喷涂涂层对钛合金超塑性能的影响

通过采用在钛合金TC4(Ti-6Al-4V)表面喷涂锆英石粉料来获得保护层的办法，研究了锆英石陶瓷涂层对钛合金TC4在高温拉伸试验时超塑性成形的影响。结果表明，锆英石涂层减轻了钛合金表面的高温氧化程度，提高了钛合金TC4的超塑性性能。     

置氢0.11%Ti-6Al-4V合金超塑变形行为及其机制

研究了置氢0.11%的Ti-6Al-4V在800～900℃温度范围和3×10(-4)～1×10(-2)s(-1)应变速率范围内的超塑变形行为,应用光学显微镜研究了变形过程中的组织演变.结果表明:置入0.11%的氢能够显著改善Ti-6Al-4V超塑变形行为,峰值应力较原始合金降低了15～33 MPa,应变速率敏感性指数m值提高至0.497,变形激活能为322 kJ·mol(-1);在840～860 ℃温度范围和3×10(-3)～1×10(-3)s(-1)应变速率范围内,具有最佳超塑性,其延伸率最高达到1530%.0.11%的氢使α相及β相软化的同时促进了动态再结晶,提高了位错的攀移能力并且降低了位错密度;α和β两相比例未发生显著变化,适当的比例在变形过程中有利于两相相互抑制长大.置氢后超塑变形机制与未置氢相同,主要为界面的滑动和晶粒的转动,而位错的运动及动态再结晶为其协调机制.     

FeSO4浓度对Ti-6Al-4V合金表面微弧氧化膜层性能的影响

通过电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)分析了Ti-6Al-4V合金表面微弧氧化膜层的微观形貌、相组成和化学成分,采用拉伸试验机及红外光谱仪(FTIR)测试了膜层的结合强度以及5～20μm波段内的红外发射率。结果表明,随着(NaPO_3)_6电解液中FeSO_4浓度的升高,膜层的厚度、粗糙度及结合强度增加,红外发射率呈先增加后减小的趋势,其中,Fe SO4浓度为6 g/L时膜层的红外发射率达到最大值0. 86。结合XRD与XPS测试结果,推断元素Fe与P分别以非晶态的Fe_2O_3、H_2PO_4~-、P_2O_7~(4-)存在。Fe掺杂与非晶态的无序结构特征有利于局域能级的生成和增强原子间的极性振动,进而提高膜层的红外发射率。     

氢对TC11钛合金超塑性能的影响

(一)原材料及实验方法 实验用TC11钛合金的化学成份(wt％):6.43 Al、3.46 Mo、1.73 Zr、0.24Si、0.10Fe、0.015C,余量为Ti。原材料的初始状态为热轧棒材,经1203K加热、保温4h后空冷至室温,获得晶粒直径大约为4μm的细晶组织,见图1,a与β两相中α相的比例约为55％。将棒材加工成的超塑性拉伸试样充氢至不同氢含量。试样的直径为5mm,     

氧含量和退火制度对Ti-6Al-4V挤压管组织与400℃高温强度的影响

本文研究了不同氧含量和不同退火制度对Ti-6Al-4V挤压管的影响,对其组织和高温强度进行了分析。结果表明,提高氧含量和采用适当的退火制度,可以提高材料的高温强度。     

热处理对Ti-6Al-4V ELI合金厚板组织与性能的影响

研究了热处理对Ti-6Al-4V超低间隙（ELI）合金厚板组织与性能的影响。结果表明，Ti-6Al-4V ELI合金经α＋β区热处理后得到双态组织，强度、塑性都较高；经β区热处理后得到片层组织，细片层组织强度较高。片层粗化后，强度降低。当片层尺寸小于某一临界值（-5μm）时，延伸率随着片层的粗化升高，当片层继续粗化时，延伸率反而下降。     

锻造工艺对Ti-6Al-4V合金大规格方坯组织与性能的影响

制定了3种Ti-6Al-4V合金大规格方坯锻造工艺,通过Simufact仿真软件对工艺参数进行优化,在万吨液压机上进行全流程控制锻造,制备出规格为245 mm×480 mm×3 700 mm的大规格方坯。对方坯的力学性能和显微组织进行表征,分析锻造工艺对大规格方坯组织与性能的影响。结果表明,3种工艺锻制的Ti-6Al-4V合金大规格方坯显微组织均为等轴组织,初生α相含量约占80%。工艺A和工艺B制得的方坯组织细小,均匀性好,超声波杂波水平低。工艺C锻制的方坯晶粒粗大,组织不均匀,心部存在长条及大块状α相。工艺A、B锻制的方坯有较好的强度和塑性匹配,工艺C锻制的方坯强度虽较高,但塑性相对较低。从组织均匀性、力学性能及杂波水平综合考虑,工艺A为最优锻造方案。     

α污染层对Ti-6Al-4V铸造钛合金组织与性能的影响

对真空冶炼铸造Ti-6Al-4V钛合金(简称ZTC4)表面α污染层的组织、氧氢含量及纳米硬度趋势进行了研究,分析了α污染层对铸造钛合金拉伸性能的影响。结果表明,α污染层为粗大的片状结构,最大深度为0.28 mm;与心部区域相比,氧元素含量增加了1.64倍,氢元素减少了1倍,0硬度值增加了0.94倍,α污染层对ZTC4的拉伸性能影响显著,与不含α污染层试样相比,屈服强度、抗拉强度、延伸率和断面收缩分别降低了14.2%、12.5%、20%和35%,这是由于氧等原子固溶在试样表面形成脆而硬的α污染层,在拉伸载荷作用下α层不易变形形成多源断裂,在材料最薄弱区域形成宏观断裂源并向基体快速扩展,最后形成脆性解理断裂。     

阳极氧化Ti-6Al-4V合金表面TiO_2多孔膜的制备及研究

在一定浓度的H_2SO_4溶液中对Ti-6Al-4V合金表面进行阳极氧化处理,通过改变阳极氧化处理的电压、氧化时间和电解液浓度,研究了预处理工艺参数对钛合金表面形貌、物相、润湿性及粗糙度的影响.试验结果表明:钛合金经过阳极氧化处理后,表面出现了二氧化钛(TiO_2)纳米多孔结构,多孔氧化膜由锐钛矿型和金红石型TiO_2组成;在0.5mol·L~(-1)H_2SO_4溶液中,随着阳极氧化电压的增加,多孔膜的孔径逐渐增大,基体表面与模拟体液(SBF)的接触角明显降低,经120V氧化处理的试样表面接触角由预处理前的52.8°降至16.9°左右,具有良好的润湿性;并且试样表面的粗糙度明显增加,在电压为120V时粗糙度达到0.56μm.在电压120 V时,随着阳极氧化时间或电解液浓度的增加,TiO_2多孔膜的含量和孔径尺寸逐渐增大,试样表面的润湿性和粗糙度也不断增加,在氧化时间10 min或电解液浓度0.5 mol·L~(-1)时达到最大,氧化时间大于10 min或电解液浓度高于0.5 mol·L~(-1)时,试样表面出现裂纹,多孔结构被破坏.     

相比例对高压扭转Ti-6Al-4V合金晶粒细化及显微硬度的影响

冷轧态Ti-6Al-4V(TC4)合金经两种不同热处理制度处理之后,分别得到70%的等轴α相和30%的α+β片层组织(TC4-1)与25%的等轴α相和75%的α+β片层组织(TC4-2).等轴α相的晶粒尺寸分别为7.0±2μm和9.5±1.5μm.在室温下进行高压扭转,扭转过程中施加6.0 GPa的压力,扭转速度为1 r/min,分别扭转了1/4、5、10和20圈.随着扭转圈数和片层组织的增加,组织更为均匀.经20圈扭转变形后,TC4-1和TC4-2中的晶粒尺寸分别为115±30 nm和75±15 nm.随着片层组织的增加,显微硬度值显著升高.同时探讨了相比例对晶粒细化机制的影响.     

冲击波作用下Ti-6Al-4V合金层裂及相变研究

冲击波加载技术可以对材料产生瞬时高温、高压和高应变率等极端作用,对于研究其物理、化学性能都是不可或缺的重要手段。本实验使用一级轻气炮加载,以不同冲击速度的飞片对Ti-6Al-4V合金进行气炮冲击,利用X射线衍射、扫描电镜等多种测试方法进行表征,研究冲击波手段对Ti-6Al-4V合金层裂和晶相的影响,并初步分析出Ti-6Al-4V合金冲击损伤和冲击相变的机制。经过对不同冲击速度的样品研究和分析后发现,样品中出现微损伤,经历了成核、长大、连接等过程,在冲击应力达到一定程度时发生了层裂;通过冲击作用后样品的结晶程度更加完好,晶面生长更加完整;另外,冲击样品发生了从α,β相到α′相的晶相转变,α'相是一种韧性相,从而在一定程度上提高了Ti-6Al-4V合金的冲击韧度。     

TC4合金特高温下的氧化行为研究

通过Gleeble-1500热模拟机研究了特高温下TC4合金的氧化行为。结果表明，1300℃以上的氧化随着氧化温度的升高和保温时间的延长，氧化增重持续增加，并远远大于1150℃时的氧化增重：氧化产物中的V2O5具有挥发性，在合金的外表层无法形成保护性的Al2O3氧化膜，次外层中TiO2氧化膜和Al2O3氧化膜在低于1150℃温度时有一定的抗氧化作用，在1300℃以上形成的氧化膜以疏松的TiO2为主。     

Ti-6Al-4V合金绝热剪切带的演化

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术,对双态组织和片层组织Ti-6Al-4V合金帽形试样进行动态加载实验,通过控制加载时间(50,60和80μs)来研究绝热剪切带随时间的演化过程.微观分析结果表明:两种组织中绝热剪切带的宽度有一个发展过程,随着入射波加载时间的延长,绝热剪切带逐渐变宽;当加载时间为60μs时,两种组织钛合金中的绝热剪切带演化过程相同,均是在剪切应力下微观组织的拉长、细化和碎化;当加载时间为80μs时,双态组织中绝热剪切带的演化过程仍然是带内晶粒的进一步细化,而片层组织中的绝热剪切带中可能发生了动态再结晶.绝热剪切带演化过程的不同导致了绝热剪切带宽度的差异.     

Ti-6A14V合金表面改性技术

Ti-6Al4V合金作为一种重要的钛合金,其使用量占到了钛合金总使用量的75％～85％,但其耐磨性差、阻燃性差、疏水疏冰性能差、生物相容性不理想等性能缺陷在一定程度上限制了其在某些领域中的应用。首先对Ti-6Al4V合金在各个领域应用时,其性能缺陷的表现形式及危害进行了概述,然后介绍了目前改善Ti-6Al4V合金性能缺陷所普遍采用的以及具有创新性的表面改性技术,评述了部分表面改性技术的优缺点,最后提出了需对Ti-6Al4V合金表面改性技术进一步研究的方向。     

置氢Ti-6Al-4V钛合金超塑性研究

通过采用Gleeble-1500D热模拟试验机进行超塑性变形试验,研究变形温度和应变速率对置氢TC4合金超塑变形性能的影响,利用XRD,SEM和TEM分析热氢处理改善钛合金超塑性能的机制.结果表明:置氢可降低超塑成形流变应力、变形温度,提高应变速率和m值;但只有适量的氢才有利于改善钛合金超塑性,即存在一个最佳置氢量;置氢0.35%H(质量分数)的TC4合金在800℃和3×10-3 s-1条件下仍有一定超塑性.分析表明,置氢钛合金超塑变形过程除晶粒转动和滑动机制外,位错滑移和孪生也作为辅助超塑变形机制.     

手机结构件用Ti-6Al-4V合金丝材硬度稳定性研究

采用化学成分满足ASTM B348—2010和GB/T 3620.1—2007要求的Ti-6Al-4V合金铸锭为原料,通过锻轧工序处理成丝坯,然后经过少道次大变形量控温热拉拔成2.6 mm丝材,最后采用在线退火的方式进行热处理。研究了O元素含量及退火冷却方式、加热温度和加热时间对Ti-6Al-4V合金丝材硬度稳定性的影响。结果表明,采用低氧含量Ti-6Al-4V合金(O含量≤0.12%)、高温快速加热(920℃×30 s及890℃×30 s)结合循环水急冷方式处理,丝材HV硬度值可稳定控制在280~300之间。     

通过成分调整提高中强钛合金的力学性能

本研究在成熟应用的Ti-6Al-4V合金基础上发展了一种基于Ti-Al-V-Fe-Si系的两相钛合金-TC4F合金，并通过对该新合金的材料制备与初步研究表明，通过添加少量的合金元素Fe和Si，新合金的综合力学性能得到提高，合金的强度、塑性和断裂韧性得到良好匹配，从而满足了设计要求。新合金的最佳热处理工艺为获得魏氏组织的β退火。     

Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化机制研究

借助X射线衍射仪、透射电镜及显微硬度仪等先进仪器,研究了经超音速微粒轰击( SFPB)形变热处理Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化晶粒尺寸演化及纳米化机制.研究结果表明:超音速微粒轰击使Ti-6Al-4V合金表面获得了纳米组织,并发生显著的加工硬化,表面显微硬度比基体硬度提高了1倍多;随着SFPB处理时间的延长,纳米结构层厚度不断增加,晶粒尺寸逐步细化,当SFPB处理30 min后晶粒尺寸趋于稳定,在表层形成了晶粒尺寸约为20 nm具有随机取向的纳米等轴晶.Ti-6Al-4V合金表面自身纳米化是由于位错运动、孪晶的形成及交割共同作用的结果;在多方向载荷的重复作用下,在塑性变形区产生了大量的由位错线和高密度位错缠结分割的位错胞,并在位错寨集处产生应力集中,进而形成孪晶;孪晶自身相互交割和位错的滑移相互协调,形成了细小的孪晶和胞状组织;晶胞组织转变为细小多边形亚晶;当孪晶尺寸细化到亚纳米级时,位错的滑移起主导作用,最终通过位锗的湮灭和重组形成了具有随机取向的等轴状纳米晶粒.