Dehydrogenation of Hydrogenated Ti-6Al-4V Alloy

对未置氢及置氢Ti-6Al-4V合金进行了TG/DSC试验,研究了置氢钛合金的除氢行为。结果表明,当温度超过600℃时,置氢钛合金的失重规律与未置氢钛合金具有较大的差别。当加热温度在600~900℃之间时,置氢钛合金的失重随着氢含量的增加而增加。这是由于置氢合金中的亚稳相发生了分解。不考虑合金氧化的影响,置氢钛合金的最大失重与合金中的氢含量一致。置氢钛合金的最佳除氢温度为750℃。对于不同氢含量的置氢钛合金,其除氢工艺是相同的。     

Ti6Al4V合金吸氢行为研究

研究了Ti6Al4V合金在不同置氢温度、保温时间和氢压下的吸氢行为,利用光学显微镜研究了氢在钛合金中的分布规律。研究结果表明,Ti6Al4V合金的氢含量是由置氢温度、保温时间和氢压来控制的。随着置氢温度的升高,氢含量先增加后降低。随着氢压的增加,氢含量直线增加。钛合金的吸氢过程实质上是氢的扩散过程,随着保温时间的增加,合金中的氢分布逐渐趋于一致。     

钛合金置氢过程的氢分布规律

采用定性的金相法和定量的除氢法两种手段研究置氢温度和保温时间对TA15钛合金中氢分布的影响规律,并应用ANSYS瞬态热分析模块对置氢过程的氢分布规律进行模拟.结果表明:钛合金置氢过程是一个扩散过程,开始阶段合金中氢含量沿截面呈梯度分布,边缘氢含量明显高于心部,内部组织存在明显差异,具有明显的组织分界线;随着保温时间增加和置氢温度升高,分界线向心部移动,组织趋于一致,组织分界线逐渐消失,氢分布达到均匀.模拟结果表明,研究结果与实验结果吻合,说明采用瞬态热分析模块模拟氢在钛合金中的扩散问题是可行合理的,关键在于确定模拟过程各个参数的对应关系.     

置氢TC16钛合金微观组织与变形行为

通过置氢处理得到不同氢含量的TC16钛合金,采用连续升温法研究了氢含量对TC16钛合金相转变温度的影响,利用光学显微镜研究了置氢TC16钛合金的微观组织,应用准静态压缩试验研究了置氢TC16钛合金的变形行为,通过磁脉冲冷镦试验研究了高应变速率下合金的变形行为。结果表明,TC16钛合金相变温度随氢含量的增加而单调递减,当氢含量达到0.30wt.%时,相变温度大约下降150℃;置氢TC16钛合金微观组织发生变化,低氢时出现了马氏体组织,高氢时主要由等轴β相组织构成;置氢TC16钛合金的应变速率敏感性增加,随着变形速率的提高,其变形性能得到改善,在高应变速率条件下压缩变形极限大于86%,通过冷镦试验制备了表面完好的托板螺母,对变形行为进行了验证。     

置氢TC17钛合金组织演变规律及高温变形行为

为了改善了TC17钛合金热加工性能,对TC17钛合金进行了置氢处理,通过金相观察和X射线衍射分析,研究了置氢后TC17钛合金的微观组织及相转变规律,在变形温度800～860℃、应变速率0.001～0.1 s^-1的条件下,对置氢TC17钛合金进行了高温压缩试验,研究了置氢TC17钛合金的热变形行为,并对其热变形激活能进行了计算分析。结果显示,TC17钛合金原始组织为典型的网篮组织,由α+β相组成,随着氢含量的增加,针状α相数量减少,β相增多,当氢含量超过0.40%(质量分数)时,钛合金中依次出现了γ氢化物和δ氢化物。置氢TC17钛合金不仅是温度敏感型材料、速率敏感型材料,也是氢含量敏感型材料,在氢含量0.2%时,峰值应力达到最小值,与原始合金相比,变形温度可降低40℃,应变速率可提高1个数量级。同时,氢含量0.2%的TC17钛合金变形激活能也达到最小值162 kJ/mol,其热变形软化机制为动态回复。     

临时合金元素氢对TC4钛合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响

采用钨铼合金搅拌头对置氢0.1%,0.3%和0.5%(质量分数)的α+β双相TC4钛合金进行搅拌摩擦焊,通过焊后真空退火将氢从焊态接头中除去,研究了氢作为临时合金元素对TC4钛合金搅拌摩擦焊接头微观组织和力学性能的影响。结果表明,氢含量对置氢钛合金焊态接头的微观组织和力学性能有很大影响。氢在焊接过程中几乎未从置氢钛合金中逸出并可以通过焊后真空退火除去。焊态接头中的亚稳相和含氢相在除氢过程中发生分解及转变,除氢后接头只由α及β两相组成,但焊态接头微观组织会影响除氢态接头中α和β两相比例及形态。氢含量越高,置氢钛合金本身的力学性能越低,其焊态接头的力学性能也越低。经过除氢处理后,不同氢含量的置氢钛合金性能得到恢复且趋向一致,其接头的性能差异也明显减小,而且除氢态接头的性能与未置氢钛合金接头的性能相当。     

氢处理对TC21合金显微组织的影响

利用XRD、OM和TEM研究两相钛合金TC21置氢前后以及除氢后的显微组织变化.研究发现:随着氢含量的增加,TC21合金中的β相逐渐增加,当氢含量达到0.319%(质量分数,下同)以上时,试样中出现面心立方的氢化物δ.氢化物主要是在高温置氢后冷却过程中通过扩散方式发生共析反应形成的.由于共析反应所造成的晶格畸变,除氢后发生了再结晶,晶粒组织更加细化.     

置氢TC4钛合金与TiAl合金的扩散连接研究

分别对Ti Al合金与TC4钛合金、置氢0.5 wt%的TC4钛合金进行了扩散焊接试验。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪、能谱分析仪对接头界面进行了分析,并开展了抗剪强度试验。结果表明,在焊接温度为850℃,连接压力为15 MPa的工艺参数下,当保温时间为5 min时,连接界面存在细小孔洞;当保温时间为15 min时,置氢TC4钛合金的界面孔洞消失,并且产生一定厚度的反应层:保温时间达到30 min时,置氢TC4钛合金与Ti Al合金接头的连接强度平均可达290 MPa。断口分析表明,界面组织主要由Ti Al、Ti_3Al、Ti Al_2和Ti_3Al_5相组成。在相同的扩散焊接工艺规范下,置氢TC4钛合金与Ti Al合金的扩散接头连接强度明显高于未置氢TC4钛合金与Ti Al合金的扩散接头连接强度。     

不同应变速率和脉冲电压下0.3％置氢Ti-6Al-4V钛合金压缩变形力学分析

利用固态充氢法制备0. 3%置氢的Ti-6Al-4V钛合金,在万能力学测试机上研究应变速率和脉冲电压对其压缩变形行为的影响。研究结果表明:0. 3%置氢Ti-6Al-4V钛合金的微观组织相对于未置氢钛合金组织形态发生了明显改变。当施加脉冲电压后,钛合金的伸长率都发生了大幅提高,随着电压升高到80 V时,0. 3%置氢钛合金具有显著高于未置氢钛合金的屈服强度。当应变量增加后,钛合金压缩过程中温度发生先升后降的变化。当对钛合金施加脉冲电压后,会形成大量浅韧窝,对0. 3%置氢Ti-6Al-4V钛合金施加脉冲电压后可以提高其塑性,发生准解理穿晶断裂。     

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。     

置氢TC4钛合金线性摩擦焊接头组织

采用线性摩擦焊技术对置氢TC4钛合金进行了焊接。利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜等对不同氢含量试样接头各区的显微组织进行分析,并探讨氢致钛合金高温塑性的微观机理。结果表明:置氢钛合金试样接头的焊缝宽度比未置氢试样的明显减小;随着氢含量的增加,试样母材和热力影响区组织中β相的含量增加;氢使得钛合金试样焊缝附近的位错密度降低,说明氢促进了位错运动;置氢钛合金接头组织中层错和孪晶的数量明显增加;在氢含量为0.4%和0.6%(质量分数)的TC4钛合金接头组织中发现了面心立方结构(FCC)的片状氢化物δ。氢主要是通过改变钛合金中的两相比例,促进位错运动和动态再结晶等机制来增强钛合金的高温塑性,从而改善线性摩擦焊的连接性能。     

置氢Ti65钛合金高温流变行为和热加工性能

Ti65钛合金具有优良的高温强度、热稳定性与抗蠕变性能，但其热成形温度高、变形抗力大。热氢处理作为一种钛合金高温增塑工艺，可以显著降低Ti65钛合金高温成形时的变形抗力，改善其热加工性能。为了研究置氢量对Ti65钛合金高温流变行为和热加工性能的影响，探究Ti65钛合金最佳置氢量和成形工艺窗口，对不同置氢量下的Ti65钛合金试样进行热压缩实验。结果表明，置氢Ti65钛合金在790～940℃温度范围内变形时，最佳置氢量(质量分数)为0.25%,与未置氢钛合金相比，峰值应力的降幅约为66.8%。基于真应力-真应变曲线数据，建立了0.25%置氢量时Ti65钛合金的Arrhenius本构方程，以及真应变为0.2、0.4和0.6条件下的热加工图。研究发现，Ti65钛合金在840～880℃、应变速率大于0.01 s^-1区域附近变形时，出现失稳现象，随着应变的增大，失稳区域收缩；而在790～840℃、应变速率为0.01～1 s^-1区域内变形时，具备良好的热加工性能。     

热氢处理对Ti600钛合金组织和性能的影响

针对近α型Ti600钛合金热加工抗力大、变形困难等问题,通过对实验样品分别进行5种不同氢含量的置氢处理和真空退火除氢,研究热氢处理过程中Ti600钛合金的组织结构演变和高温力学特性,探讨热氢处理对钛合金组织和高温力学行为等热加工工艺塑性的影响规律。研究表明,对于Ti600钛合金,热氢处理后合金出现不同程度的组织细化,置氢量在0.1%～0.5%范围内,热氢处理可有效提高Ti600近α型合金的热加工工艺塑性。     

置氢对Ti-55高温钛合金超塑变形行为的影响

钛合金的超塑成形技术在工业领域已经得到广泛的应用,但其成形温度高,成形速率低的问题大大限制了该技术的发展。向钛合金中添加适量的氢,可有效改善合金的热加工性能。以Ti-55高温钛合金为对象,通过金相观察、高温拉伸试验等方法,研究了置氢对合金微观组织和超塑变形行为影响,得出了氢含量、变形温度和初始应变速率对其伸长率和峰值应力的影响规律。研究发现,置氢0.1%之后,合金在825℃变形时伸长率提高了95.5%,峰值应力降低了37.8%;置氢0.1%使得Ti-55的最佳超塑成形温度降低了约125℃;置氢后合金对于变形温度和应变速率的变化更加敏感,且最佳超塑性的温度和应变速率范围变窄。     

Ti6Al4V合金吸氢行为研究（英文）

研究了Ti6Al4V合金在不同置氢温度、保温时间和氢压下的吸氢行为,利用光学显微镜研究了氢在钛合金中的分布规律。结果表明,Ti6Al4V合金的氢含量是由置氢温度、保温时间和氢压来控制的。随着置氢温度的升高,氢含量先增加后降低。随着氢压的增加,氢含量直线增加。钛合金的吸氢过程实质上是氢的扩散过程,随着保温时间的增加,合金中的氢分布逐渐趋于一致。     

基于自洽模型的置氢Ti6Al4V合金流动应力预测

对不同置氢量Ti6Al4V合金在Gleeble-1500热模拟试验机上进行了等温压缩实验,实验温度为750、800、850、900、950和1000℃,应变速率为1 s^-1。结果表明,Ti6Al4V合金的流动应力随置氢量增加先减小后增大,变形温度为750、800和850℃时,置氢量0.31%(质量分数,下同)合金流动应力最低;变形温度为900、950、1000℃时,流动应力最小值对应的置氢量分别为0.17%、0.1%和未置氢。基于自洽模型建立了置氢Ti6Al4V合金高温变形本构模型,该模型通过调整氢对β相的强化作用和氢对β相转变温度的降低反映置氢对Ti6Al4V合金流动应力的影响。与实验结果对比表明,所建立的本构模型可以准确预测流动应力随置氢量和变形温度的变化。     

置氢TC21合金超塑性研究

利用CMT4104电子万能试验机研究了置氢TC21合金在不同温度和应变速率下的超塑性.结果表明,随氢含量增加.TC21合金的流动应力先降低后升高,存在一个最佳变形量.置氢后大部分条件下伸长率随氢含量的增加而降低,但氢含量为0.1wt％时,在880℃,1×103s-1条件下变形,获得了1010％的最大伸长率.TEM观察发现,当氢含量较低时,TC21-xH合金主要的超塑变形机制为位错攀移和滑移协调的相界/晶界滑移;当氢含量较高时,由于氢降低了TC21合金的相变点,变形在单相β相区进行,变形机制为由扩散促进位错恢复和攀移的晶界滑动机制.     

置氢处理对铸态TiZrAlV合金高温变形行为及显微组织的影响

为了探究置氢处理对45Ti-47Zr-5Al-3V合金高温变形行为及显微组织的影响,利用动态热模拟试验机,对置氢与未置氢的铸态合金在不同变形条件下进行热压缩,并构建了本构方程及热加工图。结果表明,加入适量的氢可以显著降低TiZrAlV合金的流变应力和变形激活能,计算得到未置氢合金热压缩变形激活能为339.7 kJ/mol,而置氢后的激活能为286.5 kJ/mol,适宜的加工参数为650~900℃,0.01~1 s^-1。OM和EBSD微观组织观察表明,置氢能细化铸态组织,增加β相含量,促进动态再结晶,从而显著降低了合金的流变抗力,扩大了热加工窗口,提高了热加工性能。     

置氢对TB8钛合金室温压缩性能的影响

通过热氢处理技术在钛合金中引入临时元素氢,可以改变钛合金的相组成,进而改变钛合金的力学性能和加工性能。文章采用压缩实验研究置氢对TB8合金室温压缩性能的影响,并利用OM、XRD和DTA等方法研究固态置氢后TB8钛合金微观组织和相变的演变过程。结果表明,氢降低了TB8合金的β相转变温度,在氢含量为0.7wt%时组织完全转变成β相,置氢后合金中生成了δ氢化物和ω相;氢对TB8合金的塑性影响较小,但由于β相的软化作用,使置氢后合金的屈服强度低于原始合金,应变硬化能力随氢含量的增加而逐渐增强,主要是由氢原子及氢化物对位错的阻碍作用所致。     

置氢Ti-6Al-4V合金显微组织演变与高温变形行为

利用Gleeble高温压缩模拟实验研究置氢对Ti-6Al-4V合金微观组织和高温变形行为的影响,并探讨组织与高温塑性的关系.结果表明:适量的氢可显著降低钛合金的高温变形流变应力,Ti-6Al-4V合金氢含量为0.3%时,流变应力降低36%～60%,最小峰值应力对应的氢含量随温度的增加向低氢方向移动,并且在保持相同应力水平下,高温变形温度降低50℃;氢还可以促进钛合金热变形过程中的动态回复和动态再结晶,有利于降低变形抗力,其应力-应变曲线无明显硬化阶段;此外,由于氢引起的高温变形组织变化与在更高温度压缩时所引起的组织变化相当.