棒材性能差异研究

采用扫描电镜BEI和EBSD技术研究了TA15棒材片状和等轴组织的合金元素分布和组织结构对力学性能的影响。IQ图和成分分析表明,高达20%的合金溶质原子固溶在β相中产生显著的晶格畸变,导致β相固溶强化效果大于α相,固溶强化对TA15棒材屈服强度的贡献大于细晶强化,是两种组织具有相近屈服强度的主要原因。等轴组织棒材晶粒细小、点阵畸变大的β相均匀地分布在α相晶界上、29%的小角度晶界,使变形不易在局部集中而起到了均分变形的作用,提高了抗拉强度和塑性变形能力,综合性能优于片状组织。     

Ti-Nb合金在冷变形中的微观组织和力学性能研究

研究采用钨极电弧炉熔炼Ti-35Nb-2Ta-3Zrβ钛合金,采用偏光显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等试验设备,分析不同拉伸变形率下合金的微观组织结构和相转变规律.运用双辊轧机制备不同冷变形率下的合金,并进行室温拉伸等力学试验.试验结果表明:随着拉伸变形率的增加,合金会发生β→α″相转变,且合金中α″马氏体逐渐增多,增多到一定程度后保持稳定,α″马氏体的微观形貌由针状转变为粗大的片体;经过冷变形加工后,合金表现出良好的强度和塑性.     

β相区冷却方式对TA15钛合金组织与冲击性能的影响

将TA15钛合金加热到单相区温度(β相区),随后分别采用水冷、空冷以及炉冷三种方式进行冷却处理,使用光学显微镜、冲击性能测试以及扫描电子显微镜等手段,研究不同冷却方式对TA15钛合金组织与冲击性能的影响,结果表明：合金经三种冷却方式处理后,组织中均出现粗大β晶粒,水冷的组织中析出α′相,而空冷的组织中析出细小针状次生α相,炉冷组织中析出片状α相。三种冷却方式中,合金经炉冷处理后冲击吸收功最大,其次是空冷,水冷最差。三种冷却方式的断裂类型均以脆性断裂为主,断口形貌均是以岩石状形貌为主,并有少量尺寸较小且深度较浅的韧窝分布在表面。     

钛合金晶界变形损伤有限元仿真研究

为研究晶界的变形损伤过程,通过偏移钛合金真实组织中初生α相(α_p)和转变β基体(β_t)的界面,实现晶界的几何建模,建立包含晶界内聚力单元的真实组织有限元模型,模型预测与实验获得的TA15钛合金应力-应变曲线吻合良好。研究结果表明,晶界高应力单元的数量随变形量的增加而增加,晶界单元平均损伤特征值在宏观应变小于2%时迅速增加,在应变大于2%时增速趋于平缓。与理想α_p相和β_t基体界面结合相比,当宏观应变较小时,晶界内聚力单元应力不影响α_p相和β_t基体中应力分布;随宏观应变的增加,晶界高应力单元的损伤退化会导致α_p相和β_t基体中应力降低。     

热处理对选区激光熔化Ti-6Al-4V组织及力学性能的影响

通过研究选区激光熔化Ti-6Al-4V合金件不同热处理制度下组织结构转变规律,揭示其热处理工艺—组织结构—力学性能内在联系。结果表明:在600～700℃范围内,合金中α^′马氏体未完全分解,形成α′和α+β混合组织,合金的强度较高,延伸率偏低;温度升高至800～900℃时,α′马氏体完全转变为稳定的α+β层片组织结构;热等静压后,合金亚稳α′马氏体完全转变为α+β层,局部区域出现粗化;随着热处理温度的升高,相对于沉积态,合金的屈服强度和抗拉强度逐渐降低,断后延伸率逐渐增加;结合微观组织晶粒的长大行为,沉积钛合金退火温度、时间选择800℃、2 h为宜。     

热处理对新型医用Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb钛合金显微组织与力学性能的影响

分析了不同热处理制度对新型医用Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb合金显微组织与力学性能的影响。结果表明:经(α+β)两相区固溶处理后,合金主要由初生α相和β相组成;初生α相尺寸短小,以颗粒状形式出现在晶粒内部和晶界附近。在实验参数范围内,升高固溶温度导致初生α相的体积分数降低,β相的体积分数增加。经β单相区固溶处理后,合金主要由单一β相组成;随着固溶温度升高,β相晶粒逐渐长大,晶粒尺寸约为25μm。经(α+β)两相区固溶+时效处理后,在β相基体上析出针状α相,尺寸细小,呈交叉排列。经β单相区固溶+时效处理后,在β相晶界附近和晶粒内部析出尺寸大小不一的细针状α相;晶界附近析出的α相具有一定的取向,晶粒内部析出的α相横纵交错,大小不均匀。经固溶处理后,合金获得中等水平的强度和较好的塑性;随着固溶温度的升高,合金的抗拉强度和屈服强度逐渐减小,塑性和弹性模量逐渐增加。经(α+β)两相区固溶处理后,合金的抗拉强度与屈服强度之差(Rm-Rp0.2)较β单相区固溶处理后的大。经(α+β)两相区固溶+时效处理后的合金强度增量高于β单相区固溶+时效处理后的合金强度增量。在相同时效条件下,随着固溶温度升高,合金的强度和模量逐渐减小,延伸率基本保持不变。经780℃/30min固溶空冷+480℃/6h时效空冷处理后合金的弹性模量达最小值(E=64GPa),最接近于人体自然骨骼等硬组织的弹性模量。     

固溶处理对Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金组织与性能的影响

研究了固溶处理对一种新型Ti-6Cr-5 Mo-5V-4Al合金组织与室温拉伸性能的影响.研究发现:Ti-6Cr-5 Mo-5V-4Al合金在β/β固溶处理后的典型组织为:变形拉长的β晶粒,晶粒破碎,原始β晶界处有项链状初生α相析出,经时效后,晶内则析出纵横交错的细小次生α相.β固溶处理后的典型组织为:等轴β晶粒,经时效后晶界处沿着一定取向析出次生α相薄片层,晶内弥散分布着平行交错的细小次生α相.随着固溶温度的升高,β晶粒尺寸逐渐增大,初生α相的含量逐渐减少,相转变温度以上固溶处理后初生α相完全消失.α/β固溶+时效后显微组织中次生α相尺寸较小,大小均匀,长度在500nm左右;而β固溶+时效后显微组织中次生α相尺寸较大,且大小不均,长度在200～1500 nm左右.该合金经固溶处理后具有中等强度水平和良好的塑性,且在实验温度范围内,固溶温度越高,合金强度越低,塑性越好;经时效后,α/β固溶处理的时效强化效应明显强于β固溶处理后,强度差值达360 MPa,主要是因为α/β固溶处理后初生α相的析出,导致残余β相更加稳定,时效时次生α相的驱动力小,以及残余大量的位错等缺陷为α相提供了较多的形核位置,因此次生α相尺寸细小且分布均匀弥散.