Surface Strengthening of Ti-6Al-4V Alloy by Glow Plasma Carbonization Process

利用辉光等离子渗碳技术对Ti-6Al-4V进行了表面强化处理。等离子气体为氩气,渗碳温度和时间分别为950 ℃和3 h,工作压力为30~35 Pa。为了避免传统气体渗碳过程中易于产生氢脆的现象,用固体石墨棒作为碳源。渗碳结束后,分别利用OM、FESEM和XRD对渗碳层做分析,并在坏-块摩擦磨损试验机上对处理和未处理样品进行摩擦磨损对比实验。结果发现,渗碳层深度约为416 μm,其表面碳化物(TiC和V8C7)提高了合金表面的硬度和耐磨性能。     

双辉技术渗铌对Ti-6Al-4V合金氧化性能的影响

采用双辉等离子渗金属技术在Ti-6Al-4V表面形成均匀致密连续的渗铌合金层。将未渗铌和渗铌的Ti-6Al-4V试样分别在700℃，800℃，900℃进行100h的高温氧化实验，采用XRD，SEM及EDX对试样在900℃氧化100h后的氧化层的相组成、截面形貌及成分分布进行分析，初步探讨Ti-6Al-4V表面渗铌后的抗氧化性能及氧化机理。结果表明：渗铌后的Ti-6Al-4V合金氧化速率常数降低了1个数量级，氧化激活能提高，抗氧化性能明显改善。     

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。     

Ti-6Al-4V剪切带内部的应变、温度分布及演变研究

采用梯度塑性理论，考虑了峰值剪切应力之后的材料承载能力缓慢降低的过程及承载能力快速降低的过程，推导了剪切带内部的剪切变形、应变及温度分布的公式。计算了Ti-6Al-4V剪切带内部塑性剪切应变，温度的分布及演变。在剪切带内部，塑性剪切应变及温度分布是高度不均匀的，这种不均匀性随着施加的塑性剪切应变的增加而增加。随着流动剪切应力的降低，剪切带内部的最大塑性剪切应变线性增加，最高温度非线性增加。由于微结构效应，基于梯度塑性理论的剪切带内部的最大塑性剪切应变及最高温度的预测值高于经典理论的预测值。将Ti-6Al-4V剪切带内部的剪切变形及应变的理论结果与根据前人高速摄影实验图片的计算结果进行了对比，理论与实验结果的趋势非常吻合，在数值上，剪切带内部的最大剪切应变的理论值仍低于实测值。     

激光成形修复Ti-6Al-4V钛合金零件的组织与性能

分析了激光成形修复Ti-6Al-4V合金的组织特点,并考察了退火处理对修复区组织及修复件性能的影响.激光修复件的微观组织由修复基体所具有的等轴α+层状α+β双态组织经热影响区连续转变为晶内分布魏氏α+β的外廷生长的粗大柱状晶组织.激光修复件的静载拉伸性能达到锻件标准.经退火处理后,修复区中α板条有粗化趋势,修复件的综合力学性能得到一定改善,塑性有所提高.经采用退火+喷丸处理,修复件的低周疲劳性能达到与锻件相当.     

激光喷丸对Ti-6Al-4V合金显微组织及疲劳寿命的影响

研究低能量激光喷丸对Ti-6Al-4V合金疲劳寿命的影响。采用残余应力分析、表面粗糙度测量、X射线衍射、光学显微镜、纳米压痕硬度测试、扫描电镜和透射电镜以及疲劳测试对激光喷丸样品进行表征。结果表明,激光喷丸处理导致在合金表面及近表面区域形成纳米晶,并伴随有硬度的增加及残余压应力的产生。由于纳米结构表面的形成及残余压应力的存在而带来的有利影响,与未喷丸处理合金相比,喷丸处理合金的疲劳寿命明显得到延长。     

Ti-6Al-4V绝热剪切带的厚度及应变率效应研究

通过引入与Batra及Kim类似的论点,将绝热剪切带宽度定义为绝热剪切带的中心区域的宽度(w5%),在该区域上温度比其峰值小5%,利用Johnson-Cook模型及梯度塑性理论分析Ti-6Al-4V绝热剪切带的厚度及应变率的影响.计算表明,在名义应变率的下限(800s-1)及上限(1400s-1)之间,当绝热剪切带的总厚度选取为0.3235及0.0705 mm时,计算结果非常接近于绝热剪切带宽度的上限(55 um)及下限(12 um).当应变率较低时,绝热剪切带较宽.随着应变率的增加,绝热剪切带宽度快速降低.在高应变率时,绝热剪切带宽度基本保持恒定.该理论结果与Dodd及Bai的理论结果有类似之处,与Weerasooriya及Beaulieu针对钨合金的实验结果非常一致,与Klepaczko及Rczaig的数值结果的前半部分相似.     

Ti-6Al-4V线性摩擦焊实验研究

线性摩擦焊接作为一种先进的固态连接技术,凭借其高效、优质的特点正逐渐引起人们的重视。尤其是在高推重比飞机发动机整体叶盘制造与维修领域,它已经成为最经济、实用的加工技术之一。以航空工业中广泛应用的Ti-6Al-4V合金为实验材料,进行了线性摩擦焊的实验。描述了线性摩擦焊接工件飞边的宏观形态,得出了金属挤出物的规律。初步分析了典型工件焊缝区和热影响区的显微组织。结果表明,焊缝区为高度弥散的网状组织,热影响区为拉长的α相晶粒夹杂着破损的β相晶粒。     

Surface profile and microstructure of laser peened Ti-6Al-4V

The surface profile of laser peening with square spots was compared with that of circle spots,and the microstructure of laser peened titanium alloy Ti-6Al-4V in the center of a square spot and at the edge of the square spot was investigated in this paper.The results show that a smaller size crystal is produced at the edge of square spots because the shearing strain produces nanoscale crystals in laser peening titanium alloy Ti-6Al-4V.     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的界面研究

采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了用中国制备SiC纤维增强的Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现在SiC纤维的C涂层和Ti-6Al-4V基体之间形成的界面反应产物为细晶粒和粗晶粒的TiC,而无C涂层的SiCf/Ti-6Al-4V的界面反应产物,从SiC纤维到Ti-6Al-4V基体,依次为细晶粒的TiC+Ti5Si3、粗晶粒的TiC和Ti3SiC2.还测量了界面反应区厚度并讨论了界面反应机理.     

Erosion resistance of laser clad Ti-6Al-4V/WC composite for waterjet tooling

In waterjet operations, milled surfaces are left with some undesirable dimensional artefacts, thus the use of abrasion resistant mask has been proposed to improve the surface quality of machined components. In this study, the erosion performance of laser clad Ti-6Al-4V/WC composite coating subjected to plain water jet (PWJ) and abrasive water jet (AWJ) impacts to evaluate its potentials for use as waterjet impact resistant mask material and coating on components was investigated. Results showed that composite with 76 wt.% WC composition subjected to PWJ and AWJ impacts offered resistance to erosion up to 13 and 8 times that of wrought Ti-6Al-4V respectively. Scanning electron microscopy (SEM) examination of the eroded composite surfaces showed that the erosion mechanism under PWJ impacts is based on the formation of erosion pits, tunnels and deep cavities especially in the interface between the WC particles and the composite matrix owing to lateral outflow jetting and hydraulic penetration. Composite suffered ploughing of the composite matrix, lateral cracking and chipping of embedded WC particles and WC pull-out under AWJ impacts. The composite performance is attributed to the embedded WC particles and the uniformly distributed nano-sized reaction products (TiC and W) reinforcing the ductile β-Ti composite matrix, with its mean hardness enhanced to 6.1 GPa. The capability of the Ti-6Al-4V/WC composite coating was demonstrated by effective replication of a pattern on a composite mask to an aluminium plate subjected to selective milling by PWJ with an overall depth of 344 μm. Thus, composite cladding for tooling purpose would make it possible to enhance the lifetime of jigs and fixtures and promote rapid machining using the water jet technique.     

YbB6 对Ti-6Al-4V钛合金组织和性能的影响

采用放电等离子烧结（SPS）制备了含YbB₆的Ti-6Al-4V钛合金,并研究了YbB₆对Ti-6Al-4V钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着YbB₆含量的增加,复合材料的显微组织发生转变,晶粒明显细化,原位反应生成的TiB晶须和Yb₂O₃颗粒有利于复合材料力学性能的提高。此外,当添加0.6%（质量分数）YbB₆后,烧结样品的相对密度、显微硬度、屈服强度、极限拉伸强度和延伸率分别为99.43%、4030 MPa、903 MPa、1148 MPa和3.3%。与Ti-6Al-4V试样相比,其数值分别提高了0.37%、13.8%、38.07%和17.14%。强化机制主要是组织转变、晶粒细化和弥散强化。随着YbB₆含量的增加,断裂方式主要为韧性断裂和脆性断裂。     

激光再制造边部减薄Ti-6Al-4V叶片覆层与界面性能控制

针对强气流与烟气腐蚀易造成Ti-6Al-4V叶片减薄、再制造覆层与界面性能下降的难题,优选与Ti-6Al-4V叶片匹配度高、成形性良好的同种合金,通过元素匹配对比、能量传散规律分析、金相组织评价、再制造成形试验以及基本力学性能验证等方法,开展该类边部减薄叶片再制造覆层与界面性能控制研究。结果表明:覆层Ti元素质量分数约为80%,Al元素为3.9%～5.5%,V元素为3.0%～3.5%,上述主要元素含量与基体基本一致;界面处以初始等轴α相、部分片状β相以及β相晶界上析出的少量针状α′马氏体构成的网篮结构为主,部分细化和分化的β相颗粒呈弥散分布,对网篮组织晶界具有钉扎作用;覆层硬度(HV_(0.1))为3150～3517MPa,为基体硬度的93%～104%,与基体匹配度良好;覆层摩擦系数在1与3 Hz加载频率下分别为0.22～0.35与0.32～0.62,低于TC4叶片基体。该研究在实现边部减薄Ti-6Al-4V叶片再制造良好成形的同时,验证了相关工艺及方法对覆层及界面性能调控的有效性。     

机械合金化制备纳米晶Ti-6Al-4V合金

采用机械合金化制备Ti-6Al-4V粉末。结果表明:采用机械合金化可以制备纳米晶Ti-6Al-4V合金粉,其反应机理以扩散为主,该固态反应是缺陷能和碰撞能共同作用的结果;随球磨时间延长,部分V固溶于Ti中形成置换固溶体Ti(V),球磨过程中没有中间相生成。球磨40 h后都能获得纳米晶,60 h的粉末为纳米晶和非晶的混合物,晶粒尺寸小于60 nm;60 h后晶粒尺寸变化缓慢。球磨后Ti、Al、V的原子比近似为90:6:4,与Ti-6Al-4V元素成分一致。     

微观组织特征对模拟海水中搅拌摩擦加工Ti-6Al-4V合金腐蚀磨损性能的影响

目的研究搅拌摩擦加工细晶Ti-6Al-4V合金在模拟海水中微观组织特征与腐蚀磨损性能的关系。方法通过控制搅拌摩擦加工工艺(200 r/min-25 mm/min和200 r/min-50 mm/min)获得具有等轴细晶组织和片层状α相组织的Ti-6Al-4V合金。使用往复磨损试验机和电化学工作站,在模拟海水中对Ti-6Al-4V合金进行腐蚀磨损实验,获得摩擦系数-时间曲线、动电位极化曲线等一系列摩擦磨损和电化学曲线。使用激光共聚焦显微镜和扫描电子显微镜对磨痕进行观察,计算磨损率,并分析磨损机制。通过计算腐蚀磨损分量研究材料损耗的主要影响因素。结果在腐蚀磨损中,因表面氧化膜被破坏,具有细晶结构的Ti-6Al-4V合金晶界面积大,腐蚀电位降低,但腐蚀电流密度小于原始试样。搅拌摩擦加工试样在腐蚀磨损实验中的摩擦系数更稳定,OCP条件下,具有细小等轴晶组织的搅拌摩擦加工Ti-6Al-4V合金的摩擦系数最低,磨损率较原始试样低20%。片层组织特征Ti-6Al-4V合金因微观力学性能各向异性而影响对磨球的行进路线,犁沟较混乱。原始样品的磨损机制主要为磨粒磨损和腐蚀磨损,搅拌摩擦加工后,样品在模拟海水中的磨损机制为磨粒磨损、分层磨损和腐蚀磨损。结论等轴细晶组织Ti-6Al-4V合金在模拟海水中表现出低的磨损率和低的摩擦系数,该组织特征具有最优的耐腐蚀磨损性能。     

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。     

Ti-6Al-4V合金高温氧化行为及显微组织研究

分析了Ti-6Al-4V合金在900 _oC,930 _oC,960 _oC温度下的氧化行为及表层显微组织变化。在0.5-24 h时间内,氧化层不断增厚,越靠近表面氧化层越疏松。氧含量在氧化层/富氧层界面的5 μm内发生急剧下降,进入富氧层后缓慢下降直到稳定。氧化层中以TiO₂为主,同时也出现了Al₂O₃。富氧层中的a相含量远远高于基体内部,其晶粒尺寸也发生长大。富氧层深度与热暴露时间的关系可用对数函数描述,通过线性回归分析计算出了O在富氧层中的扩散激活能为206 kJ/mol。     

TC4钛合金激光拼焊接头显微组织及力学性能分析

文中系统分析了TC4钛合金激光拼焊接头的显微组织与力学性能.结果表明,TC4钛合金激光焊缝组织为粗大的柱状晶,晶粒内部是针状马氏体交织成的网篮状组织;热影响区组织为α+β+针状α′组织,且分布不均匀,靠近熔合线的区域晶粒更粗大,针状马氏体数量更多分布更密集.0.8 mm厚TC4钛合金薄板拼焊工艺参数为焊接功率1100～1 300 W,焊接速度1.5～3.0 m/min.焊缝力学性能优良,拉伸试样均断裂于离焊缝中心较远的母材上,母材和焊缝断口形貌都显示韧窝断口特征,且焊缝断口韧窝相对更较小.     

氢对Ti-6Al-4V合金微观组织的影响

采用累计流量法对供应态Ti-6Al-4V合金进行了固态置氢,运用OM、XRD、TEM分析等方法研究了Ti-6Al-4V合金固态置氢后的微观组织状态及演变过程。结果表明:供应态Ti-6Al-4V合金的置氢量低于0.30%(质量分数,下同)时,置氢使得Ti-6Al-4V合金中的α相减少、β相增加;置氢量达到0.30%时,置氢Ti-6Al-4V合金中有δ氢化物(TiH2相)形成;β-Ti(H)共析转变生成α-Ti和δ氢化物时主要以切变方式进行;置氢Ti-6Al-4V合金的相变温度最多下降了180°C,与Ti-6Al-4V合金在置氢过程中的相体积比变化和共析转变有密切关系。