亚稳定β钛合金中等温斜方马氏体a”相的形成

在钛合金中由于β-Ti基体化学成分的差异,其马氏体相以密排六方晶系或斜方晶系的晶体结构呈现。目前钛合金中形成斜方马氏体a”相的途径主要有两种,一种是合金在口相区固溶然后快速冷却到室温的过程中形成斜方马氏体a”相,另一种是合金亚稳定β相在室温下的变形过程中形成斜方马氏体a”相。     

亚稳Ti-27Nb合金单晶的变形行为

<正>亚稳β型钛合金由β相向α″相转变的应力诱发马氏体相变及其逆相变的过程中表现出超弹性,使其作为新的无镍形状记忆合金,前景备受期待。针对亚稳β型钛合金的马氏体相变和形状记忆超弹性特性已开展了多项研究。为明确Ti-27Nb合金(原子分数)的应力诱发α″马氏体相变过程中的塑性变形行为,东京工业大学T.Masaki对Ti-27Nb合金单晶进行了研究。首先采用光学浮动区域熔融法制备了Ti-27Nb     

固溶温度对TB6钛合金微观组织的影响

分别在760、780、800、820℃对TB6钛合金锻棒进行固溶处理,采用X射线衍射仪和光学显微镜研究了合金在不同固溶温度下的相组成及微观组织随固溶温度的变化规律。结果表明,固溶温度为760、780℃时,TB6钛合金棒材中的初生α相含量较高,尺寸较大,能起到钉扎β晶界的作用,获得晶粒尺寸<5μm的β基体相;固溶温度为800℃时,大部分初生α相溶于β基体相中,剩余初生α相的体积分数仅约为2.65%,且β基体相晶粒尺寸增大,并出现热诱发α′′马氏体相;固溶温度为820℃时,TB6钛合金棒材中的初生α相已完全消失,β基体相存在大量呈纵横交错分布的针状热诱发α′′马氏体相。     

β钛合金超弹性影响因素及其提高方法

β钛合金具有良好的力学性能、高耐蚀性以及优异的生物相容性,在生物医用材料领域备受关注.β钛合金的超弹性归因于应力诱发的β→α"马氏体相变及其逆转变.阐述了影响β钛合金超弹性的因素,归纳了提高合金超弹性的方法.通过添加合金元素调整相变温度和滑移临界应力使得应力诱发马氏体相变更易发生,延迟β相塑性变形的发生,能够获得更大的...     

Ti-Nb合金在冷变形中的微观组织和力学性能研究

研究采用钨极电弧炉熔炼Ti-35Nb-2Ta-3Zrβ钛合金,采用偏光显微镜、X射线衍射仪和透射电子显微镜等试验设备,分析不同拉伸变形率下合金的微观组织结构和相转变规律.运用双辊轧机制备不同冷变形率下的合金,并进行室温拉伸等力学试验.试验结果表明:随着拉伸变形率的增加,合金会发生β→α″相转变,且合金中α″马氏体逐渐增多,增多到一定程度后保持稳定,α″马氏体的微观形貌由针状转变为粗大的片体;经过冷变形加工后,合金表现出良好的强度和塑性.     

新型亚稳β型Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金时效过程中ω相与α相的竞争

对一种新型亚稳β型Ti-30Nb-1Mo-4Sn(%,质量分数)合金时效过程中ω相与α相的竞争行为进行了系统研究。研究表明,Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金经固溶处理或冷轧处理后,合金的相组成均为β相和α″马氏体。固溶态和冷轧态Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金经相同的时效处理(即573 K时效2 h)后,析出产物分别为等温ω相和α相。这主要是由于冷轧后合金内部含有大量位错和晶界,这些位错和晶界在后续时效过程中抑制了等温ω相的析出,同时为α相的异质形核提供了条件,促进了α相的析出。这一发现为亚稳β钛合金时效过程中ω相与α相之间的竞争提供了直接的证据。此外,上述研究结果也清楚地表明,通过对亚稳β钛合金进行冷轧预处理,可以在后续时效过程中抑制脆性ω相析出的同时在合金中获得对力学性能有利的细小α强化相,这无疑对研发低模量和高强度兼备的新型β钛合金具有重要的意义。     

氢对α+β钛合金固态相变的影响

研究了氢对TC4钛合金高温淬火过程的亚稳相转变以及其微观组织的演变的影响.试验结果表明,随着氢含量的增加.氢首先促进了TC4钛合金中斜方马氏体α"的生成,α'体积分数降低.在0～0.45%(质量分数)之间,形成了α'和α"共存的独特组织,并在0.45%时α"马氏体体积分数达到最大;继续增加氢含量,氢开始抑制马氏体,促进更稳定的体心β的生成.亚稳相分解试验表明,氢降低了马氏体分解转变温度,随着时效温度的升高和氢含量增加,显微硬度降低.同时,与α'分解相反,经过时效后,β相取代α首先在马氏体α"内析出,细化了晶粒.     

Nb元素对Zr-Ti基生物材料力学性能和耐腐蚀性能的影响

通过真空非自耗电弧熔炼炉制备Zr-Ti-xNb(x=6、8、10,摩尔分数,%,下同)合金,采用锻造和β单相区固溶热处理工艺进一步加工铸锭,通过对材料微观组织、力学性能和耐腐蚀性能的表征,研究Nb元素对Zr-Ti基生物材料力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果显示,Zr-Ti-xNb(x=6、8、10)合金均由β相和α″相组成,随着Nb元素含量增加,β相含量增加,α″相含量降低,Nb元素添加提高了合金中β相的稳定性。同时Nb含量增加,合金屈服强度由360 MPa增加至780 MPa,固溶强化效应明显,在变形过程中出现了应力诱发马氏体相变现象,极大提高材料的抗拉强度和塑性。同时可以较好地提高合金的耐腐蚀性能,实验表明三种材料在生理盐水中均表现出较强的耐腐蚀性能。     

固溶热处理对热旋锻粉末冶金Ti-Nb-Ta-Zr-O合金微观结构与力学性能的影响

研究固溶热处理对采用热旋锻加工制备的粉末冶金Ti-Nb-Ta-Zr-O合金微观结构和力学性能的影响。结果表明,固溶热处理可使合金晶粒长大。在热旋锻和热处理后的合金中均可观察到α″马氏体相和孪晶存在。热旋锻加工后的合金中α″马氏体相是由加工过程中的应力诱发产生。而固溶热处理后合金中均匀分布的α″马氏体相则形成于热处理过程中。固溶热处理可使合金的塑性提高,伸长率由热处理前的29%增加至热处理后的37%,弹性模量降低,同时强度保持不变。固溶热处理使得合金的"多峰应力振动"现象消失。     

近β钛合金压缩变形行为研究

业稳态卢钛合金可以通过位错滑移形成孪晶及应力诱发马氏体相变来发生形变。当马氏体相变的温度低于室温时,β相可以被应力诱导转化为密排六方a’相或正交a”马氏体相,     

热处理对深海耐压壳用Ti542222钛合金厚板组织性能影响研究

为获得强度-塑性-韧性最佳匹配的深海耐压壳用Ti542222高强高韧钛合金，研究了固溶温度、时效温度对Ti542222厚板显微组织、力学性能和断口形貌的影响。结果表明：经750～800℃固溶处理后，合金由初生α_p相和亚稳β相组成，且均随温度升高而长大，β基体上次生α_s相发生了由α_s→β的转变，强度降低，韧性提高；当在800～860℃固溶处理时，初生α_p相减少，在β相基体上析出斜方马氏体α″相，且随温度升高，初生α_p相和β相逐渐粗化，α″相大量增加，强度稳步提升，塑、韧性降低；在860℃/1.5 h空冷(AC)+(550～760)℃/4 h AC固溶时效中，当时效温度为550℃时，显微组织与860℃/1.5 h AC退火后基本一致，亚稳β相分解形成的次生α_s相比较细小、均匀，强度仍保持高值，但韧性不能满足深海耐压壳材料需求，当时效温度为630～760℃时，显微组织为初生α_p相、 β相、 α_s相，且随着时效温度升高，...     

合金元素Mo对钛合金相析出行为的影响

钛合金的相变过程中伴随着复杂多变的析出相,不同组织结构的析出相导致合金具有不同的机械性能。添加合金元素可以人为地控制钛合金中相的析出行为,但由于合金元素种类众多,合金元素对钛合金析出行为影响的机理有待进一步探讨研究。综述了合金元素Mo对钛合金析出行为影响的研究现状,以析出相的形态和尺度为主要考察对象,归纳总结了在α型、α+β型以及β型钛合金中添加Mo元素对析出相作用的机理,并指出了目前研究过程中存在的不足,希望为以后的钛合金析出行为的研究提供帮助。     

一种兼具高强度、高应变硬化率和高塑性的新型钛合金

本研究设计了一种三元亚稳β钛合金Ti-9Mo-6W(质量百分数)。由于该合金变形时会联合出现相变诱发塑性效应和孪晶诱发塑性效应,使该合金的加工硬化速率可以接近2 100MPa,均匀变形能力高于35%。为了深入了解Ti-9Mo-6W合金的变形过程,对其变形过程中的显微组织进行了详细分析。结果表明,Ti-9Mo-6W合金变形过程中存在{332}113机械孪晶、应力诱发ω相、应力诱发α"马氏体等不同的变形机制,综合作用使合金内部最终形成了具有高度协合性的复杂网络变形组织。     

低弹性模量亚稳β型Ti-38Nb合金的微观组织与力学行为

报道了一种兼具低弹性模量和高强度的新型亚稳β型Ti-38Nb(%,质量分数)合金,并系统地研究了热-机械处理对合金微观组织及力学行为的影响。研究结果表明,Ti-38Nb合金经固溶处理后,由于合金中β稳定化元素含量不足,高温β相并没有完全保留至室温,合金中生成了大量的α″马氏体。此时,Ti-38Nb合金在较低的应力水平下(约207 MPa)便发生了马氏体变体的再取向和应力诱发马氏体相变,故无法满足生物医用材料对高强度的要求。经冷轧和673 K退火40 min后Ti-38Nb合金中引入了大量的位错和晶界,高密度的位错和晶界有效地抑制了ω相的析出和α″马氏体的产生。此时,β稳定化元素含量低的高温β相被稳定至室温,合金实现了低弹性模量(56 GPa)和高强度(拉伸强度1020 MPa)的良好匹配。因此,Ti-38Nb合金由于其低弹性模量和高强度特性有望在生物医用植入材料领域获得应用。     

固溶冷却速度对短时高温钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了固溶冷却方式对一种新型短时高温钛合金热轧板材显微组织及力学性能的影响。结果表明,合金经近β区高温固溶及不同方式冷却后产生不同的相产物,空冷后的相产物为α+β相,油冷和水冷后的相产物均为α′+α″相。随着冷却速度的提高,合金强度提高而塑性降低。钛合金固溶处理后采用油冷方式可获得较好的综合力学性能,室温抗拉强度1 150 MPa,延伸率8%。     

医用β型钛合金中氧元素的作用

低模量β型钛合金作为生物医用材料得到了广阔的发展.国内外研究者发现添加O,N和H等间隙元素能够有效提高β型钛合金的力学性能.其中,O是研究最广泛的间隙元素.以国内外研究结果为基础,综述了O对β型钛合金的显微组织、相变、力学性能和超弹性的影响.O元素能够细化β相晶粒,但过多则会产生偏析.O抑制淬火过程中α″和ω两种马氏体转变.O具有很强的固溶强化作用,显著提高钛合金强度、硬度和耐磨性.O提高β相临界滑移强度和降低Ms点的作用有益于合金的超弹性和形状记忆效应.     

β相稳定性对Ti-10V-3Fe-3Al合金变形模式及压缩性能的影响

<正>金属的变形有以下几种不同机制:孪生、变形诱发马氏体、位错滑移,或其综合作用。变形机制与基体状态密切相关,一方面与启动位错滑移或孪生的临界应力有关,另一方面与亚稳定基体转变成马氏体的能力有关。迄今为止,对亚稳定β钛合金变形机制的研究很少,对于含有α相的亚稳定β钛合金,也仅研究了β-CEZ(Ti-5Al-2Sn-5Zr-4Mo-2Cr-1Fe)和Ti-10V-2Fe-3Al合金的变形机制。研究表明,     

能谱仪在TC16合金相转变稳定性分析中的应用

两相钛合金相转变过程中,存在β稳定元素聚集,使β相趋于稳定的现象。采用能谱仪定量分析了TC16合金在780℃下分别保温0.5,1 h后的α相、β相中β稳定元素的含量,对比分析了合金中相转变的稳定程度。结合XRD相分析和SEM组织观察,表明退火过程中,保温1 h比0.5 h,合金的相转变更趋于稳定。     

TC4钛合金丝材焊件冲击失效分析

采用钨极氩弧焊接工艺获得TC4钛合金丝材防护架,随后对其进行冲击试验,发现多处焊接点发生断裂失效。为此,研究了TC4钛合金丝材焊接处的组织、显微硬度以及断口形貌。结果表明,在快速加热及冷却的热循环作用下,焊件焊合区域产生马氏体相,主要以α'相形式存在,另有少量的α″相;焊合区域的局部显微维氏硬度平均值达5.5 GPa,是母材区域硬度值的近1.5倍;相比于TC4钛合金丝材弯曲断裂的韧性断口形貌,焊件断口存在解理台阶,为脆性断裂,这主要归结于马氏体的存在使得焊接处塑性和韧性降低。     

不同加热制度下TA15钛合金变形组织及微观取向分析

在Gleeble—3500型热模拟机上对近α型TA15钛合金进行等温压缩实验,研究不同加热制度对TA15钛合金热变形后微观组织、晶界取向差和晶粒取向的影响。研究结果表明,在两相区(900℃)变形时,常规加热制度下变形后TA15钛合金微观组织主要由原始等轴α相、再结晶α相和马氏体α'相组成,当晶界取向差为40°、60°和90°左右时晶界比例出现峰值;而β相区加热制度下合金变形微观组织主要由片状马氏体α'相、β相和晶界处细小的α相组成,当晶界取向差为60°和90°左右时晶界比例出现峰值,晶粒择优取向性增强。在β单相区(1 050℃)变形时,常规加热制度下变形后合金微观组织中β晶粒晶界清晰,集束特征明显;而β相区加热制度下合金变形微观组织主要由长宽比较大的α'相组成,原始β晶粒消失,当晶界取向差为60°和90°左右时晶界比例出现峰值,晶粒择优取向性减弱,各向同性增强。