γ-TiA1/TC4复合板材的制备及组织性能研究

提出了制备γ-TiAl/Ti合金复合板材的技术思想.采用包套轧制技术在1150 ℃轧制出厚度为3 mm的Ti-43Al- 9V-0.3Y/Ti-6Al-4V复合板材,其中Ti-43Al-9V-0.3Y合金层的厚度约为2.3 mm,Ti-6Al-4V合金层的厚度约为0.7 mm.复合板材的总变形量为80%.包套轧制后板材外形完整、无应力开裂.分析表明,复合板材的界面相主要由α2-Ti3Al构成.拉伸性能测试结果表明,随着Ti-6Al-4V合金层厚度的增加,复合板材室温下的抗拉强度、延伸率都得到了显著的提高.当Ti-6Al-4V合金层厚度达到0.7 mm时(板材总厚2 mm),室温强度和延伸率分别超过800 MPa和4%,700 ℃条件下延伸率超过25%.     

采用氢化-脱氢（HDH）钛粉和氢化钛粉制备MIMTi-6Al-4V合金

以HDH钛粉制备MIM Ti-6Al-4V合金的过程为参照,对使用氢化钛粉为原料制备P/M模压钛合金以及MIM钛合金的工艺过程进行了探索.使用HDH钛粉制备的MIM Ti-6Al-4V合金抗拉强度为819 MPa,拉伸样延伸率为7%;使用氢化钛粉制备的P/M模压Ti-6Al-4V合金拉伸样抗拉性能高于850 MPa;使用氢化钛粉为原料制备MIM Ti-6Al-4V合金,顺利实现了脱氢-脱脂过程.     

添加晶粒细化剂硅对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响(英文)

采用真空感应凝壳熔炼工艺在石墨模中制备Ti-6Al-4V和Ti6Al4V0.5Si两种钛合金。将硅作为一种晶粒细化剂加入到Ti-6Al-4V合金中,考察添加硅对铸态和模锻态Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响。铸态合金先在900°C下进行热模锻处理,然后分别进行两种不同的热处理。一种是将模锻样品在1050°C下保温30min,然后水淬以获得细小的层片状组织;另一种是将模锻件在1050°C下保温30min,然后再在800°C下保温30min,以获得粗大的层片状组织。Ti6-Al-4V合金中添加0.5%Si后,铸态合金的晶粒尺寸从627μm减小到337μm,其极限抗拉强度增加约25MPa。具有细小、层片状组织的Ti-6Al-4V0.5Si合金的最大极限抗拉强度为1380MPa,在Hank溶液和NaCl溶液中的腐蚀速度分别为1.35×106和5.78×104mm/a。Ti-6Al-4V合金中添加0.5%Si后,在低滑动速度下的磨损率降低50%,在高滑动速度下的磨损率降低约73%。     

氧含量及加工方法对医用Ti-6Al-4V钛合金丝组织与性能的影响

对不同氧含量的Ti-6Al-4V钛合金采用控温热拉拔,制得1.0 mm、2.0 mm、2.5 mm 3种不同规格的丝材,研究Ti-6Al-4V钛合金中氧含量及控温热拉拔制备方法对材料组织和力学性能的影响。结果表明,氧含量越高,合金中α相的相对含量越多,氧含量0.19%时,可获得α相含量85%的微观组织;8.0 mm轧制坯料等轴α相尺寸为2～5μm,拉拔成1.0 mm后获得约0.3μm的超细晶粒;随着合金中氧含量的增加,拉拔直径变细,丝材强度提高,塑性下降;0.14%氧含量Ti-6Al-4V2.0 mm丝材抗拉强度和塑性分别达到1270 MPa和12%,综合力学性能优良。     

烧结温度对热压烧结Ti-6Al-4V合金组织与性能的影响

采用热压烧结(压力25 MPa, 800～1100℃)及780℃×2 h再结晶退火工艺制备了具有优异性能的Ti-6Al-4V(TC4)合金。研究了Ti-6Al-4V合金相结构及随温度的变化规律，分析了不同热压烧结温度对Ti-6Al-4V合金的烧结致密度、微观组织及力学性能的影响。结果表明，Ti-6Al-4V合金从α相到β相转变的开始温度与结束温度分别为627℃和941℃。在800℃热压烧结没有实现烧结致密化，900℃热压烧结获得了较为均匀、细小的组织，1000℃及1100℃烧结均导致组织异常长大。在900℃烧结并退火处理的Ti-6Al-4V合金抗拉强度达到894.6 MPa,断后伸长率达到了15.7%,获得了极好的强度与塑性。     

Fe83Ga17Tby合金组织结构及磁致伸缩性能

采用Φ7.62 mm装甲钢平头子弹对Ti-6Al-4V合金进行侵彻,分析了Ti-6Al-4V合金弹着点及其弹着点周围宏观与微观组织变化与损伤.结果表明,Ti-6Al-4V合金弹着点微观组织变化与损伤与侵彻不同阶段所受应力、应变、应变硬化、热软化和弹头形状等因素密切相关.在高应变率下,Ti-6Al-4V合金绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程.Ti-6Al-4V合金弹着点在不同发展阶段的组织变化与损伤不同,各个阶段靶板受力状态在其微观组织变化与损伤中起到非常重要的作用.     

Ti-6Al-4V合金弹着点及其周围组织变化与损伤

采用Φ7.62 mm装甲钢平头子弹对Ti-6Al-4V合金进行侵彻,分析了Ti-6Al-4V合金弹着点及其弹着点周围宏观与微观组织变化与损伤。结果表明,Ti-6Al-4V合金弹着点微观组织变化与损伤与侵彻不同阶段所受应力、应变、应变硬化、热软化和弹头形状等因素密切相关。在高应变率下,Ti-6Al-4V合金绝热剪切带的形成是一个由萌生、扩展、完全发展组成的过程。Ti-6Al-4V合金弹着点在不同发展阶段的组织变化与损伤不同,各个阶段靶板受力状态在其微观组织变化与损伤中起到非常重要的作用。     

一种高强度Ti-6Al-4V钛合金丝材制备工艺的研究

对不同氧含量的Ti-6Al-4V钛合金采用控温热拉拔试验,制得φ1.0mm、φ2.0mm、φ2.5mm三种不同规格的丝材,研究Ti-6Al-4V钛合金中氧含量及控温热拉拔制备方法对材料组织和力学性能的影响.分析结果表明:氧含量对Ti-6Al-4V钛合金轧制坯料金相有明显的影响,氧含量越高,α相的相对含量越多,φ8.0mm轧制坯料等轴α相的尺寸为2～5μm,拉拔成φ2.0mm后获得约0.5μm的超细晶粒;随着合金中氧含量的增加、拉拔规格的细化,丝材的力学性能提高,塑性下降;含氧0.14wt%的Ti-6Al-4V φ2.0 mm丝材抗拉强度和塑性分别达到1270 MPa和12%,综合力学性能优良:进一步分析发现,Ti-6Al-4V丝材室温拉伸时发生沿等轴α相晶界的韧性断裂,超细晶粒及高密度位错是材料获得高强度的根本所在.     

动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb合金层裂微结构演化规律的研究

利用平板撞击实验和样品软回收技术,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等微观分析手段,研究了动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb两种不同类型钛合金的层裂微结构特征与断裂机理。实验表明：Ti-6Al-4V合金的抗层裂破坏能力强于Ti-47Nb合金,其原因在于Ti-6Al-4V合金的高强度。Ti-6Al-4V合金层裂微孔洞大多在α/β两相界面处形核并沿相界扩展,而Ti-47Nb合金中的微裂纹是通过微孔洞直接连通形成。随后汇合的大空洞或大裂纹间形成的绝热剪切带(ASB)加速了试样层裂破坏的产生,Ti-6Al-4V与Ti-47Nb合金均表现出了韧性断裂特征。     

激光功率对激光熔化沉积Ti-6Al-4V-0.25C合金组织和性能的影响

采用含0.25%C(质量分数)的Ti-6Al-4V预合金粉末进行激光熔化沉积试验,研究了激光功率对Ti-6Al-4V-0.25C合金组织和性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4V-0.25C合金微观结构为等轴β晶粒,晶粒内部形成了层状α+β结构,并且平均晶粒尺寸和α板条尺寸均随着激光功率的增加而逐渐增加。此外,随着激光功率的增加,合金拉伸性能得到明显提升,特别是在激光功率为1500 W时制备的合金样品,抗拉强度、屈服强度及伸长率分别为1191 MPa、1129 MPa和8.3%。一方面,这是由于激光功率增加使得合金孔隙率显著降低;另一方面,Ti-6Al-4V合金中含有微量的C元素,在冷却/凝固过程中,大多数的C原子固溶在Ti基体中,造成固溶强化。     

用热扩散方法在Ti-6Al-4V合金表面获得铝化物和硅化物涂层

采用固体粉末包装热扩散方法,对Ti-6Al-4V合金分别进行表面渗铝和渗硅处理,以提高该合金的抗高温氧化性能。结果表明:Ti-6Al-4V合金表面形成的铝化物涂层的金相组织为单层结构,其上有少量贯穿裂纹存在;主要相结构是TiAl_3。而硅化物涂层的金相组织则为双层结构,外层较厚,呈柱状晶,由TiSi_2相组成;内层则较薄,由Ti_5Si_4相组成。表面渗铝和渗硅处理都可以大大提高Ti-6Al-4V合金的抗高温氧化性能。     

一种新型近β钛合金Ti684动态力学性能与抗弹性能的研究

以北京理工大学自主研发的新型近β型钛合金Ti684为研究对象,以Ti-6Al-4V为参比,研究了Ti684合金的微观组织、动态力学性能以及其作为装甲材料的抗弹性能。结果表明:经900℃/15 min/WQ处理后的Ti684组织由尺寸为150μm左右的等轴β相大晶粒组成;经应变率为2600s-1的动态压缩测试后,900℃/15 min/WQ处理的Ti684较Tβ以下固溶时效处理的Ti-6Al-4V具有更高的动态强度1870 MPa和断裂失效应变0.20。具有较好动态力学性能的同时,900℃/15 min/WQ处理的Ti684在靶试抗冲击过程中产生了应力诱发马氏体,延缓了绝热剪切带的形成,表现出了比Ti-6Al-4V试样更好的抗弹性能。     

动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb合金层裂微结构特征与断裂机理

利用平板撞击实验和样品软回收技术,结合光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等微观分析手段,研究了动高压加载条件下Ti-6Al-4V和Ti-47Nb 2种不同类型钛合金的层裂微结构特征与断裂机理。结果表明:Ti-6Al-4V合金的抗层裂破坏能力强于Ti-47Nb合金,其原因在于Ti-6Al-4V合金的高强度。Ti-6Al-4V合金层裂微孔洞大多在α/β两相界面处形核并沿相界扩展,而Ti-47Nb合金中的微裂纹是通过微孔洞直接连通形成。随后汇合的大空洞或大裂纹间形成的绝热剪切带(ASB)加速了试样层裂破坏的产生,Ti-6Al-4V与Ti-47Nb合金均表现出了韧性断裂特征。     

钛合金表面粗化对WC-17Co涂层结合性能的影响

研究Ti-6Al-4V合金表面不同粗糙度对超音速火焰喷涂(HVOF)碳化钨(WC-17Co)涂层结合性能的影响. 采用不同喷砂工艺对钛合金表面进行粗化预处理,得到1,2和3号试样的表面粗糙度分别为22.003,20.845和14.765 μm. 利用超音速火焰喷涂技术在粗化后的钛合金表面制备WC-17Co涂层,厚度为0.3 mm. 对WC-17Co/Ti-6Al-4V试样进行三点弯曲试验,利用扫描电镜观察界面形貌. 结果表明,3号试样的界面裂纹扩展最严重并引起了部分涂层脱落,2号试样结合最好;采用四点弯曲法测试涂层与基体的结合界面的断裂能量释放率分别为239.7,259.0和200.1 J/m2.     

Ti-6Al-4V合金氮离子注入后在Tyrode’s体液中的耐蚀耐磨性能

Ti-6Al-4V合金注入氮离子后,生物相容性、抗磨损性、抗疲劳性及抗腐蚀性均有所提高,其植入人体后在体液中的耐蚀耐磨性能尤为重要,目前对此研究较少。对Ti-6Al-4V合金进行氮离子注入,并在人工模拟体液Tyrode’s溶液中进行摩擦磨损和电化学试验,研究了注氮Ti-6Al-4V合金的耐蚀耐磨性能。采用扫描电镜观察腐蚀形貌,用其自带的能谱仪分析注氮层的元素组成,采用X射线衍射仪分析注氮层的结构。结果表明:Ti-6Al-4V氮离子注入后表面形成主要由TiC,Ti及少量TiO2组成的膜层,硬度提高,在Tyrode’s溶液中的腐蚀电位升高、极化电阻增大,阳极极极化电流密度降低;在Tyrode’s溶液中摩擦后的注氮Ti-6Al-4V合金的阳极极化电流密度大于未摩擦的,极化电阻减小;Ti-6Al-4V合金氮离子注入后的摩擦系数明显降低,比磨损率减少。     

TiAl合金的热加工、组织和性能

采用水冷铜坩埚感应熔炼技术制备了高质量的Ti-43Al-9V-0．3Y合金铸锭,该合金铸态组织为近层片组织结构,层片团簇的体积分数为85％左右,大小约为80μm,块状卢和γ相位于层片团簇边界。层片结构中除了γ和α2相外,还存在少量的口相析出物。Ti-43Al-9V-0．3Y合金具有良好的热加工性能,通过包套锻造和包套轧制技术,成功制备了大尺寸TiAl合金锻饼和国内最大尺寸TiAl合金板材,其尺寸分别为犯60mm×24mm和500mm×300mm。经热变形后,Ti-43Al-9V-0．3Y合金的显微组织明显细化,力学性能得到了显著提高。     

油气开采用钛合金石油管材料耐腐蚀性能研究

选取5种油气开发常用钛合金材料(Ti-6Al-4V、Ti-6Al-4V-0.1Ru、Ti-6Al-2Sn-4Zr-6Mo、Ti-3Al-8V-6Cr-4Zr-4Mo和Ti-5.5Al-4.5V-2Zr-1Mo)为研究对象,使用高温高压釜模拟国内典型严酷服役工况环境,研究了不同钛合金材料耐均匀腐蚀、局部腐蚀、点蚀、应力腐蚀开裂(SCC)及缝隙腐蚀的性能,通过使用扫描电镜和能谱分析等手段对腐蚀形貌和腐蚀产物进行了分析,并使用电化学方法对不同合金的耐腐蚀机理进行了研究。结果显示,在所测试工况条件下,所有钛合金材料腐蚀反应均为阳极控制过程,均匀腐蚀速率均低于0.001mm/a,并且对应力腐蚀开裂均有良好的抗力。Ti-6Al-4V和Ti-5.5Al-4.5V-2Zr-1Mo合金出现明显的点蚀和缝隙腐蚀问题。对腐蚀机理研究表明,在工况条件温度下,随着pH值的降低,所有钛合金均发生自腐蚀电位降低,极化电阻减小,腐蚀电流增大,耐腐蚀性能下降,其中Ti-6Al-4V耐腐蚀性能下降的最为明显,研究结果为油气开发工况下钛合金石油管的选材和缝隙腐蚀问题防治提供理论基础。     

表面粗糙度对Ti-6Al-4V合金超高周疲劳性能的影响

采用自行研制的超声疲劳实验装置,研究不同表面粗糙度下Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳性能.结果表明,当表面凹痕宽深比a/c(a为凹痕宽度,c为凹痕深度)在2~10之间时,Ti-6Al-4V合金的临界凹痕深度在0.49~1.10μm之间.当表面凹痕深度小于临界深度时,表面粗糙度对Ti-6Al-4V合金的超高周疲劳性能没有影响.当表面凹痕深度大于临界深度时,Ti-6Al-4V合金疲劳寿命随表面粗糙度的增加而下降,并且随着循环周次的增加,Ti-6Al-4V合金疲劳性能对表面粗糙度的敏感性下降.随着表面粗糙度的增加,Ti-6Al-4V合金超高周疲劳裂纹的萌生方式发生变化.超高周疲劳裂纹源有由一个向多个、由内部向次表面转移的趋势;当表面凹痕深度增加到一定程度后,在超高周疲劳寿命区间,Ti-6Al-4V合金疲劳寿命随粗糙度的增加而大幅下降.疲劳裂纹全部从合金表面凹痕根部处萌生,没有内部萌生的情况.     

固溶时效处理对Ti-6Al-4V ELI钛合金准静态和动态力学性能的影响

采用万能力学试验机及霍普金森压杆试验研究了固溶和时效处理对Ti-6Al-4V ELI钛合金准静态拉伸性能和动态压缩性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4V ELI钛合金经固溶时效处理后(固溶温度941 ℃),其屈服强度可达1097 MPa以上,抗拉强度可达1167 MPa以上。相比热处理前的Ti-6Al-4V ELI钛合金,强度显著提升,而且塑性指标也维持在较高水平。同时,不同应变速率下Ti-6Al-4V ELI钛合金的动态压缩性能提升明显,动态压缩强度和应变速率的对数呈线性关系,且随着应变速率的增加而增大。     

Ti-6Al-4V钛合金与氮化硼基复合型壳精铸时的界面反应

主要研究了一种新型钛合金精铸用型壳--氮化硼基复合型壳与铸造钛合金Ti-6Al-4V之间的界面反应.研究中,氮化硼基复合型壳的面层是由经过预处理的六方氮化硼,少量氧化钇和钇熔胶粘结剂构成.试验中使用了水冷铜坩埚来熔炼Ti-6Al-4V合金,合金的浇注温度为1 750℃;通过使用电子探针(EPMA)等仪器对铸件表面进行检测,以便研究型壳与钛合金TC4之间的反应.研究发现,这种型壳与1 750℃铸造钛合金Ti-6Al-4V的反应层大约为30～50 μm,铸件表面"沾污层"大约为180～200μm.最后还对氮化硼基复合型壳与钛合金Ti-6Al-4V反应的机理进行了研究.