真空高温退火对锻态Ti-6Al-4V合金显微组织与超塑性性能的影响

退火处理是改善钛合金显微组织,提高力学性能及超塑成形性能的一种重要工艺。使用真空退火炉在850℃-950℃温度区间内对锻态Ti-6Al-4V合金的进行了高温退火处理,研究了退火态Ti-6Al-4V合金微观组织演变及其在温度为900℃,应变速率为0.01 s^-1时的超塑拉伸性能。结果表明,锻态Ti-6Al-4V合金的初生α晶粒尺寸随真空退火温度的升高而减小,β相比例随真空退火温度升高而增大。当真空退火温度为910℃时,Ti-6Al-4V合金的晶粒尺寸和α相与β相分布较为均匀,其超塑拉伸试验结果表明,该合金表现出最佳的超塑拉伸性能,其拉伸延伸率达到785%,峰值应力仅为26.8 MPa。     

定向凝固Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金的显微组织和性能

研究了Al含量对冷坩埚定向凝固Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金的显微组织和力学性能的影响。结果表明,Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金的定向凝固组织主要由α₂相和γ相组成,随着Al含量的提高α₂相逐渐减少而γ相含量提高,且其显微组织片层由以平行片层和45°片层为主的混合片层向垂直混合片层转变;Al含量(48%,原子分数)较高的Ti-(43-48)Al-2Cr-2Nb合金其片层取向与应力方向垂直,具有较高的抗压强度和较低的塑性;Al含量(45%,原子分数)适中的合金其片层取向与应力方向平行,具有较高的强度、室温延伸率和综合性能。     

热处理对Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr合金拉伸性能的影响

研究了固溶+单级时效处理、固溶+双级时效处理、固溶+随炉冷却处理对新型亚稳β钛合金Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr的显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：与固溶+单级时效处理相比,固溶+双级时效处理析出的晶内次生α相间距减小和体积分数增大而使合金的强度提高。两种热处理都使合金中生成连续的晶界α相,导致合金的塑性降低;与上述两种热处理相比,固溶+随炉冷却处理使合金中析出的晶内次生α相的间距明显减小且沿晶界生成向晶内生长的α_wgb相,使合金的强度和塑性显著提高,其抗拉强度达到1421 MPa,断后伸长率为7.7%;与次生α相的体积分数相比,其间距是影响合金强度的主要因素。随着次生α相间距的减小,合金的强度提高。     

固溶温度对亚稳β钛合金Ti-4Mo-6Cr-3Al-2Sn的组织和拉伸性能的影响

对自主设计的新型亚稳β钛合金Ti-4Mo-6Cr-3Al-2Sn(%,质量分数)在不同温度进行固溶和固溶时效处理,观察其显微组织和测试室温拉伸性能。结果表明：随着固溶温度的提高固溶态组织中的初生α相减少,当固溶温度高于相变点后初生α相完全消失,几乎全部为明显长大的粗大β晶粒。固溶温度为900℃的固溶态合金具有良好的强度和塑性匹配,屈服强度为898.7 MPa、抗拉强度为962.5 MPa、断裂伸长率为12.7%。在不同温度固溶处理的时效态合金,均析出了细小的次生α相。固溶温度低于相变点时,在初生α相间析出的细小次生α相呈60°或者平行交错排列;固溶温度高于相变点时初生α相几乎完全消失,随着固溶温度的提高析出的次生α相片层间距变大并粗化。在所有固溶温度下,时效态组织中沿原始β晶界处均析出了连续的晶界α相,合金的塑性均较差。经过750℃/0.5 h固溶和500℃/4 h时效的合金具有良好的强度和塑性匹配,其抗拉强度为1282 MPa,屈服强度为1210.6 MPa,断裂伸长率为5.3%。     

固溶温度对Ti-4Al-6Mo-2V-5Cr-2Zr钛合金的组织和拉伸性能的影响

研究了固溶温度对一种亚稳β钛合金(Ti-4Al-6Mo-2V-5Cr-2Zr)的锻态组织和室温拉伸性能的影响。结果表明,固溶温度低于相变点时大量的α相在β基体中析出并聚集在滑移带附近,随着固溶温度接近相变点α相的数量减少且部分滑移带消失。固溶温度高于相变点时显微组织为单一的β相且滑移带完全消失,随着固溶温度继续升高β晶粒聚集且长大。这种合金经750℃×1 h固溶处理后达到良好的强度塑性匹配,气抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为957 MPa、887 MPa和11.7%。     

退火温度对冷轧Ti-13V-3Al-0.5Cu形状记忆合金组织结构与马氏体相变的影响

使用XRD、TEM、DSC和室温拉伸等分析测试手段,对冷轧后经不同退火温度处理的Ti-13V-3Al-0.5Cu(%,原子分数)合金微观组织结构,马氏体相变行为,力学性能和形状记忆性能进行了研究。经冷轧、退火处理后,合金在室温下的组织主要为α"马氏体相,存在少量残余β母相、α相和Ti₂Cu第二相。随着退火温度的增加,合金形状记忆性能先升高后降低;当退火温度为750℃时,在预应变量为6%的前提下可实现5.3%的可回复应变。其组织结构观察结果表明,经冷轧、退火处理后,合金中α"马氏体形貌由“V”字型自协作组态向择优取向的单一取向马氏体板条转化,界面可动性提升,马氏体临界再取向应力降低,形状记忆性能提高。     

TC11钛合金中α'相和α'相的组织演变和显微硬度

研究了TC11钛合金中α"相和α'相的显微组织转变和显微硬度。金相显微组织观察和X射线衍射分析的结果表明： 随着固溶温度的提高α"相逐渐向α'相的晶体结构转变,α相、α"相和α'相的显微组织演变规律为：α+α",α+α"+α',α+α',α'。显微硬度测试的结果表明：在935~995℃固溶后显微硬度随着温度的提高先增大后减少,在985℃固溶后显微硬度达到峰值。综合分析显微组织影响合金显微硬度的机理：在935~985℃固溶后α'片层的厚度和间距变化的幅度小,β转变组织长大缓慢,在β转变组织中先后析出α"和α'相,随着固溶温度的提高α'片层的含量随之提高产生了相变强度效果,使其显微硬度提高;在985~995℃固溶后α'片层的厚度和间距明显增大,β转变组织变粗大,α"相消失,α'相的含量降低,相变强化的效果减弱,使β转变组织的显微硬度降低。     

张力退火感生各向异性对纳米晶合金磁性能的影响

对Fe_74.1Cu₁Nb₃Si₁₅B_6.9(%,原子分数)纳米晶合金进行连续张力退火,研究了张力退火感生各向异性对纳米晶合金磁性能的影响。结果表明,张力退火产生的感生各向异性常数(K_u)与退火张力(σ)满足线性关系。随着退火张力的增大合金在f =5 kHz和H=3 A/m测试点的有效磁导率(μ_e)先增大后减小,且随着磁场和频率的提高有效磁导率(μ_e)的衰减减小。退火张力为67 MPa时有效磁导率(μ_e)在磁场强度H为0~800 A/m和频率f为1 k~3 MHz范围内保持约800,表现出恒导磁特性。同时,合金的单位质量损耗(P_m)随着退火张力的增大而减小,当退火张力为67 MPa时损耗为68 W/kg (测试条件：B_m=300 mT,f =100 kHz),与无张力退火相比下降约67%。同时,通过磁光克尔效应观察到张力退火后合金内部形成垂直于张力方向的180°片形畴,随着退火张力的增大磁畴宽度减小且趋于一致,退火张力为67 MPa时片形畴的宽度约为85 μm。     

Mg-13Gd-1Zn合金的组织与力学性能

研究了铸态、退火态、挤压态和T5时效态Mg-13Gd-1Zn三元合金的显微组织和力学性能。结果表明,合金的铸态组织由α-Mg、(Mg,Zn)₃Gd和14H-LPSO长周期相组成。合金在均匀化退火和热挤压后的直接时效(T5)过程中都发生了晶内14H-LPSO相的沉淀析出,表明合金中14H-LPSO的沉淀相变发生在一个很宽的温度范围(200~510℃)。在挤压后合金的直接时效(T5)过程中发生了β'及β₁相的沉淀析出。在沉淀强化和LPSO强化的共同作用下,合金的屈服强度、抗拉强度和伸长率分别为197 MPa、397 MPa和2.56%。在200℃/80 MPa和200℃/120 MPa两种实验条件下,Mg-13Gd-1Zn合金的抗蠕变性能均优于WE54合金。     

V元素对铁镍基变形高温合金GH4061组织和性能的影响

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电化学萃取相分析等手段,研究了V元素对GH4061合金晶粒度、碳化物和γ?/γ"强化相等影响,测试了不同V含量试样的室温和750℃拉伸性能以及750℃/460 MPa持久性能,分析了V元素对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：GH4061合金中添加V元素促进了MC型碳化物和γ?/γ"相析出,使晶粒尺寸小幅减小;V元素通过增大γ基体的晶格常数,降低γ基体与γ?相的错配度,抑制了γ?/γ"相在750℃的快速粗化;V元素添加对室温拉伸性能影响不大,但可显著提升750℃拉伸强度和持久寿命;当V含量为0.4%(质量分数)时,GH4061合金具有最佳的750℃持久性能。     

Ti-62A合金动态软化速率异常的热力学解释及其应变补偿本构方程

使用Gleeble-3800 热模拟试验机研究了Ti-62A合金在变形温度为800~950℃、应变速率为0.001~10 s^-1条件下的热压缩变形行为。结果表明,随着变形温度的提高出现Ti-62A合金的动态软化率降低的反常现象。(α+β)双相钛合金中Mo、Cr等β稳定元素的原子活性随着温度的升高而逐渐降低和β相比例增大,Jmatpro软件的热力学计算表明(α+β)双相钛合金的这一现象与此有密切关系。而α钛合金和β钛合金出现动态软化速率降低,与加工温度升高β相比例增大的关系更密切。从800℃升高到950℃,Ti-62A合金中β相的比例由32.1%提高到84.3%,Mo、Cr活性的降幅均达到64%。这些因素使变形过程中Ti-62A合金的晶界迁移速度和动态软化速率均随变形温度升高而降低,其950℃的真应力-应变曲线多为典型的动态回复型。α相的含量随着变形温度的提高而降低,且在较高的变形温度下β相的晶粒尺寸也较为粗大。构建的基于应变补偿的Ti-62A合金Arrhenius变形抗力模型,能较好地预测合金的流变应力行为,其相关系数R达到0.990,预测值与实测值的平均相对误差为8.983%。     

Ti65合金的初级蠕变和稳态蠕变

使用透射电镜(TEM)研究了Ti65合金在600~650℃、120~160 MPa条件下的蠕变变形行为及其微观变形机制。结果表明：初级蠕变变形机制主要由受攀移控制的位错越过α₂相的过程主导;稳态蠕变阶段蠕变机制主要由受界面处扩散控制的位错攀移的过程主导,且应力指数为5~7。在初级蠕变阶段α₂相与位错的相互作用是α₂相对合金高温强化的主要方式,在稳态蠕变阶段沿α/β相界分布的硅化物阻碍位错运动与限制晶界滑移是硅化物对合金强化的主要方式。     

添加Sc、Zr和退火对Al-Si合金铸态力学性能的影响

使用OM、TEM、SEM、显微硬度和室温拉伸等手段研究了Sc和Zr的复合添加对Al-5.5Si合金铸态的组织和性能的影响,以及在不同温度退火后其性能的变化规律。结果表明,Sc、Zr的添加使Al-5.5Si合金的硬度提高了33%、抗拉强度提高了38%、屈服强度提高了52%、延伸率基本上不变。在Al-5.5Si合金中复合添加Sc、Zr使α-Al的平均晶粒尺寸从203 μm减小到130 μm,在α-Al基体中析出大量的Al₃(Sc_1-xZr_x)纳米粒子(10~15 nm),并使共晶Si内的层错或微孪晶的密度显著提高。退火温度对铸态合金的性能有较大的影响：在较低温度(低于160℃)退火时合金的硬度呈上升趋势,而在较高温度(高于280℃)退火时合金的硬度呈显著下降趋势。这些结果与二次析出的纳米Si相密切相关。     

CMT成型TC4-DT合金的组织及其形成机理的CET模型预测

采用冷金属过渡模式(Cold Metal Transfer, CMT)的同轴送丝电弧熔丝增材制造技术制备了TC4-DT钛合金直壁墙试块,对其高低倍组织及其形成机理进行了研究,使用3D-Rosenthal模型对其凝固过程进行了模拟计算。低倍组织表明,弧形热影响区为细等轴晶,堆积区底层为细柱状晶区,中层和顶层为等轴晶与短柱状晶的混合。这种组织,与电子束熔丝和旁轴送丝电弧熔丝的粗大柱状晶组织有明显的不同;堆积区的高倍组织以编织状的α相板条为主,在部分原始β晶界可见连续的晶界α相和集束状α相板条,且有热影响层界线,与电子束熔丝和旁轴送丝电弧熔丝的高倍组织接近。模拟计算的结果表明,熔池边界的最大温度梯度约为12652.6 K/cm,最大凝固速度约为1.5 cm/s,该凝固条件处于柱状晶-等轴晶转变(Columnar-Equiaxed Transformation, CET)模型中的混合组织区;根据计算结果,提高输入功率(P)和焊枪移动速度(V)可促进等轴晶的生成,当P>153 W、V>3.2 mm/s时可得到柱状晶与等轴晶混合的低倍组织,且晶粒尺寸随着V的增大呈减小的趋势。     

Ar气流量对电动机用SLM制备Ti6Al4V合金性能的影响

为了提高电动机用激光选区熔融(SLM)制备Ti6Al4V合金的拉伸力学综合性能,通过控制变量的方式研究Ar气流量对其微观组织和拉伸力学性能的影响。研究结果表明:所有Ti6Al4V合金都形成了α’白色组织,控制Ar气流量为6 L/min有助于马氏体发生原位分解。此时形成了大量的α’组织以及部分α与β相,所有组织的宽度都接近0.5μm。在Ti6Al4V合金中形成了具有密排六方晶格的α组织,在SLM成形阶段存在大量α’组织转变成(α+β)结构的情况。Ar气流量为6 L/min下合金达到了更高延伸率。当能量密度增大到6 L/min之后,靠近撕裂棱区域产生了数量更多的韧窝,表明提高能量密度能够优化合金韧性,此时断口组织上产生韧窝没有出现解离面。该研究对优化SLM制备钛合金的工艺参数具有一定的理论意义。     

淬火冷却速率对6082铝合金力学性能的影响

采用末端淬火(JEQ)实验、使用JMatpro7.0模拟软件并结合硬度、拉伸性能测试以及透射电子显微镜(TEM)观测，研究了轨道交通用6082铝合金的淬火敏感性。结果表明：(1)由JMatpro7.0模拟得到的TTT曲线表明，6082铝合金的淬火敏感温度区间为220~425℃，β和β'相的鼻尖温度为375℃。合金的CCT曲线表明，为了抑制淬火过程中β'(亚稳相)的析出，合金的淬火冷却速率必须大于6℃/s；(2)随着末端淬火距离D的增大6082铝合金的时效态硬度和强度下降，淬透深度为23 mm；(3)随着淬火冷却速率的降低淬火诱导析出相β在异质形核点α-(AlMnFeSi)相上优先析出，在后续的时效过程中β相长大并吸收周围的溶质原子，晶内时效析出强化相β'减少；(4)慢冷过程中，晶界附近的空位浓度降低，晶界的无沉淀析出带(PFZ)变宽。     

固溶温度对VAR制备传感器用Ti-6Ni-3Mo-1Sn合金组织和力学性能的影响

对真空自耗电极电弧熔炼制备的传感器用Ti-6Ni-3Mo-1Sn合金进行热处理,先经过不同温度的固溶处理在经过500℃时效处理4 h,通过实验测试手段研究固溶温度对固溶态和时效态合金组织和力学性能的影响。研究结果表明:固溶温度700℃时,在固溶态合金晶粒中产生了大量初生α相。随着固溶温度增加,形成了更大的β晶粒。以更高温度处理后固溶态合金获得更大拉伸强度以及屈服强度,而伸长率表现为先升高再减小。经过时效处理的时效态合金晶粒中产生了许多弥散态的细小α相。以700℃固溶处理后,形成了初生α相,在残余β相内产生更多β稳定元素。随着固溶温度增加,时效态Ti-6Ni-3Mo-1Sn合金的拉伸强度,屈服强度及伸长率均表现出先增加后减小,最大值发生在固溶温度700℃时,分别为1268,1192 MPa, 5.62%。在低于700℃固溶时效处理后的试样断口区域形成许多尺寸差异较大微孔,呈现脆性断裂特点。     

Ti750合金中初生α相的体积分数对固溶温度的敏感性

研究了Ti750合金中初生α相的体积分数对固溶温度变化的敏感性。结果表明,在α+β两相区热处理的Ti750合金中初生α相的体积分数随着热处理温度的提高呈现先慢后快的下降趋势;合金中Mo元素的含量由0.25%(质量分数,下同)提高到1.0%使初生α相体积分数对固溶温度变化的敏感性降低。用电子探针分析了Al和Mo元素在初生α相中的分布,结果表明：在初生α相含量相同的合金中,Mo元素含量的提高使初生α相中的Al元素富集,使初生α相具有更高的热力学稳定性,从而降低了α_p相体积分数对固溶温度变化的敏感性,有利于准确控制热加工和热处理组织。     

Al3Ti/A356铝基复合材料的显微组织及拉伸力学性能

在A356铝合金熔体中加入K₂TiF₆盐,通过熔体搅拌原位反应法制备了Al₃Ti/A356铝基复合材料,研究了Al₃Ti含量对铝基复合材料显微组织及室温和高温拉伸力学性能的影响。结果表明,Al₃Ti/A356复合材料的铸态组织由α-Al、共晶Si和(Al, Si)₃Ti相组成。随着K₂TiF₆盐添加量的增加,(Al, Si)₃Ti相也逐渐增多,其形状由大块状和棒状转变为小块状,同时,基体中的共晶Si细化效果也越显著。在生成不同Al₃Ti含量的复合材料中,2wt%Al₃Ti/A356复合材料的常温拉伸抗拉强度和屈服强度均为最高,分别为179.7 MPa和74.1 MPa。350℃高温拉伸时,6wt%Al₃Ti/A356复合材料的抗拉强度和屈服强度分别比基体提高22.1%和12.6%,分别达到66.3 MPa和57.9 MPa,最高抗拉强度达到或超过了一些现役汽车活塞用的铝硅合金,表明Al₃Ti/A356复合材料具有作为新型耐热铝合金应用于汽车发动机耐热部件的潜力。      

Ti-6Al-4V合金表面超声振动滚压强化研究

采用超声振动滚压加工技术对Ti-6Al-4V合金表面进行处理,探究该项技术对Ti-6Al-4V合金表面质量的影响。通过对该工艺加工前后的Ti-6Al-4V合金进行表面粗糙度参数、XRD图谱、截面微观形貌、表层残余应力及显微硬度的对比分析,结果表明:经该工艺处理后的合金表面各项粗糙度参数皆有明显降低;加工后的合金表面XRD图谱的衍射峰减弱且宽化,衍射角向高角度方向偏移;加工后的合金表层β相组织相较加工前明显细化,且随着深度增加β相组织逐渐增大;在距离表面约50μm位置的残余应力值最大可达到-967 MPa;加工后的合金表面显微硬度可达到421HV,且在0~140μm的深度范围内,显微硬度随着深度的增加逐渐减小至与基体硬度一致。经超声振动滚压加工后的Ti-6Al-4V合金表面质量显著提高,有利于提高其零部件的使用性能。