Fe代替V制备低成本钛合金:相体积分数的计算

钛合金因其优异的综合性能,如比强度高、耐热性强、耐腐蚀性能优异、低温性能好等特点,而被应用在航天、航空、航海等诸多领域,然而钛合金的高成本严重制约了其大规模的使用。本文以综合性能最好、使用最广泛的Ti-6Al-4V合金为基础,在使用廉价合金元素代替昂贵合金元素的思路下,设计了几组V、Fe元素含量不同的Ti-Al-V-Fe合金。借助稳定系数K_β,分析钛合金中β相的稳定程度和β稳定元素的作用,通过理论推导的方法建立了合金淬火态和退火态的β元素临界晶胞系数的计算模型,并在此基础上确立了α相与β相的体积分数的计算方法,从而实现了对Ti-Al-V-Fe合金中相体积分数的理论计算。本文以Ti-6Al-3V-1Fe合金为例,首先对合金内α相与β相的体积分数分别做了理论计算,继而利用真空非自耗电弧熔炼炉制备了Ti-6Al-3V-1Fe合金的铸锭,取样并进行热处理,最终利用X射线衍射法测定了Ti-6Al-3V-1Fe合金淬火态和退火态α相与β相的实际体积分数。对比发现,实验测定的结果与理论计算的结果较为吻合,说明建立的模型用于预测α相与β相两相的体积分数是切实可行的。     

脉冲电流对Ti-6Al-4V合金显微组织及力学性能的影响

采用组织观察、性能检测、断口分析等方法研究了脉冲电流对Ti-6Al-4V合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,脉冲电流使试样瞬间急速升温、产生较高的热压应力,并发生α→β相变,随后试样快速降温冷却发生β→α′相变。由于急速升温和快速冷却,新相的形核率增加且无充足时间长大,使合金的显微组织细化,而相变和组织细化导致了合金力学性能提高和电阻率变化。适当优化电脉冲处理工艺参数可使Ti-6Al-4V合金的综合力学性能明显提高。通过测量电阻变化可间接表征电脉冲处理后材料微观组织结构的变化程度。     

电子束选区熔化气孔形成机理

电子束选区熔化(EBSM)是一种新兴的增材制造技术,钛合金Ti-6Al-4V是增材制造中最常用到的材料之一.对钛合金Ti-6Al-4V增材制造试样进行微观组织及拉伸性能分析,发现试样底部存在粗大块状平行a板条组织,顶部存在细小柱状β相及片层状α板条组织.拉伸试验结果显示,平行和垂直增材制造方向试样极限抗拉强度相差较小,说明在增材制造过程中存在气孔缺陷,导致材料强度发生变化.     

医用CujO-MTanOm多层涂层改善Ti-6Al-4V合金的力学性能、耐蚀及抗菌性能的研究

为了改善Ti-6Al-4V合金的力学性能、耐蚀及抗菌性能,运用磁控溅射技术在医用Ti-6Al-4V合金表面沉积了医用Cu_jO-Ta_nO_m/Ta_nO_m/Ta_nO_m-TiO₂/TiO₂/Ti多层涂层(代号Cu_jO-MTa_nO_m),并采用SEM、AFM、XRD、接触角测试仪、纳米压痕仪、电化学工作站和平板计数法等手段分析沉积涂层的表面形貌、物相组成、润湿性、力学性能、耐腐蚀性能和抗菌性能。研究结果表明,Cu_jO-MTa_nO_m多层涂层结构均匀致密,未发现微孔或微裂纹等结构缺陷,物相表现为非晶态。相比于Ti-6Al-4V合金,Cu_jO-MTa_nO_m多层涂层试样的接触角值增大4°,硬度和弹性模量分别增幅29%...     

Ti-45Al-7Nb-0.2B-0.1Hf-0.1Y合金显微组织

对Ti-45Al-7Nb-0.2B-0.1Hf-0.1Y合金进行了1300℃不同保温时间的热处理,利用光学显微镜、扫描电镜(SEM)结合能谱分析(EDS)、X射线衍射等手段研究了该合金铸态和热处理后的显微组织。研究表明,合金的铸态组织为近层片组织,1 300℃长时间热处理后的组织为全层片组织。合金的铸态组织中包含γ相、α2相、β相及多种钇化物相,热处理后合金中β相消失,形成了富Hf的钇化物;随着热处理时间的延长,合金层片团变粗,层片间距变细。     

Ti-6Al-4V薄板临界拉深成形温度研究

对高强Ti-6Al-4V薄板成形性能进行研究,通过单轴拉伸试验测得Ti-6Al-4V应力—应变曲线以及延伸率,观察拉伸失效样件断口组织,研究不同技术参数下Ti-6Al-4V板材拉深行为.结果表明在试验条件下,温度在300℃以下时难以成形圆筒件.300℃开始可拉深出合格圆筒件,此时材料抗拉强度为986.69MPa,延伸率为20.05％.300℃为Ti-6Al-4V薄板在试验条件下拉深成形圆筒件的临界温度,此温度下极限拉深系数为0.656.试验表明高强Ti-6Al-4V板料在一般冲压条件下成形性极差.     

Dry Friction Characteristics of Ti-6Al-4V Alloy under High Sliding Velocity

Tribological behaviours of Ti-6Al-4V alloy pins sliding against GCr15 steel discs over a range of contact pressures （0.33-1.33 MPa） and sliding velocities （30-70 m/s） were investigated using a pin-on-disc tribometer under unlubricated conditions. The wear mechanisms and the wear transition were analyzed based on examinations of worn surfaces using SEM, EDS and XRD. When the velocity increases, the friction coefficient and the wear rate of the Ti-6Al-4V alloy show typical transition features, namely, the critical values of sliding velocities for 0.33 and 0.67 MPa are 60 and 40 m/s, respectively. The experimental results reveal that the tribological behaviours of Ti-6Al-4V alloys are controlled by the thermal-mechanical effects, which connects with the friction heat and hard particles of the pairs. A tribolayer containing mainly Ti oxides and V oxides is formed on the worn surface of Ti-6Al-4V alloy.     

航空用钛合金表面处理工艺参数优化

采用正交试验法对航空业最常用的钛合金Ti-6Al-4V表面阳极处理工艺参数优化进行了研究,得出的最佳工艺参数为:溶液浓度250 g/L,处理时间15 min,直流电压10 V,温度25℃.通过阳极化处理,在钛合金表面形成了一层褐色、致密、多孔的氧化层,增加了合金表面积,促进了胶接表面与胶层的机械咬合,增强了胶接强度.力学实验证明,胶接试样的剪切强度可达34.54 MPa.     

纤维拔出时Coulomb摩擦界面应力传递

假设纤维/基体界面分离区域内的摩擦剪切应力遵循Coulomb摩擦律，包括泊松效应的影响，建立了纤维拔出时的摩擦界面应力传递模型，获得了包含摩擦滑移和由纤维/基体热失配引起的法向残余热应力效应的纤维轴向应力和界面剪切应力的表达式.对纤维增强复合材料SCS-6/Ti-6Al-4V作参数化的数值计算，且和有限元结果进行比较.结果表明，随纤维轴向位置的增加，纤维轴向应力和界面剪切应力均减小；法向残余热应力、高纤维体积分数和短纤维延缓纤维失效.     

纤维增强复合材料的界面分离准则

考虑泊松效应和分离界面上摩擦应力的作用，建立了描述界面弹性应力传递的摩擦桥联理论模型，获得了纤维和基体的所有应力解.基于界面分离过程的能量平衡，获得了分离能释放率的表达式.通过引入一个界面分离准则，给出了求解临界分离长度的方法，获得了临界分离应力和桥联本构关系的表达式.对纤维增强复合材料SiC/Ti-6Al-4V作数值计算，结果表明建立的模型比剪滞模型更准确.     

TiA(l)-10Nb合金铸态组织演化规律的研究

研究Ti-(44～54)Al-10Nb合金铸态组织的演化规律,并确定全β凝固的TiAl-10Nb合金的成分范围.实验结果表明:Ti-(44～53)Al-10Nb合金的凝固组织为典型的柱状晶组织,Ti-54Al-10Nb合金的宏观组织为等轴组织;在其凝固组织(纵截面)上部存在较多的缩松,这主要是由于Nb元素的添加量加多,...     

基于回归法的钛合金(Ti-6Al-4V)插铣铣削力建模分析

针对钛合金(Ti-6Al-4V)的切削特点,研究了具有高速、高效特点的Ti-6Al-4V的插铣过程,分析了切削力的特点,构建了切削力分析试验平台,对铣削力的变化规律进行了研究,采用Taguchi正交试验法,运用多元线性回归法进行数值拟合,建立Ti-6Al-4V插铣过程铣削力模型．经试验验证,该模型是有效的,铣削力误差在10%以内,为研究钛合金插铣过程提供了依据．     

Ti-6Al-4V合金超塑性变形行为的人工神经网络预测

为了研究钛合金的超塑性变形行为,对Ti-6Al-4V双相钛合金进行了超塑性变形试验.构建了以超塑性变形温度、应变速率、晶粒尺寸为输入变量且以峰值应力和稳态应力为输出变量的三层BP人工神经网络模型,预测了该合金在不同超塑性变形条件下的流变应力值,并对该模型的隐含层数、神经元个数、输入输出数据、算法函数进行了合理优化.结果...     

Ti-Fe-Cu合金的制备与性能

采用铜模吸铸法制备直径为3,6 mm的Ti64Fe18Cu18,Ti68Fe18Cu16,Ti70Fe18Cu12和Ti74Fe18Cu84种Ti-Fe-Cu合金圆棒,通过X射线衍射仪和光学显微镜观察该合金样品的微观组织结构,并对其进行压缩实验和抗腐蚀性能测试,研究合金样品的力学性能、抗氧化性能及耐腐蚀性能。结果表明:制备的Ti-Fe-Cu合金相主要是由立方cp2 Ti(Fe,Cu)金属间化合物和bccβTi固溶体组成;随着Cu含量的减少,Ti-Fe-Cu合金硬度和室温塑性逐渐增大,且最大压缩塑可达18%;此合金具有良好的抗氧化和抗腐蚀性能,与传统的Ti-6Al-4V合金相比,其制造成本更低,性能更优异。     

一个利用低周疲劳特性参数计算疲劳裂纹扩展速率的简捷方法

本文在H.W.Liu和N.lino模型的基础上提出了一个疲劳裂纹扩展模型。该模型考虑了裂纹尖端的塑性钝化和引入了微观结构参数α_0。通过利用累积损伤规律,给出了疲劳裂纹扩展速率的表达式: dα/dN=sum from i=1 to n(λ_i[1/N_f(x_i)]) 本文计算疲劳裂纹扩展速率的特点是用直接计算在裂纹尖端前各个疲劳元素的疲劳破坏寿命代替计算裂尖前的塑性应变分布,使得计算十分简捷、方便。文中对退火的M300、2024-T351、7075-T6、Al-6Zn-2Mg及Ti-24V等五种材料进行了计算并与实验结果作了比较,两者吻合甚好。     

Si对Ti-46Al-5Hf-0.6B合金凝固组织的影响

为研究Si对Ti-46Al-5Hf-0.6B(原子百分比)合金铸态组织的影响,将名义成分为Ti-46Al-5Hf-0.6B-xSi(x=0,0.5%,1.5%,3%)合金用电弧熔炼法在氩气保护下制成纽扣锭.合金宏观和微观组织的特征采用OM、SEM、XRD技术进行分析.结果表明:Si在合金中形成Ti5Si3相,Ti5Si3相的数量和形态随Si含量的增加而变化.当Si的原子数等于0.5%、1.5%、3.0%时,合金凝固组织分别为近片层的粗大柱状晶、细化的柱状晶和以块状和条状Ti5Si3为初生相的等轴组织.Ti5Si3为脆性相,Si的原子数应小于1.5%.     

Mg-Al合金非平衡凝固共晶组织及形成机理

为了研究Mg-Al合金非平衡凝固组织,利用扫描电镜(SEM)、x-射线衍射仪以及拉伸性能测试,分析了金属型铸造Mg-x%Al(x=8、10、12)合金的铸态组织.结果表明,Mg-x%Al(x=8、10、12)合金的铸态组织由α固溶体、沿晶界分布共晶组织及其附近的次生相所组成,共晶组织以β-Mg₁₇Al₁₂为基且其上分布着粒状α相,次生β相与α固溶体以片层相间的形式出现.采用金属型铸造,实验合金的冷却速度较快,先形成离异共晶的β-Mg₁₇Al₁₂相,后形成以β-Mg₁₇Al₁₂为基的共晶组织.该组织为类似于铁碳合金中莱氏体的非规则共晶体,强度和塑性很低,因此,Mg-x%Al(x=8、10、12)合金的力学性能普遍较低.     

Chip formation in high speed milling of Ti-6Al-4V alloy under nitrogen-oil-mist

High speed milling experiments using nitrogen-oil-mist as the cutting medium were carried out to investigate the characteristics of chip formation for Ti-6Al-4V alloy.Within the range of conditions employed（cutting speed,vc=190-300 m/min;cutting depth of axial,ap=5,7 mm）,saw-tooth chips were produced in these experiments.During the macro and micro analysis of the Ti-6Al-4V chips,an optical microscope and a scanning electron microscope（SEM）were used to study the microstructure and the morphology of the chips,and the X-ray photoelectron spectroscopy（XPS）was employed for chemical analysis.Comparisons were made to study the influence of different cutting media（nitrogen-oil-mist,air-oil-mist and dry cutting condition）on chip formation.Results indicate that cutting media have significant effects on chip formation.Nitrogen-oil-mist is more suitable for improving the contact condition at chip-tool interface and increasing the tool life in high speed milling of Ti-6Al-4V alloy than air-oil-mist and dry cutting.     

深海耐压壳体显微组织及力学性能研究

为了满足深海勘探的要求,采用Ti-6Al-4VELI钛合金制备直径2 100mm深海耐压壳体.文中采用金相显微镜对材料组织形貌进行分析,利用扫描电镜对拉伸及冲击断口形貌进行观察.结果表明:材料为α+β两相区加工组织,沿金属流线方向,拉长的α相组织边界呈锯齿状,组织存在球化趋势.金属流线使材料力学表现出各向异性,改变了拉伸过程中裂纹扩展路径.     

Al-5Ti-0.25C-8Sr对AM60B镁合金铸态显微组织及性能的影响

研究了Al-5Ti-0.25 C-8Sr对AM60B镁合金显微组织及性能的影响.结果表明:Al-5Ti-0.25 C-8Sr对AM60B具有良好的细化和变质效果.添加质量分数为0.1％的Al-5Ti-0.25C-8Sr时,α-Mg显著细化,β相由连续或半连续状转变为颗粒状,平均晶粒尺寸由265 μm降低到约78 μm;但当Al-5Ti-0.25C-8Sr加入量大于0.1％时,镁合金晶粒有粗化趋势;AM60B的抗拉强度和显微硬度随着Al-5Ti-0.25C-8Sr添加量的增加先升高后下降,当加入量为0.1％时具有最大值.