晶体织构对Ti-6Al-4V合金恒温β晶粒生长动力学影响

~~晶体织构对Ti-6Al-4V合金恒温β晶粒生长动力学影响@蔡学章     

退火处理对梯度多孔Ti-6Al-4V合金组织和力学性能的影响

利用电子束逐层熔化(Additive manufacture-electron beam melting, AM-EBM)快速成型技术制备了孔隙率分层状梯度分布的Ti-6Al-4V合金,研究了退火处理对梯度多孔材料组织和力学性能的影响。结果表明,该梯度多孔材料孔壁组织为α’片层组织,片层之间有极少量的β相;其有效抗压强度、弹性模量为各均匀组分强度与模量的权重平均值。梯度多孔材料各层界面处容易产生应力不均,使其强度降低。在950_oC退火处理1h后,α相片层明显粗化,孔梁塑性提高,但有效弹性模量和抗压强度略有降低,优化了层状多孔材料的力学性质。     

固溶时效对β型Ti-4Al-22V合金硬度的影响

研究了时效对β型Ti-4Al-22V合金硬度的影响，结果表明：经不同固溶温度及时间的时效处理，使合金得到了明显的弥散强化，合金HRC硬度高达43。     

Ti-6Al-4V合金锭的电子束冷床炉熔炼

1998年 ,东邦钛公司在日立工厂安装了 2 0 0 0kW电子束冷床炉 (EBCHM ) ,这是日本国内首台专用于钛熔炼的电子束冷床炉 ,已经开始熔炼纯钛 ,以生产薄板、厚板、棒材等 ,原料主要用海绵钛、车屑及各种钛残料的混合料 ,铸型为 6 75mm×1370mm ,70 0mm× 10 0 0mm 2种四角型水冷铜坩埚 ,铸锭重量分别为 10t和 8 5t。EBCHM炉由于Al等元素与钛的蒸气压差异大 ,因此 ,成分控制困难 ,过去没有用于钛合金的熔炼。但EBCHM炉能充分利用残料 ,有效防止高密度夹杂 ,凝固偏析小 ,铸锭质量好 ,为此 ,东邦钛公司从2 0 0 1年开始着手开发用于钛合金的…     

置氢对Ti-6Al-4V合金高温塑性变形的影响

利用XRD分析了置氢Ti-6Al-4V合金的相组成,应用Gleeble等温热模拟试验研究了置氢量对Ti-6Al-4V合金高温塑性变形的影响,计算了不同置氢量钛合金的变形激活能。结果表明：随置氢量的增加,Ti-6Al-4V合金口相含量增加,高温塑性变形的流动应力显著降低呈下凹型曲线变化,即存在一个最小值,应力最小值对应的置氢量随变形温度的升高而降低;置氢可以促进高温塑性变形过程动态软化与硬化的平衡;在相同应力水平下,适量的置氢可使变形温度降低50℃,或应变速率提高一个数量级。置氢Ti-6Al-4V合金变形激活能随置氢量增加呈下降趋势,变形由不受扩散机制控制转变为受扩散机制控制。     

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.     

显微组织对Ti-6Al-4V ELI合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了Ti-6Al-4V ELI合金板材的显微组织对疲劳裂纹扩展速率的影响。用金相显微镜对不同热处理制度下该合金α和β转变组织的变化进行了观察分析。采用MTS-810低周疲劳试验机测试合金的裂纹扩展速率。通过Origin 6.0软件对数据进行处理并绘制裂纹扩展速率（△a／△N）与应力强度因子幅△K的关系曲线。结果表明：在Pairs区范围内，疲劳裂纹扩展速率对双态组织中初生α相含量的多少不敏感，而在近门槛区和快速扩展区，裂纹扩展速率对组织比较敏感；在本实验研究的条件下，细针编织状魏氏组织的da／dN〈平直状片层组织的da／dN〈双态组织的da／dN。     

钨短钎维增强Ti-6Al-4V合金的性能

近年来 ,人们广泛研究了多种用途的新型生物结构材料 ,其关注点放在钛合金上。对生物钛合金的研发有 2个目的 :其一 ,研制具有优异细胞相容性的无钒铝钛合金 ;其二 ,研制与骨骼模量相当的钛合金。日本学者Koganemarn研究了钨短纤维增强Ti -6Al-4V材料的拉伸、抗蚀和细胞相容性 ,总结了规律 ,并对该材料进行了评价。采用粉末冶金技术 ,由Ti -6Al -4V粉末和钨短纤维经热等静压制备成 6-4Ti-W复合材料。经观察 ,6-4Ti -W复合材料的基体为α +β晶粒 ,比较细小 ;钨纤分布均匀 ,在基体 /钨纤维界面处形成一层扩散层 ,是钨扩散所致。将Ti -6…     

Ti-6Al-4V合金的疲劳性能

简要综述了Ti-6Al-4V合金的显微组织和织构对其疲劳性能的影响及其机理.     

氢对Ti-6Al-4V合金组织及超塑变形行为的影响

应用光学显微镜研究氢对Ti-6Al-4V显微组织的影响,并在温度800℃～860℃和应变速率10-3s-1的变形条件下进行超塑拉伸实验。结果表明,随着氢含量的增加,β相的比例提高,且由等轴组织转变为双态组织,随着氢含量的进一步增加,在α相中形成了氢化物;同时,适量的氢可以显著降低Ti-6Al-4V合金峰值应力,置氢0.32wt%H,其峰值流动应力降低了约55%;此外,适量置氢可以显著降低Ti-6Al-4V合金的超塑性变形温度,较原始合金最佳超塑变形温度可降低60℃～100℃,置氢0.11wt%H,在840℃获得了1190%的延伸率,较相同条件下的原始合金延伸率提高75%。文章研究结果可为超塑成形、超塑成形/扩散连接工艺及生产提供优化参考。     

热循环温度对Ti-6Al-4V合金组织和力学性能的影响

对上限温度为500、650、800℃高温短时热循环200次后的Ti-6Al-4V合金室温力学性能和组织进行了研究。结果表明:循环温度对合金强度影响较为明显,循环温度的升高使合金抗拉强度降低;分析认为:温度高于650℃,实验合金组织中β相逐渐分解碎化,β相含量减少和α晶粒逐渐长大是强度降低的主要原因。     

魏氏组织Ti-6Al-4V合金应力松弛行为及机理

利用弯曲应力松弛方法研究了魏氏组织Ti-6Al-4V合金200℃．400℃和600℃时的应力松弛行为，并利用TEM研究了应力松弛前后微观组织变化：宏观热力学参数结合微观组织观察初步探讨应力松弛机理。研究表明：应力松弛开始时应力下降较快．随时间延长．应力下降速率降低．最后趋于应力松弛极限。TEM微观组织观察结果结合表现应力指数分析表明：200℃和400℃应力松弛变形机制为位错蠕变，a型位错滑移：而600℃变形机制则为回复蠕变和原子扩散的共同作用机制．a型和a＋c型或c型均开动．产生滑移和攀移。     

时效温度对Ti-6Al-4V合金组织性能的影响

Ti-6Al-4V合金经940℃固溶1.5 h后水淬,再经过480～540℃时效8 h,加工成标准试样进行拉伸和双剪试验.分析断口形貌和组织,研究时效温度对组织性能的影响.结果表明,时效温度为520℃时,材料的抗拉强度和抗剪强度达到最高值;拉伸试样断口韧窝呈卵形,韧窝较深,但大小不均;室温组织晶界清晰,片层状结构明显.说明通过适当的时效温度,合理控制初生α相的晶粒尺寸,以及次生α相的形态及片层厚度,对改善材料的综合性能有积极作用.     

Ti-6Al-4V合金中的绝热剪切断裂

利用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置在3900s-1应变率条件下对Ti-6Al-4V合金进行动态加载,获得完全分离的断裂试样。使用扫描电子显微镜对试样的断裂特征进行观察。结果表明：试样中出现绝热剪切断裂,试样断口上交替分布着两个不同特征的典型区域（韧窝区及平滑区）。其中,韧窝区由微孔洞形核、长大并最终连接形成,表现出韧性断裂特征。在平滑区观察到超细晶粒（UFGs）,且晶粒间可观察到微裂纹,说明平滑区由微裂纹沿晶界扩展形成,表现出脆性断裂特征。由此可知,Ti-6Al-4V合金在动态加载过程中沿绝热剪切带发生的断裂失效过程不均匀,韧性及脆性两种断裂模式的共同作用导致该合金样品的最终断裂。     

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。     

Ti-6Al-4V合金热加工用无铅玻璃-陶瓷抗氧化涂层研究

制备了一种用于防止Ti-6Al-4V钛合金加热时表面氧化的无铅玻璃-陶瓷涂层材料,并对其相组成及有涂层钛合金氧化层进行了研究。结果表明,加热前涂层主要为玻璃相,加热后有结晶相生成,有利于从钛合金表面除去涂层;有涂层钛合金表面氧化层厚度小。可见,无铅环保型涂层能在500~1000 ℃温度范围内给Ti-6Al-4V合金提供良好的抗氧化保护。     

固溶处理后预变形对 Ti-6Al-4V Alloy时效行为和机械性能的影响

本文研究了固溶处理后预变形对Ti-6Al-4V合金时效行为和机械性能的影响。结果显示在940 °C 和 955 °C固溶处理后进行预变形,可以提高时效过程中第二相α的析出。在940 °C固溶处理后,随着预变形量的增加,时效处理后第二相α含量增加,α相尺寸减小,合金的强度和硬度增加。在时效处理之前进行预变形可以明显提高合金的拉伸强度和硬度,也能同时保持比较好的韧性。相对固溶温度为940 °C来说, Ti-6Al-4V合金在955 °C固溶处理后进行预变形,对于提高合金的强度和硬度的效果不显著。本文采用扫描电镜对不同预变形和时效处理后的合金断口形貌进行了分析。     

Ti-6Al-4V合金等温压缩变形时的温度敏感性指数

研究变形工艺对Ti-6Al-4V合金微观组织演变和温度敏感性指数的影响。等温压缩实验选取的变形温度为1123～1213 K、应变速率为0.01～10.0 s-1、变形程度为30%,50%,70%。结果表明,初生α相晶粒尺寸和体积分数随着变形温度升高和应变速率增加逐渐减小;温度敏感性指数随着变形温度升高和应变速率增加逐渐增大;应变增加时,初生α相晶粒尺寸和体积分数变化不明显,温度敏感性指数减小。     

热连轧Ti-6Al-4V合金的蠕变行为及影响因素

采用热处理、蠕变性能测试及位错组态的衍衬分析,研究热连轧Ti-6Al-4V合金的蠕变行为及影响因素.结果表明:经低于β相变点的固溶处理,合金的组织结构由高固溶度的等轴α相和网篮组织组成;随着固溶温度提高,网篮组织数量增多;经1 000 ℃固溶处理后合金可获得完全网篮组织;与940 ℃固溶时效合金相比,经 1 000 ℃固溶时效合金在420 ℃、575 MPa条件下具有较低的应变速率和较长的蠕变寿命;在试验的温度和应力范围内,计算出该合金的蠕变激活能为249.8 kJ/mol;在蠕变期间,热连轧合金的变形机制是位错在具HCP结构的α相中发生双取向滑移,940 ℃固溶处理合金的蠕变机制是波浪状位错在α相中发生锥面滑移,而经1 000 ℃固溶处理合金的变形机制是<1/2>(111(位错在具BCC结构的β相中发生多系滑移;经1 000 ℃固溶处理合金中所含的高含量富V的β相可提高合金蠕变抗力,这是合金具有较低应变速率和较长蠕变寿命的主要原因.     

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。