Cu 含量对Ti-Cu合金半固态可锻性及锻造后力学性能的影响

通过镦锻试验和模锻实验研究了Ti-Cu系合金半固态锻造行为,并对锻材进行了拉伸试验,讨论了Cu含量对半固态可锻性及力学性能的影响。结果表明：1000 °C至1150°C半固态锻造较常规锻造具有较小的顶锻压力;其中,1000 °C至1050°C间半固态锻造的Ti-Cu系合金均表现出较好的可锻性,在75%的锻造变形量下无明显缺陷。分析认为,Ti-Cu系列合金中含有较多的低熔点Ti2Cu相,随着半固态温度升高或Cu含量的增加,材料中的液相含量增加,增加的液相含量对变形起到润滑作用,减少了固相变形引起的应力集中,有效的降低了变形抗力,改善了成形性。力学性能研究表明：半固态锻造Ti-Cu系合金较常规锻造合金强度升高,塑性降低。随着Cu含量的升高,合金的强度明显提升,塑性降低。分析认为：力学性能的变化主要是由于Ti2Cu相析出含量、形态和分布相关,随着Cu含量和半固态温度的升高,更多Ti2Cu相在晶内和晶界析出,引起析出强化作用,同时,晶界析出的针状Ti2Cu相形成了偏析带,降低了合金塑形。     

半固态锻造Ti14合金的拉伸性能和组织演变特征(英文)

通过室温和高温拉伸性能测试,对比研究了Ti14合金经常规锻造(950℃)和半固态锻造(1000℃和1050℃)后试样在不同温度区间的宏观力学行为,分析了微观组织演变规律、断口微观形貌及断裂特征。结果表明:合金经半固态锻造后表现出高强度、低塑性的力学特征,随着半固态锻造温度的升高,合金力学性能下降。半固态锻造过程中组织的变化是引起力学性能差异的主要原因,而组织演变的主要特征是Ti2Cu析出相形态和分布的变化。随着半固态温度的升高,更多的液相在晶界析出,并在凝固过程中析出大量板条状Ti2Cu相,最终在晶界上形成偏析带组织。这种带状组织在拉伸过程中引发了解离断裂,导致了低塑性。此外,通过再结晶退火可以有效地细化半固态组织,改善强度性能。     

Ti14合金半固态变形组织及力学性能

以新型阻燃Ti14合金(α+Ti2Cu)为研究对象,分别进行常规固态锻造(950 ℃)和半固态锻造(1000 ℃),对比研究合金半固态变形的组织和拉伸性能,并讨论可能引发组织和拉伸性能变化的原因.结果表明:半固态锻造过程未发生动态再结晶,使得室温组织晶粒粗大,液相Ti2Cu在压力作用下沿晶界分布,形成了偏析,粗化了晶界,改变了晶界的结构;晶界结构的变化诱发了晶界的硬化效应,使得室温拉伸的强度升高,塑性降低.     

半固态加工Ti-Cu合金的显微组织和力学行为（英文）

研究触变成形Ti-Cu合金的力学性能。Ti-Cu (25%,27%,29%Cu,质量分数)锭的制备流程为：先进行电弧熔炼,再在950℃均匀化处理24h,然后在900℃热锻,最后在1035℃热处理300 s后以8 mm/s的速度触变成形。结果显示,触变成形合金表现出良好的力学强度,但其在拉伸载荷下的塑性一般,在压缩载荷下的塑性尚可。随着Cu含量的增加,包晶Ti₂Cu相(转变液相区)的体积分数增加,与α+Ti₂Cu相区(转变固相区)相比,其力学强度和塑性更低,导致合金的力学强度和塑性降低。这些结果表明,Ti-Cu合金的力学性能和半固态加工性之间的平衡主要取决于Cu含量。     

半固态变形量对Ti14合金热稳定性的影响

研究新型阻燃钛合金Ti14(α+Ti2Cu)经不同变形量(45%～75%)半固态锻造后的热稳定性能,分析变形量对合金热稳定性能的影响。结果表明:变形量改变析出相的形态及晶粒尺寸,使合金具有不同的热稳定性能。随变形量的增加,Ti14合金热暴露后的强度呈先降低后升高的趋势,塑性有所改善。半固态变形量较小时(45%),合金晶粒粗大,Ti2Cu相呈长条状分布于晶界,高的强度取决于析出相强化作用;随变形量增大(75%),晶粒细化,Ti2Cu相呈颗粒状或短棒状弥散分布,产生细晶强化,使得强度和塑性都得到改善。断口分析表明:变形量较小,断口存在大量撕裂棱;变形量达到75%,断口以韧窝为主;表明析出相和晶粒尺寸共同决定Ti14合金的热稳定性能。     

温度对α+Ti_2Cu钛合金半固态偏析行为和锻造机理的影响（英文）

以新型阻燃钛合金Ti14(α+Ti2Cu)为对象,研究了合金在不同温度半固态锻造过程中的偏析和偏聚现象及由此导致的变形机制的变化。结果表明,半固态温度影响液相含量和分布,随着温度的升高液相在晶界由不连续分布转变为连续分布析出,并最终形成了网状结构分布。锻造过程中由于液相和应力的共同作用出现了宏观偏析现象,液相在压力作用下的流动在晶界处产生了宏观液相/固相分离现象,靠近试样中心固相离子集中;这种现象导致了锻造过程中变形机制的变化,中心区仍旧是固相粒子的塑性变形为主变形机制,靠近试样外边缘主变形机制转变为固相粒子的相对滑移,通过唯象模型对其过程进行讨论。     

Effect of Temperature on Segregation and Deformation Mechanism of α+Ti2Cu Alloy during Semi-Solid Forging

以新型阻燃钛合金Ti14 (α＋Ti2Cu)为对象,研究了合金在不同温度半固态锻造过程中的偏析和偏聚现象及由此导致的变形机制的变化。结果表明,半固态温度影响液相含量和分布,随着温度的升高液相在晶界由不连续分布转变为连续分布析出,并最终形成了网状结构分布。锻造过程中由于液相和应力的共同作用出现了宏观偏析现象,液相在压力作用下的流动在晶界处产生了宏观液相/固相分离现象,靠近试样中心固相离子集中;这种现象导致了锻造过程中变形机制的变化,中心区仍旧是固相粒子的塑性变形为主变形机制,靠近试样外边缘主变形机制转变为固相粒子的相对滑移,通过唯象模型对其过程进行讨论     

Ti14合金半固态变形的组织演变特征

以新型阻燃合金Ti14合金(α+Ti2Cu)为对象,研究了Ti合金在固态和半固态变形的组织演变过程,分析了温度和变形量对合金晶粒形态和晶界特征的影响,结果表明:半固态条件下未发生动态再结晶,使得晶粒粗大,温度影响了液相的析出,随着温度的升高,液相析出量增加,并集中在晶界处,使得晶界宽化,由不连续转变为连续分布;变形量改变了晶界的界面能,促使晶界发生迁移和转动,导致弯曲的晶界向其曲率中心方向移动,三叉晶的交角向120°趋近。     

GH141高温合金的热加工工艺

通过高温拉伸试验、热顶锻落锤试验、M6C相析出规律分析以及高温扩散退火试验等一系列试验,研究了GH141合金的热加工塑性。结果表明,GH141合金在1000～1150℃范围内加热具有良好的热加工塑性,生产中最佳加热温度为1170℃,使M6C相在加热过程中全部回溶,开锻温度≥1100℃,停锻温度≥1000℃。合金在锻造前应先进行(1180±10)℃高温扩散退火处理,保温时间≥10 h。     

典型阻燃钛合金半固态锻造的力学特性

将典型Ti14合金在半固态进行了1次锻造成形,对锻造试样进行拉伸,研究其室温和高温的力学性能,并对拉伸断裂机理进行了分析。结果表明:不同的半固态温度和变形量对锻造试样的力学性能有明显的影响,随着温度和变形量的提高,强度增大,塑性降低,在1050℃和75%变形量时,合金强度最高;高温拉伸与室温拉伸表现出相同的趋势。随着温度的升高,拉伸断口由典型的穿晶断裂转变为沿晶断裂和穿晶断裂的混合断裂。     

Ti14合金半固态等温热处理过程中组织演化规律和晶粒长大行为(英文)

研究在1000°C和1050°C半固态温度下Ti14合金保温不同时间时微观组织的演化过程,计算在不同半固态温度下晶粒的生长指数,并分析半固态温度和保温时间对晶界和晶粒尺寸以及形态的影响规律。结果表明:随着保温时间的延长,晶粒明显长大,晶粒形态趋于圆整,晶界处液相由不连续分布转变为连续分布,最终呈网格状;1000°C和1050°C对应的晶粒生长指数分别为0.88和0.97,表明升高温度加速了微观组织的演化。     

Microscopic Characterization of Semi-Solid Ti14 Alloy

采用热模拟系统研究半固态变形参数对合金微观组织演变和元素分布的影响,并讨论变形过程中的Ti2Cu析出行为。结果表明:微观组织,特别是Ti2Cu析出过程受变形参数影响较大;温度的增加,应变速率和变形量的降低将促进Ti2Cu在晶界的偏析,最终形成了网状晶界结构。分析认为:半固态晶界的析出过程主要受控于包晶反应,升温或降低其他变形参数将有利于液相在晶界的析出,形成晶界Cu元素富集区。液相的偏析和Cu元素的富集增加了该区域的包晶反应,最终在冷却过程中形成了粗大的网状晶界结构。     

TC4钛合金表面搅拌摩擦加工制备Ti-Cu阻燃改性层

在TC4钛合金基板表层开槽并预植入塑性的金属Cu粉体,采用搅拌摩擦加工工艺,利用Cu粉体与搅拌区钛基热塑性组织的反应扩散行为、β-Ti相稳定元素Cu对搅拌区α+β双相钛组织α/β相变行为的影响,在优化的加工工艺参数下制备TC4钛合金表面Ti-Cu合金化改性层,获得搅拌区内富β-Ti相区结构,基于Ti、Cu的二元反应扩散和固溶-析出等行为,生成了Ti_2Cu等Ti-Cu中间相,通过改变TC4基板表层的成分组成和物相结构,实现在普通TC4钛合金表层具有一定的阻燃性能。采用激光点烧蚀法对Ti-Cu改性层耐烧蚀性能进行评价,进而揭示改性层的阻燃机理:通过调控钛基体表层的α/β两相比例以提高搅拌摩擦加工冷却过程后的搅拌区β-Ti相占比,通过添加阻燃合金元素Cu在改性层内生成Ti-Cu中间相及Ti-Cu合金化层区。     

Ti14合金少量液相下晶粒生长行为及对硬度的影响

通过半固态热处理研究了少量液相(f_l15%)对α+Ti_2Cu型钛合金(Ti14)晶粒长大行为的影响。计算了不同温度及液相含量下晶粒的生长指数,研究了液相含量对该合金晶粒长大机制的影响。结果表明:晶粒尺寸与保温时间呈指数关系;温度升高促使液相含量增加。当液相含量在7%~15%时,晶粒长大机制从Ostwald熟化机制变为液相晶界熔断形式,晶粒合并长大。随着保温温度的升高和保温时间的延长,该合金的硬度降低。     

Ti14合金半固态变形的晶界偏析行为

以新型阻燃钛合金Ti14(α+Ti2Cu)为对象,研究了合金在半固态条件下的晶界偏析行为.结果表明,Ti14半固态变形使得Cu元素在晶界偏聚,冷却后以Ti2Cu相偏析于晶界,偏聚和偏析过程与半固态变形温度具有较大的相关性;同时,提出了Ti2Cu相形核和析出长大动力学模式,并用非经典形核长大理论进行了解释.     

Ti14合金在等温热暴露条件下Ti2Cu相的粗化行为

研究了Ti14合金中Ti_2Cu相在500℃等温热暴露下的静态粗化行为,揭示出Ti_2Cu相的生长速率和形态变化受扩散机制控制。结果表明:静态粗化过程由快速粗化阶段和稳定粗化阶段组成,其中快速粗化阶段主要由末端迁移机制控制,由于条状Ti_2Cu相的末端与长轴方向界面能的差异,溶质原子的扩散过程导致板条状Ti_2Cu的粗化和破碎。而稳定粗化阶段主要由Oswald熟化机制控制,随着时间的延长,合金中Ti_2Cu析出物的尺寸持续增大,而粗化速率降低。Ti_2Cu相的快速粗化会引发第二相的强化,并有效提高快速粗化阶段的可塑性。但是在稳定粗化阶段,由于Ti_2Cu相的长大会增加其位错的有效滑移长度,并进一步影响其裂纹形核阻力同时改变界面构型和晶格失配,从而降低Ti14合金的拉伸塑性。     

半固态Al-Zn-Mg-Cu合金的拉伸力学行为（英文）

为了研究半固态成形过程中的热裂现象,在高温固态和半固态及不同应变速率对Al-Zn-Mg-Cu系挤压态7075铝合金进行拉伸试验。结果表明:随着液相率的升高,7075铝合金在拉伸过程中表现为3种变形机制。首先,合金表现为典型的塑性变形特征;随着温度升高,合金的变形行为由固相和液相共同决定,变形特点由塑性向脆性转变;液相率更高时,合金的变形行为完全由液相决定,并表现为明显的脆性变形特点。在应变速率分别为1×10~(-4)、1×10~(-3)和1×10~(-2) s~(-1)时,合金的脆性温度区间分别为515~526、519~550和540~580℃。此外,建立了关于拉伸行为的两个关键方程。     

Ti_2AlNb基合金线性摩擦焊研究进展

与传统Ti-Al系合金相比,Ti_2AlNb基合金拥有良好的室温塑性,其优异的综合性能满足航空航天发动机对材料高比强度且轻质耐高温的要求。本文总结了该合金的线性摩擦焊接头连接与组织调控机理的研究进展,发现接头焊缝区几乎为B2单相组织,并表现为亚晶粒的组织特征。固溶时效后二次针状O相的析出数量随着前置固溶处理温度的升高而增多。粗大的板条O相的增多是固溶处理接头塑性提高而强度降低的主要原因。后续时效处理过程中析出的细小针状O相及塑性B2相的减少在提高接头强度的同时降低了塑性。因此,抑制B2晶粒尺寸的同时控制O相的析出形态和数量是获得接头良好力学性能的关键。     

Ti14合金半固态压缩中的应力松弛现象和变形机制的研究

利用Gleeble 1500热/力模拟机对Ti14合金进行了半固态压缩变形试验,研究了该合金在应变速率为5×10-2 s-1和5×10-1 s-1,变形温度为1273～1423 K条件下的流变应力变化规律,分析了该合金半固态下应力松弛发生的条件和原因,并讨论了温度、应变速率和变形机制之间的耦合关系.结果表明:温度和应变速率对流变应力有显著的影响,流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而降低,宏观应力松弛发生在固相含量区间为0.95～0.98,主要是因为液相的增加减少了晶粒间的“固相桥”作用.由于液相在变形中的渗漏,Ti14合金在1273～1423 K半固态变形的应变速率试验值远远小于Iwasaki润滑流动机制(固液混合变形机制)所需的理论值,说明在所测试的半固态区间内合金仍以固相粒子变形为主,固液混合变形为协调机制.     

碳含量对XH35BT高温合金组织演变和力学性能的影响

通过光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和室温拉伸等手段研究了碳含量对XH35BT变形高温合金组织演变和力学性能的影响规律。结果表明:随碳含量升高,枝晶界析出的一次Ti C数量增多,且尺寸增大。这些碳化物在后续热变形过程中随金属流动而破碎,成为阻碍晶界迁移的钉扎质点,导致固溶组织随一次Ti C数量增多而细化。碳含量升高会降低球状Ni3Ti强化相的形核率,强化相尺寸和间距增大,析出强化效应弱化,导致合金强度大幅降低。考虑综合力学性能,该合金的碳含量应控制在标准成分的中下限(0.05wt%),以促进析出强化。