不同状态V-5Cr-5Ti合金的拉伸性能及其强化机制研究

通过对热锻开坯后V-5Cr-5Ti合金开展冷轧变形和热处理实验,利用万能试验机、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)研究了V-5Cr-5Ti合金的拉伸性能及其强化机制。结果表明:V-5Cr-5Ti合金冷变形后,位错密度急剧增加,合金在拉伸应力-应变曲线中屈服现象消失,1000℃×1 h热处理后,由于位错受到气团的钉扎作用产生明显的屈服现象。冷变形后V-5Cr-5Ti合金的屈强比急剧升高,变形量为40%时,合金的屈强比为0.99。1000℃×1 h热处理后合金屈强比上升缓慢,当变形量为80%时,合金的屈强比显著升高,由0.70上升到0.79,其中80%冷变形V-5Cr-5Ti合金退火热处理后抗拉强度、屈服强度和延伸率平均值分别为487.3 MPa,382.7 MPa和26.2%。V-5Cr-5Ti合金在冷变形过程中,位错增殖迅速,强度急剧升高,合金强化机制以形变强化为主;1000℃×1 h热处理后,合金发生再结晶转变,形变强化效果消失,合金强化机制以细晶强化和第二相强化为主。     

V-5Cr-5Ti合金热压缩模拟实验分析

在Gleeble1500热模拟材料试验机上对铸态V-5Cr-5Ti合金进行恒定应变速率热压缩模拟实验。研究了在1100～1250℃温度范围、应变速率为10.s-1和应变量分别为20%,30%,40%和50%条件下,铸态合金热压缩过程中的变形规律和热压缩后宏观形貌与组织的变化。通过分析不同压缩工艺条件下合金的应力-应变曲线和热压缩变形后的宏观形貌与微观组织,确定V-5Cr-5Ti合金的热压缩变形温度和变形量,进而制定出合金合理的锻造工艺,并通过生产实践验证了该锻造工艺。结果表明:V-5Cr-5Ti合金热锻造温度在1150～1250℃范围内,变形量控制在30%以内,可以得到性能满足需要的合金材料。     

V-5Cr-5Ti合金再结晶规律及其动力学

研究了V-5Cr-5Ti合金在900～1100 ℃之间的再结晶规律, 概括了V-5Cr-5Ti合金的再结晶动力学机制. 结果表明, 合金冷变形板材在950～1050 ℃下退火处理, 可获得细小、均匀的等轴晶; 初步推导了V-5Cr-5Ti合金再结晶动力学机制, 符合Avrami-Erofeev形核长大机制; 并计算了V-5Cr-5Ti合金再结晶激活能Q_r, 其值为261.91～289.67 kJ· mol~(-1).     

稀土元素钇对粉末冶金制备V-5Cr-5Ti合金微观组织的影响

采用粉末冶金方法,制备含不同质量分数钇(0%,0.5%,1%,2%)的V-5Cr-5Ti合金。利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等分析稀土元素钇对V-5Cr-5Ti合金显微组织的影响。结果表明添加钇能够显著改善钒合金微观组织结构,使晶粒细化;可有效消除粗大富钛条状第二相,而析出尺寸约为3μm的富钇颗粒,富钇颗粒分布于晶粒内部和晶界处,但以晶粒内部为主。     

V-5Cr-5Ti合金的热变形行为及加工图

采用Gleeble-1500热模拟试验机对V-5Cr-5Ti合金进行了热模拟压缩试验。研究了V-5Cr-5Ti合金在变形温度为1373~1493 K、应变速率为0.1~30.0 s-1工艺条件下的流变行为,建立了合金高温变形的流变应力模型和加工图,并观察了合金变形后的金相组织。研究结果表明:流变应力和峰值应变随变形温度的降低和应变速率的提高而增大。以热模拟压缩试验为基础,通过对真应力-应变曲线的分析与计算得到了V-5Cr-5Ti合金的热变形激活能Q值为468.25 k J·mol-1,建立了V-5Cr-5Ti合金高温变形的流变应力模型。同时,建立了描述V-5Cr-5Ti合金热加工性能的热加工图,其由3部分组成,即Ⅰ变形安全区,Ⅱ变形安全区以及流变失稳区,其中流变失稳区呈对角线连续分布。在绘制、分析V-5Cr-5Ti合金的热加工图的基础上,结合组织分析得出,V-5Cr-5Ti合金最适合在Ⅱ变形安全区内采用液压机进行变形加工。     

热处理对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al合金组织和性能影响

通过扫描电镜(SEM), 光学显微镜(OM)和X射线衍射分析(XRD)等对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al(Ti5523)合金棒材分别经固溶和固溶时效处理后得到的微观组织, 相含量等进行分析, 结合性能数据, 分析了微观结构对性能的影响. 研究发现, 在720 ℃固溶0.5 h, 并在540 ℃时效6 h后, 获得了一种规则的垂直有序排列的亚结构, 这种网篮状亚结构起到了组织细化的作用, 从而使得断面收缩率非常高. 研究还发现, 两相区固溶后析出相不仅使得强度提高, 对材料的塑性也有贡献.     

退火对V-4Cr-4Ti合金微观组织结构的影响

为了解高温退火前后V-4%Cr-4%Ti(记为V-4Cr-4Ti,下同)合金微观组织结构的变化,将合金在1000～1400℃,1×10-2Pa条件下退火不同时间(1h或3h)后,利用透射电子显微镜(TEM)分析了退火前后合金中位错、层错及孪晶的形态。分析结果表明,铸态合金中含有少量的层错和孪晶,但位错密度较高。高温退火后合金中的位错密度降低,层错、扩展位错的密度增加。孪晶密度随退火温度和退火时间的增加而增加。1200℃退火合金中的层错呈现规则的平行排列,层错使得基体衍射点发生分裂;孪晶的孪生面为钒的{211}晶面。在1300℃/3h退火合金中观察到了由大量微孪晶和位错组成的类"马氏体"结构。     

Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al合金中的冲击相变研究

利用Hopkinson压杆装置,对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al(TB10)合金进行高速冲击试验,采用光学显微镜和透射电镜分析其冲击相变与动态承载能力之间的关系.结果表明,显微组织状态对绝热剪切敏感性影响很大,在相同的应变率条件下,两相区固溶+时效、两相区固溶+双重时效的TB10合金试样中均可观察到明显的绝热剪切带...     

Ti-5Mo-5V-5Al-1Cr-1Fe合金热处理工艺研究

研究了热处理工艺对Ti-5Mo-5V-5Al-1Cr-1Fe合金两个规格的棒材显微组织和力学性能的影响，探讨了它们之间影响的规律。研究发现，强化热处理后的组织使棒材具有高强度，而室温塑性较低；退火后的组织使棒材具有最高的塑韧性，而强度稍低；两阶段退火的组织使棒材具有最佳的综合力学性能。     

V5Cr5Ti合金的高温拉伸性能及其断口特征

采用真空自耗重熔法制备了V5Cr5Ti合金,测试了V5Cr5Ti合金的高温拉伸性能,分析了高温拉伸断口的宏观、微观形貌,探讨了钒合金的断裂机理。结果表明：随温度升高,V5Cr5Ti合金的强度性能下降,塑性性能先降低后升高;在700～900℃,V5Cr5Ti合金仍具有良好的强韧性综合性能;其高温断口特征表现为韧性断裂为主,韧性和脆性特征共存的现象。     

Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al合金热压缩变形行为

对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金进行等温压缩实验,变形温度范围为923～1123 K,应变速率为0.001～1 s<'-1>.分析表明该材料的流变应力对温度与应变速率敏感:当变形温度为923～1023 K时,流变应力曲线呈现动态再结晶曲线特征;当变形温度为1073 K时,低应变速率(0.001s<'-1>)的流变应力曲线呈现动态再结晶曲线特征,高应变速率(0.01-1 s<'-1>)的流变应力曲线呈现动态回复曲线特征;当变形温度为1123 K时,流变应力曲线呈现动态回复曲线特征;峰值流变应力随着变形温度的升高而下降,且下降速率随着温度升高而降低;峰值流变应力随着应变速率的升高而升高,升高速率在923～1023 K范围内随着应变速率升高而下降,在1073 K时随着应变速率升高而升高,在1123 K时随着应变速率升高无变化.Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金在等温压缩变形时的流变行为可用包含Zener-Holomon参数的Arrhenius本构方程描述,变形激活能为789 kJ·mol-1.     

高强Al—Li合金的高温拉伸性能

研究了一种高强Ａｌ－Ｌｉ－Ｃｕ－Ｍｇ－Ｚｒ合金薄板材料，在１００￣２５０℃时的高温拉伸性能和高温变形特征。实验结果表明，合金在２００℃拉伸时屈服强度可达室温屈服强度的７０％以上，显示出良好的高温拉伸性能。高温变形时的强化与被切割的δ＾９粒子，重新恢复有序结构以及热激活形成的交滑移障碍有关。随着变形温度提高，时效前的预变形引起的强化作用减弱。高温变形时，形成以位错网络和胞状亚结构为特征变形组织。     

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定V-4Cr-4Ti合金中铬和钛

作为核反应堆材料的钒铬钛合金要求严格控制成分符合V-(3%~5%)Cr-(3%～5%)Ti的比例关系,通常采用滴定法逐一测定合金组分铬、钛含量,操作繁杂周期较长。使用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定V-4Cr-4Ti合金中铬和钛,满足快速高效同时测定钒铬钛合金中铬和钛的需要。重点研究了在钒铬钛三元合金共存体系下基体元素钒以及铬、钛相互之间的光谱干扰和基体效应,完成了对铬、钛的20余条主要谱线的光谱干扰试验和分析,最终优选了灵敏度适宜、未受共存组分光谱重叠干扰的铬、钛分析谱线;实验表明钒基体效应和连续背景叠加对测定产生正干扰,方法采用基体匹配和同步背景校正消除其影响。方法优化了仪器工作条件以及各分析谱线的积分区域、背景校正区域等检测条件。验证实验表明:铬和钛的检测范围为2.50%~6.00%,校准曲线线性相关系数大于0.9992。按照实验方法测定两个V-4Cr-4Ti合金样品中铬和钛,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=8)小于0.70%;加标回收率为98%~102%;按照实验方法测定4个钒铬钛合金样品中铬、钛,与标准方法GB/T 4698.10—1996和YS/T 514.1—2009采用氧化还原滴定法分别测定铬和钛的测定值相吻合。     

热等静压温度对V-4Cr-4Ti/HR2钢连接界面及性能的影响

以AuNi合金作为过渡层材料,采用热等静压(HIP)方法进行V-4Cr-4Ti/HR2钢(SS)扩散连接.利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)及剪切试验分析了接头的扩散层显微组织、微区成分和力学性能.研究表明:采用AuNi过渡层材料,能够实现V-4Cr-4Ti/HR2的扩散连接;HIP温度为850℃时,接头质量良好,其剪切强度为39MPa;V、Fe、Ni等主要元素的平均扩散深度为20μm左右;在SS侧,扩散层较为均匀,在V-4Cr-4Ti侧,形成了Au的富集层和NixVy的富集层,两层呈相互交替的层状分布.     

M5合金的高温低周疲劳性能研究

M5合金是一种适用于高燃耗组件的新型锆合金,主要用作燃料棒包壳、端塞、导向管和定位格架材料。采用棒材试样,对M5合金在375℃温度下进行了5个应变水平的低周疲劳实验,应变比R=-1。对合金的循环响应特征进行了分析,并根据实验数据拟合出了疲劳寿命曲线和方程。用扫描电镜分析了低周疲劳样品的断口,讨论了合金的低周疲劳断裂特征。结果表明,在循环变形过程中,M5合金表现出了明显的硬化、饱和、软化阶段,其中饱和阶段所占比例较大,而硬化和软化阶段所占比例较小;其循环应变寿命特性遵循Coffin-manson关系;疲劳裂纹均起源于试样表面,且存在有多个裂纹源,断裂区布满发达的韧窝,属于明显的韧性断裂。     

DD407单晶高温合金760℃拉伸性能的各向异性

研究了具有[001]、[011]和[111]取向以及[001]附近取向的DD407单晶高温合金经过热处理后,在760℃温度下的拉伸性能。结果表明,该合金具有明显的拉伸性能各向异性：[001]取向上表现出了最高的屈服强度和抗拉强度;当取向逐渐偏离[001]时,强度开始降低,但在相同的偏离角度内,偏向[111]取向的试样具...     

Ti-44Al-5V-1Cr-0.3Ni-0.1Hf-0.15Gd合金的微观组织和拉伸性能

针对变形量达86%的锻造Ti-44Al-5V-1Cr-0.3Ni-0.1Hf-0.15Gd(原子分数,%)合金,对其进行热处理获得近层片组织,研究变形合金及其近层片组织的微观组织特征,并进行了室温、700℃和800℃拉伸实验.组织观察发现,近层片组织由层片团、分布于层片团界的β相以及弥散分布于基体的椭圆状Gd析出物组成.层片团的平均尺寸为40μm,层片组织、β相和Gd析出物的体积分数分别为93.73%、5.25%和1.02%.拉伸结果显示,室温下合金试样的平均抗拉强度为865MPa,平均延伸率可达4.17%,700℃时其平均抗拉强度和延伸率分别为643MPa和22%.Ti-44Al-5V-1Cr-0.3Ni-0.1Hf-0.15Gd合金不仅具有与高β相TiAl合金相当的塑性变形能力,且室温塑性也得到显著提高,这主要归因于β相体积分数的下降和Gd化合物对微观组织室温塑性的贡献.     

Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb合金的热变形行为及热加工图

基于等温恒应变速率热压缩实验,探究了新型Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb合金在变形温度700～900℃、应变速率0.001～1.000 s-1条件下的热变形行为.通过真应力-真应变曲线分析了变形参数对合金力学性能的影响规律,选用修正的Arrhenuis双曲正弦函数模型推导了耦合应变的本构方程,基于动态材料模型...     

微织构对Ti150合金锻件拉伸性能的影响

利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等研究了Ti150合金锻件3个典型位置处的显微组织、微织构和拉伸性能。结果表明，锻件心部存在强微织构，表现为由晶体取向相近晶粒组成的条带状“宏区”,边缘和弧面等靠近外轮廓区域的微织构较弱；微织构较强区域的β转变组织内次生α相呈平行排列的集束状，而微织构较弱区域的次生α相呈编织排列；条带状“宏区”和β转变组织中的集束状次生α相均相当于粗大晶粒，增大了位错滑移距离，界面强化效应减弱，导致锻件心部的强度明显低于靠近外轮廓的区域。     

Re含量对单晶高温合金组织和拉伸性能的影响

为优化一种单晶高温合金中的Re含量,在真空定向凝固炉中制备了3%Re和5%Re的镍基单晶高温合金,热处理后分别在980 ℃长期时效400、800、2 000 h,测试合金热处理后1 100 ℃拉伸性能,采用JMatPro软件计算了合金相图,通过光学显微镜、扫描电镜和能谱仪研究Re含量对合金枝晶组织,热处理组织和980 ℃时效400、800、2 000 h的组织和1 100 ℃拉伸性能的影响。结果表明,随着单晶高温合金中Re含量增加,一次枝晶间距轻微减小,共晶的体积分数升高;γ′相尺寸下降,立方化程度增加;不同Re含量合金时效800 h后无TCP相析出,时效2 000 h后有TCP相析出,随着Re含量增加,TCP相析出量增加。合金组织稳定性随着Re含量增加而降低。随着Re含量增加,合金的高温拉伸性能显著提高。