厚壁Gr.3钛管轧制工艺研究

设计了两种氧含量的Gr.3管材,并按照Gr.3厚壁钛管的变形工艺,截取各道次加工过程中管材的变形锥体,依据一定的规律截取锥体上不同部位的断面,检测断面的显微硬度并得到不同氧含量管材的硬度在整个变形过程中的分布曲线,对照各个部位的显微组织,分析了硬度分布曲线与轧制变形过程之间的规律及相互关系,发现当变形量在10%～20%以下时,断面上的硬度有较大差异,氧含量越低,该现象越明显;氧含量的提高加大了断面上沿壁厚方向变形的不均匀影响,厚壁Gr.3管材在变形过程中,其变形量应大于35%,送进量宜小,曲线尤其是内孔曲线平缓对管材质量的提高有帮助。     

厚壁Gr.3钛管轧制工艺研究

设计了两种氧含量的Gr.3管材,并按照Gr.3厚壁钛管的变形工艺,截取各道次加工过程中管材的变形锥体,依据一定的规律截取锥体上不同部位的断面,检测断面的显微硬度并得到不同氧含量管材的硬度在整个变形过程中的分布曲线,对照各个部位的显微组织,分析了硬度分布曲线与轧制变形过程之间的规律及相互关系,发现当变形量在10％～20％以下时,断面上的硬度有较大差异,氧含量越低,该现象越明显;氧含量的提高加大了断面上沿壁厚方向变形的不均匀影响,厚壁Gr.3管材在变形过程中,其变形量应大于35％,送进量宜小,曲线尤其是内孔曲线平缓对管材质量的提高有帮助.     

Gr.12钛管加工工艺研究

采用相同模具不同挤压工艺、相同挤压工艺匹配不同的模具硬度及表面粗糙度制取Gr.12钛管坯,对挤压后管坯内壁有缺陷部位进行了SEM、EDS分析;将不同轧制工艺制备的管材进行超声探伤、矫直对比分析。发现管坯内壁有缺陷部位存在钛/铜共晶现象;当模具硬度HRC≤35、表面粗糙度Ra≥1.6μm时,挤压后的管坯表面质量不稳定;当采用单铜包套挤压制取管坯时,挤压针的硬度下降较快,管坯内壁质量较差;挤压制坯时采用内孔铜/钢双包套,挤压温度760～790℃,挤压比不大于18时,可以稳定地得到表面质量较高的Gr.12管坯,挤压针的硬度下降较为平缓。当在管坯开坯前预先对管坯进行Q≤0.1、ε≤35%的加工,然后再进行轧制且轧制时道次间的变形量不大于52%时,可以得到表面质量较好的成品管材。按照以上工艺进行批量加工时,管材轧制及矫直时的裂纹发生率≤1‰,其无损超声检验合格率可以达到95%以上。     

高标准纯钛(Gr.2)斜轧穿孔管的冷加工技术

介绍了工业纯钛(Gr.2)斜轧穿孔无缝管的生产试制情况,并对生产中遇到的问题进行分析,重点讨论斜轧管冷加工过程中Q值对管材内表面质量的影响及管材镗孔问题.结果表明:在进行斜轧管冷加工时,选取合适的Q值,并且在靠近成品的加工道次进行镗孔,不仅可以有效地去除内表面微裂纹,而且能够保证成品质量.     

原始晶粒尺寸对ECAP变形纯钛组织性能的影响

室温下,对923 及1023 K退火1 h所得的不同原始晶粒尺寸的工业纯钛进行ECAP变形。通过TEM、EBSD、室温拉伸和显微硬度测试研究原始晶粒尺寸对ECAP变形纯钛组织性能的影响。探讨纯钛ECAP变形孪生行为和变形机制。结果表明,退火温度越高,原始晶粒尺寸越大。1道次变形后,1023 K退火纯钛的晶粒细化效果更显著。4道次变形后,923 K退火纯钛的组织更细小均匀。随着变形道次的增加,屈服强度不断增大,1道次变形后增幅最大,约为100%,且原始晶粒尺寸越大,强度增幅越大。纯钛ECAP变形机制包括位错滑移和孪生,原始晶粒尺寸越大,孪晶数量越多。     

室温等径弯曲通道变形工业纯钛的组织及性能研究

采用两通道夹角Φ=120°,外圆角Ψ=20°的模具,在室温下成功实现了工业纯钛单道次等径弯曲通道变形（ECAP）,并对变形试样进行（200～500）℃×0.5h退火,研究了试样显微组织和力学性能。结果表明,工业纯钛经单道次ECAP变形后,组织内存在大量的形变孪晶;晶粒碎化成板带状组织;屈服强度和显微硬度显著提高,并保持了足够的塑性;退火温度低于300℃时,显微硬度下降缓慢;高于300℃时,显微硬度显著下降。     

表面强化对工业纯钛显微组织的影响

工业纯钛经喷丸,滚压强化后,疲劳强度得到不同程度的提高,逐层TEM亚结构对比分析结果表明,工业纯钛疲劳强度的提高和强化层组织中孪晶的形成有关,工业纯钛疲劳前后组织中主要是位错数量的变化,而强化试样疲劳前后组织的结构既有位错,孪晶数量的变化,又有孪晶－晶界,孪晶－孪晶之间的交互作用,喷丸较滚压强化效果显著的部分原因是表层形成了准孪晶栅栏。     

Gr.38钛合金的退火工艺

对锻造及轧后的Gr.38钛合金棒材取样进行不同工艺的退火处理,对退火后的组织、力学性能和断口形貌进行测试与分析。结果表明,在930～950 ℃保温1 h后空冷（或水冷）,Gr.38合金能获得较高的强度和塑性,综合力学性能良好。830 ℃保温1 h空冷,Gr.38合金的屈服强度低,有利于材料的后续加工。     

变形量及热处理对高标纯钛管材组织与性能的影响

对高标Gr.2(TA2)纯钛管材冷加工变形量及热处理温度对室温力学性能及显微组织的影响进行分析。结果表明:冷加工变形量为48%时,经500℃热处理,局部出现少量等轴晶,90%以上为加工态组织;经550℃热处理,可获得晶粒尺寸小于5μm的细小等轴晶;冷加工变形量达到60%时,经500℃热处理,可获得晶粒尺寸小于5μm的细小等轴晶;当冷加工变形量为48%、热处理温度选择550~600℃,冷加工变形量为60%、热处理温度选择500~600℃,可获得满意的力学性能及显微组织。     

Effect of Titanium Content on the Microstructure and Mechanical Properties of Tungsten-Titanium Alloy

采用粉末冶金方法制备了4种钛含量分别为0.5%,1.0%,1.5%和2.0%的新型钨钛合金,分析了钛含量对钨钛合金微观组织以及高应变率加载条件下的动态力学性能的影响机理。结果表明,钛颗粒以不同形貌分布于钨合金的镍铁粘结相中,钛颗粒直径是影响钛颗粒微观形貌的主要因素。当钛颗粒直径大于20μm时,钛颗粒中存在大量微观孔洞。钛颗粒在粉末冶金液相烧结过程中没有发生熔化以及溶解现象,但与钨颗粒和粘结相的界面结合较好。霍普金森压杆动态压缩实验结果表明,当动态加载应变率为3700s-1时,钛含量为0.5%的钨钛合金具有较高的动态压缩屈服强度,而当钛含量由1.0%增加到2.0%时,动态压缩屈服强度减小趋势减缓。钛含量为2.0%的钨钛合金在高应变率加载条件下,在于轴向成45°方向上出现绝热剪切带。在绝热剪切带内部,钛颗粒发生伸长变形并且钛颗粒中的微观孔洞相互连接导致钛颗粒碎化。由于钛具有较低的导热率,与钛相连的钨颗粒热软化区温度身高幅度要高于常规钨-镍-铁合金,热软化效应加剧导致钛元素的加入以及含量的增加提高了钨合金的绝热剪切敏感性。     

Ti-Al-Cr两相钛合金的组织与性能研究

研制了一种Ti-Al—Cr两相钛合金。实验用合金采用真空自耗电弧熔炼,在α＋β两相区锻造成60mm-60mm的方棒。用金相法测试合金相变点为（970±5）℃。为了解热处理制度对合金显微组织和力学性能的影响,合金经过4种工艺制度进行热处理。用金相显微镜观测了不同热处理制度下的组织特征,并测试其力学性能。研究结果表明,相变点以下固溶处理得到双态组织,随着固溶温度的升高,初生α相含量减少,合金强度升高,塑性呈下降趋势。β固溶处理后得到魏氏组织,合金强度和韧性匹配高于相同热处理条件TC4合金水平。     

Ti-3Zr-Mo-15Nb医用钛合金的显微组织及力学性能

采用DSC和XRD检测并分析了Ti-3Zr-Mo-15Nb钛合金的相转变规律,结合金相显微镜、TEM和拉伸测试,系统研究了加工工艺、热处理制度对该合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,Ti-3Zr-Mo-15Nb合金在α+β区加工,经固溶处理得到细小的等轴晶。合金经β相区淬火后形成了一种亚稳斜方马氏体α″相。低温时效处理后,α″相部分分解为α相,且随时效温度升高而完全分解为α相。250 ℃时效的合金综合力学性能与人体骨骼最为接近,可达到高强度、低模量、高塑性的最佳匹配。微观组织分析表明,少量的α″斜方马氏体、α马氏体和一定数量的位错相互作用,可得到较低的弹性模量和较高的塑性,而大量交叉的细小针状α马氏体对合金的综合生物力学性能有明显的贡献。     

热处理制度对TB3钛合金组织及性能的影响

研究了热处理制度对TB3钛合金组织及力学性能的影响.结果发现,TB3钛合金经800～820℃固溶后,室温拉伸时合金具有较高的强度和优异的塑性,且随固溶温度的升高,强度降低,塑性增加;固溶并时效后合金具有很高的强度及较好的塑性,且随时效温度的升高,合金强度显著降低、塑性增加.     

TC4钛合金摩擦焊接头的力学性能及显微组织

对钛合金TC4（Ti-6Al-4V）摩擦焊接性能进行了较详细的试验分析。结合摩擦焊接参数的优化选择,叙述了该合金摩擦焊接过程的特点,讨论分析了其焊接接头的力学性能及焊合区的显微组织结构。试验结果表明,该合金具有良好的摩擦焊接性,在无特殊保护措施的条件下,优化工艺,可获得良好的焊接接头。由于TC4钛合金导热系数小,热塑性高,容易氧化,摩擦焊亦选用较小的规范参数。焊合区硬度略低于母材,拉伸度样断于母材,拉伸、冲击断口均表现出明显的韧性断裂特性。力学性能数据表明,用优化的规范参数,TC4钛合金可获得等强、等韧甚至超强、超韧于母材的摩擦焊接接头。TC4钛合金摩擦焊接接头焊合区组织为细密的网蓝状组织,焊合区与母材过渡区为双态组织。     

尿素作为造孔剂制备泡沫钛的结构和力学性能

采用针状尿素作为造孔剂,在造孔剂含量介于60%~80%的情况下进行了泡沫钛的制备。通过造孔剂技术成功地制备出孔隙率介于50.2%~71.4%的泡沫钛。扫描电镜结果表明,孔的连通程度随着造孔剂含量的增加而增加,当造孔剂含量超过70%时形成开孔泡沫钛。力学性能测试结果表明,力学性能随着孔隙率的增加而减小,试样的屈服强度、抗压强度和杨氏模量分别介于34.4~146.8 MPa、40.6~193.2 MPa和0.5~3.3 GPa。孔隙率为50.2%和71.4%的泡沫钛的杨氏模量分别匹配于皮质骨和松质骨的模量,理论上可作为潜在的骨替代材料。     

时效工艺对TB3钛合金丝材组织及力学性能的影响

研究了双重时效、单重时效工艺对?3.9 mmTB3钛合金丝材组织及力学性能的影响。结果表明:TB3钛合金丝材在(α+β)/β转变温度以上固溶处理并经双重时效处理时,随二次时效温度升高,合金强度降低而塑性提高,时效析出的α相变得粗化且分布不均匀;经520~550℃单重时效处理16 h时,随时效温度升高,合金强度降低而塑性升高;与双重时效处理相比,单重时效的合金强度高而塑性略有降低,α相数量增加且分布更为均匀。     

Ti-xCr-yCu钛基材料的制备及组织性能研究

研究了Al-Cu-Li-(0.35Mg)-(0.2In)合金的拉伸性能、时效析出相类型及其分布。T6峰时效时,Al-Cu-Li合金的时效析出相为T1(Al2CuLi)和?? (Al2Cu)相。添加0.2%In时,T6态时效早期形成许多方块状的立方相Al5Cu6Li2,且随时间延长其尺寸保持稳定;同时,可促进? ?相析出;相应合金的时效响应加速,强度提高。同时添加In和Mg可抑制Al5Cu6Li2相析出,但促进T1相析出。In和Mg的复合微合金化效果小于2050铝锂合金中Ag和Mg的复合微合金化效果,因而In+Mg复合微合金化铝锂合金T6态强度低于Ag+Mg复合微合金化的2050铝锂合金。T8态时效时,时效前预变形产生的位错抑制了In元素单独添加和In+Mg复合添加的微合金化效果。     

ECAP对SLM纯钛组织演变和力学性能影响

等通道转角挤压（equal channel angular pressing,ECAP）成功对选择激光熔化（selective laser melting, SLM）制备的纯钛进行了改性处理。采用两通道夹角Φ=120°,ψ=20°的模具,在室温下对SLM制备的纯钛进行单道次变形改性处理,并对其显微组织和力学性能进行了评价。结果表明：SLM+ECAP纯钛试样组织细化,晶粒尺寸由13 μm减小到7 μm,位错密度增加。ECAP变形过程中,孪生和连续动态再结晶同时存在,拉伸与压缩孪晶的出现和位错密度的增加共同促使SLM+ECAP纯钛试样显微硬度增加了13%,屈服强度和极限抗拉强度分别提高了18%和20.4%,而延伸率略有减小。     

聚碳硅烷原位自生增强钛基复合材料的组织及性能研究

以低氧氢化脱氢钛粉和陶瓷先驱体聚合物聚碳硅烷(PCS)为原料,通过粉末冶金工艺原位自生制备高强高塑钛基复合材料,探究了PCS的引入对钛基复合材料的控氧效果、烧结致密化过程、基体显微组织和力学性能的影响规律。研究表明：采用湿混包覆工艺可以将PCS包覆于Ti粉表面,有效控制材料制备过程中的氧增,其中制备的Ti-1.0 wt.% PCS复合材料的氧含量为0.21~0.24 wt.%,显著低于未经处理的CP-Ti样品(0.36~0.41 wt.%)。在烧结过程中,PCS受热分解并与Ti基体原位反应生成TiC颗粒,弥散分布在基体中,而Si元素则固溶于Ti基体。PCS的引入对Ti基体的性能具有明显的改善作用,经1200 °C/2 h烧结制备的Ti-1.0 wt.% PCS复合材料致密度达到98.4%,洛氏硬度为47.3 HRC,屈服强度为544 MPa,抗拉强度为650 MPa,延伸率为14.5%,其综合性能指标显著优于CP-Ti样品。