Ti-6 Al-4 V 表面等离子渗锆及锆合金层的性能

目的通过等离子表面合金化渗锆,提高Ti-6Al-4V的表面硬度及在还原性酸中的耐蚀性能。方法分别在800,850,900℃渗锆,分析研究锆合金层的成分、相组成、显微硬度及在为10%(质量分数)H2SO4溶液中的腐蚀行为,并与未处理的基材进行对比。结果 Ti-6Al-4V在三种温度下渗锆后,形成的表面合金层主要由锆在α-Ti或β-Ti中形成的固溶体组成,元素组成呈梯度分布,表面粗糙度随渗锆温度的提高而增加,硬度由表及里呈梯度下降,表面硬度比未处理的Ti-6Al-4V提高了约200HV0.1。与未处理的基材相比,Ti-6Al-4V渗锆后,在10%H2SO4溶液中的自腐蚀电位均正移,钝化电流密度均有所减小。结论 Ti-6Al-4V渗锆后,硬度和耐蚀性较基体有所提高,其中,900℃渗锆后的耐蚀性最好,800℃与850℃渗锆试样的耐蚀性次之。     

魏氏组织Ti-6Al-4V合金应力松弛行为及机理

利用弯曲应力松弛方法研究了魏氏组织Ti-6Al-4V合金200℃．400℃和600℃时的应力松弛行为，并利用TEM研究了应力松弛前后微观组织变化：宏观热力学参数结合微观组织观察初步探讨应力松弛机理。研究表明：应力松弛开始时应力下降较快．随时间延长．应力下降速率降低．最后趋于应力松弛极限。TEM微观组织观察结果结合表现应力指数分析表明：200℃和400℃应力松弛变形机制为位错蠕变，a型位错滑移：而600℃变形机制则为回复蠕变和原子扩散的共同作用机制．a型和a＋c型或c型均开动．产生滑移和攀移。     

离子渗氮-渗硫对Ti-6Al-4V复合渗层组织与性能的影响

运用渗氮-渗硫复合处理技术在Ti-6Al-4V表面形成复合渗层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜对渗氮后600℃下不同时间渗硫所形成的复合渗层的相结构、表面及微观形貌进行了分析;并对复合渗层的截面硬度梯度进行了测定。结果表明:复合渗层由钛的硫化物、钛的氮化物、过渡层及基体组成。在渗硫温度一定时,渗硫时间的变化,会对渗层的截面硬度梯度、截面形貌产生较大的影响。其中900℃×4 h渗氮+600℃×3 h渗硫的复合处理,所得到的复合渗层是较理想的摩擦学表面。     

Ti-6Al-4V合金真空熔炼过程中氧元素的溶解

建立了间隙元素在钛合金中溶解的热力学模型,以此计算了氧在钛合金中的溶解度,并分析了影响氧在钛合金中溶解度的因素。计算结果表明,熔体温度对Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金的氧溶解度影响较小,而熔炼室氧分压是决定氧含量的主要因素。计算结果与试验结果一致     

Ti-6Al-4V合金的疲劳性能

简要综述了Ti-6Al-4V合金的显微组织和织构对其疲劳性能的影响及其机理.     

Ti-6Al-4V合金中的绝热剪切断裂

利用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置在3900s-1应变率条件下对Ti-6Al-4V合金进行动态加载,获得完全分离的断裂试样。使用扫描电子显微镜对试样的断裂特征进行观察。结果表明：试样中出现绝热剪切断裂,试样断口上交替分布着两个不同特征的典型区域（韧窝区及平滑区）。其中,韧窝区由微孔洞形核、长大并最终连接形成,表现出韧性断裂特征。在平滑区观察到超细晶粒（UFGs）,且晶粒间可观察到微裂纹,说明平滑区由微裂纹沿晶界扩展形成,表现出脆性断裂特征。由此可知,Ti-6Al-4V合金在动态加载过程中沿绝热剪切带发生的断裂失效过程不均匀,韧性及脆性两种断裂模式的共同作用导致该合金样品的最终断裂。     

Ti-6Al-4V在溴化锂溶液中的初期空化腐蚀研究

利用扫描电镜、粗糙度轮廓仪、三维视频显微镜和电化学测试技术研究了Ti-6Al-4V合金在溴化锂溶液中空化腐蚀的破坏过程及腐蚀和空化的协同作用。从粗糙度、平均空化腐蚀深度和微观形貌随时间的变化观察到Ti-6Al-4V合金空化腐蚀破坏的3个阶段:线性增长的初始阶段;增长速率降低的过渡阶段;粗糙度基本不变的稳定阶段。Ti-6Al-4V合金的低强度α相吸收空泡溃灭产生的冲击能优先发生塑性变形,材料表面变形不均匀,在空化作用下α相局部区域表面钝化膜破裂并暴露出钛合金基体,由于α相电位低于β相,形成小阳极大阴极,同时腐蚀物和腐蚀产物在空化的搅拌作用下能够及时扩散,加速了腐蚀溶解,产生的腐蚀坑又导致局部内应力更加集中而加强力学因素,表面凹凸程度增加。空化力学和电化学腐蚀的共同作用使腐蚀坑继续发展并促进了新腐蚀坑的生成,腐蚀坑周边的β相发生脱落,从而导致表面凹凸程度降低。初期阶段,电化学腐蚀促进了空化作用。     

Ti-6Al-4V合金的风冷切削

不用切削油的切削有风冷切削、吹氮切削等，此外还有只使用微量切削油的MQL(超微量润滑)切削。但风冷加工用于切削加工的实例几乎没有。     

置氢对Ti-6Al-4V合金高温塑性变形的影响

利用XRD分析了置氢Ti-6Al-4V合金的相组成,应用Gleeble等温热模拟试验研究了置氢量对Ti-6Al-4V合金高温塑性变形的影响,计算了不同置氢量钛合金的变形激活能。结果表明：随置氢量的增加,Ti-6Al-4V合金口相含量增加,高温塑性变形的流动应力显著降低呈下凹型曲线变化,即存在一个最小值,应力最小值对应的置氢量随变形温度的升高而降低;置氢可以促进高温塑性变形过程动态软化与硬化的平衡;在相同应力水平下,适量的置氢可使变形温度降低50℃,或应变速率提高一个数量级。置氢Ti-6Al-4V合金变形激活能随置氢量增加呈下降趋势,变形由不受扩散机制控制转变为受扩散机制控制。     

激光快速修复Ti-6Al-4V合金的显微组织与力学性能

针对Ti-6Al-4V合金在加工和服役过程中的损伤特点,对Ti-6Al-4V合金锻件的3种典型误加工缺陷——槽缺陷、面缺陷和体缺陷进行了激光快速修复研究。激光修复区与锻件基体形成致密冶金结合,Al、V合金元素由锻件基体到激光修复区均匀分布,无宏观偏析。激光修复区组织为粗大原始β晶粒内分布细长的α针及编织细密的α+β板条组织,呈现典型的魏氏结构,热影响区组织从锻件的等轴α+转变β组织逐步过渡到魏氏(α+β)组织。对预制有3种类型缺陷的激光修复试样进行室温静载拉伸试验和硬度测试,结果表明修复试样的拉伸性能达到锻件标准(HB5224-1982)。激光修复试样的硬度和强度高于锻件基体,而塑性则低于锻件基体。因此,激光修复区和锻件基体可看作是一种“强+弱”的组合,这与二者的显微组织是相对应的。     

High-temperature corrosion of Ti and Ti-6Al-4V alloy

Pure titanium and Ti-6Al-4V were exposed at 750°C in an H₂/H₂O/H₂S P_{O 2}10^–18 Pa and P_{S 2}10^–1 Pa), H₂/H₂O (P_{O 2}10^–18 Pa) and air environments for up to 240 hr. The corrosion kinetics, obtained by the discontinuous gravimetric method, showed that the sulfidation/oxidation kinetics were linear for Ti and linear-parabolic for Ti-6Al-4V in the H₂/H₂O/H₂S environment. Both materials obeyed parabolic rate laws in the H₂/H₂O atmosphere after a transient period, and linear-parabolic rate laws in air. After exposure to the H₂/H₂O/H₂S atmosphere, the titanium specimen displayed a double scale of TiO₂ with an intervening TiS₂ film between the double-layered scale of TiO₂ and the substrate. Ti-6Al-4V also contained a double layer of TiO₂ together with a stratum consisting of Al₂S₃, TiS₂ and vanadium sulfide at the junction of the inner TiO₂ layer and substrate. Some Al₂O₃ precipitated in the external portion of the outer TiO₂ layer. Following oxidation in the low-P_{O 2} atmosphere a double-layered oxide of TiO₂ scale formed on both Ti and Ti-6Al-4V. The scale on Ti-6Al-4V also contained an -Al₂O₃ film situated between the outer and inner (TiO₂) layers. For both materials, multilayered-scale formation characterized air oxidation. In detail a multilayered oxide scale of TiO₂ formed on the air-oxidized Ti, while a multilayered oxide scale with alternating layers of Al₂O₃/TiO₂ developed on Ti-6Al-4V oxidized in air.     

Ti基钎料真空钎焊Ti-6Al-4V

在温度1223K、时间1－30min钎焊参数条件下，应用Ti基钎料对Ti-6Al-4V进行了真空钎焊。结果表明，接头强度较高，因钎焊温度较低母材基本上保留了原始组织。同时表明Ti-Zr-Cu钎料大幅度增加w(Cu)易造成钎缝中心区域生成连续分布的Ti2Cu TiCu,严重影响接头强度。     

Ti-6Al-4V钛合金热拉伸变形行为与本构方程

在变形温度600℃⁸00℃、应变速率0.01s-1800℃、应变速率0.01s-1⁰.33s-1条件下进行热态单向拉伸试验,研究Ti-6Al-4V钛合金的变形行为,以及变形性能与变形温度、应变速率之间的关系。结果表明,Ti-6Al-4V钛合金在变形过程中呈现两种变形特征,即稳态形与软化形,且随着变形温度的升高、应变速率的降低,流动应力降低,而延伸率则升高;基于Hooke定律和Grosman方程建立的Ti-6Al-4V钛合金热态成形本构方程,在整个变形区间内可以很好的表征材料的变形行为。     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性

采用三点弯曲法测定了SiC纤维单向增强的Ti-6Al-4V复合材料的表观断裂韧性,讨论了界面反应对断裂韧性的影响.研究结果表明,在裂纹尖端塑性变形区的未断纤维的桥联对复合材料的断裂韧性起很大的作用.经过热处理后,SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性降低,主要是由于严重的界面反应,使得SiC纤维受到一定的损伤,因而降低了纤维的承载能力,并使基体钛合金的脆性增大.     

Ti-6Al-4V钛合金组织对其室温吸氢行为影响的研究

本文采用电解充氢的方法研究了具有不同组织形貌的Ti-6Al-4V钛合金的室温吸氢能力的差异及其形成原因。研究表明,Ti-6Al-4V钛合金组织形貌不同,其室温吸氢能力也有明显的不同。双态组织的室温吸氢能力最弱,而魏氏组织的室温吸氢能力最强。β相的形貌、数量、连续性等组织特征对其吸氢能力影响很大,而α相的组织特征对其吸氢能力影响相对较小。双态组织的Ti-6Al-4V钛合金应该具有更好的抗氢脆效果。     

置氢Ti-6Al-4V钛合金的热压缩变形行为研究

通过热模拟压缩实验,研究了氢对Ti-6Al-4V钛合金热变形行为的影响。结果表明,置氢可以显著降低Ti-6Al-4V钛合金高温压缩时的流动应力,提高Ti-6Al-4V钛合金的热加工变形速率一个数量级以上,并且明显降低了Ti-6Al-4V钛合金的变形温度。在变形温度760℃~800℃范围内,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小;在变形温度840℃~920℃范围内,置氢量0.2wt%的Ti-6Al-4V钛合金的流动应力最小。同时,置氢前后Ti-6Al-4V钛合金的变形激活能计算结果表明,置氢量为0.4wt%的Ti-6Al-4V钛合金在α+β两相区的变形激活能为208.3kJ/mol,与未置氢Ti-6Al-4V钛合金相比降低了316kJ/mol。     

铸造Ti-6Al-4V合金的疲劳性能研究

通过铸造Ti-6Al-4V合金疲劳性能试验,绘制出了铸造Ti-6Al-4V合金在不同应力比下裂纹扩展速率da／dN-△K曲线。根据logda／dN和log△K的拟合曲线方程,计算出Paris公式下材料常数c、n值。经SEM对铸造Ti-6Al-4V疲劳断口进行分析,发现随着应力比R的增大,疲劳条带越宽,裂纹扩展速率越大。     

Ti-6Al-4V表面等离子合金层中渗Mo的扩散系数

研究采用双层辉光离子渗金属技术在Ti-6Al-4V合金表面制备Mo基改性层的Mo扩散过程。通过观察渗层截面组织形貌,测定各种合金化元素的分布情况,着重分析不同温度下不同元素的加入对Mo扩散行为的影响。结果表明:在800～950℃下,Ti-6Al-4V合金离子渗Mo后所得改性层厚度、Mo平均扩散系数及相同浓度下Mo的扩散系数都随温度升高而升高;由于反溅射和Ti-6Al-4V基体相变等原因,1000℃时各参数反常;加入合金元素W和N使Mo的扩散系数有所降低,Mo的平均扩散系数在单纯渗Mo时为2.37688×10-4,W-Mo共渗时为1.47127×10-4,W-Mo-N共渗时为7.02681×10-5。