固溶和时效温度对TC6钛合金显微组织与力学性能的影响

研究了不同温度的固溶和时效工艺对TC6钛合金显微组织和性能的影响。结果表明:800～840℃固溶后,合金由初生α相和亚稳β相组成,两相随着温度升高而长大,合金强度和塑性略有上升;880℃固溶后,亚稳β相依然保留到室温,然而在拉伸过程中出现应力诱变斜方马氏体α″相,导致双屈服现象;920～960℃固溶后,初生α相减少,大量的细针状斜方马氏体α″相在亚稳β相上析出,强度上升塑性下降;当超过β相变点固溶后,主要由粗大针状六方马氏体α?相组成,强度下降同时拉伸为脆性断裂。对于固溶样品经过不同温度时效处理,主要变化过程是亚稳β相分解为次生α相及其长大,300℃时效后,相比固溶态强度上升但塑性下降,亚稳β相中弥散析出次生α相及少量的ω相;当时效温度升高到400℃,强度继续上升接近最大值但塑性最差;500℃时效后,强度最高然而合金元素充分扩散,塑性得到提升;550℃时效后,强度有所下降但塑性明显提升,此时具有较佳的强塑性匹配;600～700℃时效后,初生α相聚集长大并且含量增加,次生α相在β基体上析出且逐渐长大为层片状,强度下降塑性进一步提升。     

Ti-4.5Al-5Mo-1.5Cr合金中的马氏体相变

确定了合金中的淬火相组成为初生α相,亚稳定β相和斜马氏体α″及六方马氏体α′相。α″马氏体出现于α+β相区淬火合金中,形状为细针状,α′马氏体主要存在于β相区淬火合金中,主要是片状,α′相有平行排列和竹叶状两种形态的孪晶。合金在时效过程中,α″,α′和β三种亚稳定相均分解生成α+β混合物相。时效初期,a″马氏体先转变成α′马氏体,再分解生成α+β混合物相。     

热处理工艺对TC4钛合金组织和性能的影响

研究了不同热处理条件下TC4合金的微观组织和力学性能.结果表明,退火处理后,组织由α相与α相晶粒间弥散的细小等轴状β所组成,强度、硬度降低,韧性提高;在TC4两相区进行固溶处理,初生α相含量减少,形成了针状的马氏体α"组织,β相则由细小的等轴状逐渐转变为层片状,使得合金强度、硬度提高,伸长率呈下降趋势;时效处理后,针状的马氏体α"和亚稳态的β相将发生分解,转变成稳定的弥散的α相和β相,使合金综合性能得到改善.     

热处理工艺参数对TC4+TC17线性摩擦焊接头微观组织的影响

在前期焊接试验参数优化基础上,对TC4+TC17钛合金进行线性摩擦焊,焊后进行不同温度的热处理,并利用光学显微镜、扫描电镜等对不同状态接头组织进行对比分析。结果表明,焊态下接头焊缝为典型动态再结晶组织,热力影响区由于热输入较小,以变形组织为主。585℃×3h热处理后焊缝TC4侧形成弥散的α+β相,细小的针状α相从亚稳态β相析出。热力影响区变形的α相在长度和宽度方向都长大,相界较焊态下更清晰;TC17侧形成细小片层状α相、针状次生α相和β相,次生针状α相沿初生α相析出。热力影响区亚稳β相分解,析出针状次生α相;热处理温度升高到685℃,接头组织的析出相长大粗化,组织趋于稳定。     

TC21合金低温时效过程中的马氏体分解机制

采用透射、X射线及显微硬度分析等方法,研究了TC21合金中淬火马氏体在长时间低温时效过程中的组织演变及马氏体分解机制。研究表明,淬火态TC21合金在400～450℃进行长时间等温处理后,易获得弥散分布的颗粒状α相,显著提高合金性能,而α相颗粒的形核与马氏体中层错的分布密切相关。正交马氏体在低温时效过程中的具体分解方式为α→α+α富→α+β亚稳→α+β。进一步提高时效温度或时效时间α相颗粒将粗化为片层状,降低合金强度。     

冷却速率对TC21合金超塑变形后显微组织影响

对TC21钛合金进行超塑性拉伸和三重热处理试验,研究了TC21合金超塑变形后冷却速率对相变及显微组织的影响。结果表明,第一重热处理冷却速率对显微组织影响最大;当炉冷时α相由β晶界向晶内生长形成魏氏组织,当水冷时形成大片针状α″相互正交的马氏体片层,当空冷时由β晶粒中析出弥散细小的α″相。第二重热处理的冷却速率主要影响次生α相形貌;当炉冷时次生α相形成片层较细薄的魏氏组织,只有当空冷时次生α相才能在弥散细小的α″析出物上形核并生长为大量平行针状α丛互相交错的网篮组织。     

时效温度对激光选区熔化TC21钛合金微观组织及硬度的影响

SLM成形TC21钛合金经不同温度时效处理后进行显微组织观察和硬度测试,较为系统地探究了时效温度对其组织和硬度的影响。结果表明,时效温度较低时,随着温度的升高,次生α相呈弥散针状析出,且随着温度升高弥散度增大,同时β析出相体积分数也随着温度的升高而增加。时效温度过高时,次生α相粗化,形成尺寸较大的片状α相,强化效果下降。当时效温度为450 ℃时,所得SLM成形TC21钛合金的显微组织最为弥散、均匀,硬度达到最大值575 HV5,较熔凝态硬度提高43.3%。因此,时效温度应控制在450 ℃。     

BT14钛合金固溶时效后的显微组织与力学性能

研究BT14合金经固溶淬火时效后的显微组织与力学性能.试验结果表明,在450℃～550℃区间短时间时效,可得到良好的强化效果.随时效时间的延长,材料的硬度和强度升高,达到峰值后转而下降.时效温度越高,时间越长,塑性下降的幅度越大.本试验获得的最佳热处理工艺为:900℃/0.5h,水淬 450℃/4h,空冷.经该工艺处理的试样综合力学性能较好,抗拉强度为1223MPa,伸长率为6.5%.淬火形成的马氏体及亚稳β相在时效过程中分解为细小、弥散的α相和β相,时效期间在初生α相内析出Ti3Al相,对合金起到了强化作用.     

热处理对TC21钛合金线性摩擦焊接头组织与性能的影响

基于先进飞机构件研制需求,针对TC21钛合金线性摩擦焊接头,设计了3种热处理制度,开展了焊态及不同热处理状态下接头显微组织及力学性能研究. 结果表明,焊态试样的焊缝区由细化的β晶粒组成,晶内析出含有大量位错的针状马氏体,起到了位错强化作用,显微硬度相比母材明显提高,热力影响区由于次生α相发生了溶解,显微硬度相比母材有所降低. 热处理后焊接接头内的α相发生了显著变化,在高温区退火时,长时间保温导致初生条状α相长大,在低温区退火则促进了次生针状α相的析出;所有热处理后的接头进行拉伸试验后均断裂于母材区,经过双重退火的接头其焊缝区及热力影响区组织均为β转变组织+初生长条状α相 + 次生针状α相,并且各区域显微硬度基本与母材一致,组织更加均匀.     

固溶温度对Ti55531钛合金的组织与性能的影响

采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)、纳米压痕等分析测试手段,研究不同固溶温度对Ti55531钛合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,合金的锻态组织由球状α相和β相组成,经过780℃和840℃固溶处理和540℃时效1 h后,合金的显微组织由初生α相、次生针状α相和β相组成,其中次生α相和β相存在位向关系,即(1101)α//(110)β;随着固溶温度增高,初生球状α相急剧减少,析出次生α相增多,而且次生针状α相硬度明显高于初生α相和基体β相,经780℃和840℃固溶处理后合金的硬度相对于锻态组织分别提高了8.5%和10.3%。     

HIP温度对SLM制备TC4钛合金组织和力学性能的影响

以激光选区熔化技术(SLM)成型TC4钛合金为研究对象,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等测试分析方法,研究了热等静压处理温度对TC4钛合金材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,SLM态TC4钛合金横截面微观组织由等轴状初生β晶粒组成,纵截面微观组织由呈外延生长的柱状初生β晶粒组成。晶粒内部以不同取向的针状α'马氏体相为主,纳米点状β相在初生马氏体间形核生长。在α+β两相区温度进行热等静压处理,TC4钛合金的组织由α相和β相组成。随着热等静压处理温度的升高,板条状α相粗化成短棒状,β相含量增加且发生一定粗化。随着热等静压处理温度的升高,材料的抗拉强度和屈服强度呈现降低的趋势,断面收缩率也呈下降趋势。热等静压处理工艺为910 ℃-110 MPa-2 h的TC4钛合金可获得最优的强韧性匹配。     

基于Jmatpro和Deform的钛合金试件热处理模拟

利用Jmatpro和Deform软件对“A”型TC4钛合金试件的固溶时效处理过程(900℃×1 h, WQ+540℃×4 h, AC)进行数值模拟。结果表明,“A”型试件在900℃固溶冷却时顶端和两脚处冷速高于10℃/s,产生约为48%的马氏体,540℃时效处理后的组织中不存在细针状α′马氏体,由初生等轴α相和弥散分布的析出相(时效α相、时效β相)组成;试件在固溶冷却后的最大等效应力为65.6 MPa,而时效冷却后的最大等效应力降至35.3 MPa;在固溶时效处理过程中,“A”型试件顶端螺栓孔处的温度梯度和应力最大,变形量呈迅速增大-稳定-迅速减小-增大-稳定-逐渐减小的趋势,在固溶时效处理后的畸变量为0.77 mm。     

固溶时效处理对TC6合金组织与性能的影响

采用OM、SEM、XRD、维氏硬度以及力学性能测试等方法,研究了固溶时效处理对TC6合金显微组织、相结构以及力学性能的影响。结果表明：TC6合金经过900 ℃固溶处理后,合金由片层α相、针状马氏体α′相以及β相组成;而经过1000 ℃固溶处理后,合金主要由针状α′马氏体相和β相组成。对不同固溶温度下的合金样品进行时效处理,针状α′马氏体相完全分解为α相和β相。并且随着时效温度升高,β相的相对含量逐渐增大。通过对比,TC6合金经过900 ℃固溶后在500 ℃下进行时效处理后综合力学性能达到最佳,此时的抗压强度和屈服强度为2000 MPa、1061 MPa,硬度值为499 HV0.2。     

Influence of hot isostatic pressing on microstructure,properties and deformability of selective laser melting TC4 alloy

The influence of different hot isostatic pressing regimes on microstructure, phase constitution, microhardness, tensile properties and deformability of TC4 alloy fabricated by selective laser melting (SLM) technology was studied. The results show that the microstructure of SLM TC4 alloy is composed of acicular martensite α' phase, and the sample exhibits high microhardness and strength, but low plasticity. After hot isostatic pressing, acicular martensite α' phase transforms into α+β phase, and with the increase of hot isostatic pressing temperature and duration, α phase with coarse lath is gradually refined, and the proportion of α phase is gradually reduced. Because of the change of phase constitution in SLM TC4 alloy after hot isostatic pressing, the grain refinement strengthening is weakened, the density of dislocation is reduced, so that both microhardness and tensile strength are decreased by around 20%, the elongation is increased by more than about 70%, even over 100%, compared with as-deposited TC4 alloy. When the hot isostatic pressing regime is 940℃/3 h/150 MPa, the tensile strength and the elongation achieve optimal match, which are about 890 MPa and around 14.0% in both directions. The fracture mechanism of alloy after 940℃/3 h/150 MPa HIP is dultile fracture. Hot isostatic pressing causes concave deformation of SLM TC4 alloy thin-walled frames, and the deformation degree increases with the increase of temperature.     

固溶时效处理对TC20钛合金α相演变和硬度的影响

采用SEM、TEM、XRD和硬度等技术对先固溶(840 ℃×0.5 h)后不同时效(460 ℃×4 h;320 ℃×15 min→460 ℃×4 h;320 ℃×10 min;460 ℃×10 min)热处理工艺的TC20合金试样进行了观察与表征,研究TC20合金的α相对时效过程中β→α相转变。结果表明:热轧态组织由α相与β相共同组成,固溶态组织相中生成了许多小尺寸α相。采用460 ℃×4 h进行处理试样内形成了片状分布的α相,采用320 ℃×15 min→460 ℃× 4 h处理试样内形成了具有更小长宽比的α相,并且该试样内的大部分α相尺寸均接近100 nm。两种时效方法形成的第二相都是α相,采用320 ℃×15 min→460 ℃×4 h处理具有尺寸更加细小的α相。当温度到达460 ℃时更多α相可以通过ω相进行形核,从而在β基体上形成致密均匀分布状态。采用320 ℃×15 min→460 ℃×4 h处理后合金中的ω相已不存在,同时析出了更多的α相,合金硬度高达503 HV,显著高于β基体的硬度,α相可以促进合金硬度的大幅提升。     

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金中α′相和α″相的组织演变与力学性能

对Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金进行固溶时效处理,随后使用光学显微镜、扫描电镜、XRD衍射仪、拉伸试验以及冲击性能试验,分析固溶时效对合金中α′相和α″相的组织演变与力学性能的影响。结果表明,固溶处理后的微观组织中发生初生α相尺寸变小并趋于等轴化,尺寸较小的初生α相发生溶解并消失,其β转变组织变得不明显,经时效后的微观组织中析出大量α_s相,β转变组织更加明显。经固溶处理后,组织均由α+α′+α″相构成,经时效处理后,组织由α相和β相构成。合金经固溶处理后,其抗拉强度为1336 MPa,屈服强度为1070 MPa,断后伸长率为6%,断面收缩率为22%,冲击吸收能量为16 J。经时效处理后,强度随时效温度升高而升高,塑性趋势与之相反,其冲击性能几乎没有变化。合金经固溶处理后的拉伸与冲击断口微观形貌均由韧窝构成,为典型的韧性断裂。经时效处理后,拉伸和冲击断口的微观形貌有明显的高低起伏,随着时效温度的升高,韧窝的尺寸和数量减少,并出现撕裂棱以及空洞,断裂类型有向脆性断裂转变的趋势,但仍以韧性断裂为主。     

Effect of Aging Treatment on the Formation of α Precipitates in β-Type Ti–6Mo–6V–5Cr–3Sn–2.5Zr Alloys

The microstructural evolution of a novel β-type Ti–6Mo–6V–5Cr–3Sn–2.5Zr (wt%) alloy subjected to different aging treatments was investigated. The normalized intensity of the α precipitates reached a peak value at 450 °C. A nanoscale orthorhombic phase was observed to coexist with α precipitates in the β matrix, which followed the Burgers orientation relation of 〈\(1120\)〉_α//〈111〉_β and {0001}_α//{110}_β. Fine α precipitates were formed with metastable O and β′ phases, and the β phase was spinodally decomposed to β and β′ phases. The maximum hardness value of the specimen was obtained after aging at 450 °C. Compositional partitioning of Mo, V, and Cr elements occurred with the depletion of fine acicular α precipitates upon aging 450 °C.     

RuTi/1060Al脉冲熔化极氩弧熔-钎焊接头组织特征

对RuTi钛合金与1060Al进行脉冲熔化极氩弧熔-钎焊(P-GMAW),采用扫描电镜(SEM)、显微硬度仪等对RuTi/1060Al接头显微组织进行分析;对焊缝中的析出相及钛合金侧过渡区进行能谱(EDS)元素分布分析.结果表明,RuTi/1060Al接头焊缝由α-Al树枝晶及分布于树枝晶边界的α-Al+Si共晶组织组成.焊缝中出现了由Ti(Al,Si)₃金属间化合物组成的条状、块状析出相.RuTi钛合金与焊缝之间形成了一层厚度小于10 μm、主要由Ti(Al,Si)₃金属间化合物组成的锯齿状过渡区.随着焊接热输入的增加,Ti/Al过渡区由锯齿状向条状变化.钛合金热影响区主要由针状α″马氏体与条状α'马氏体组成,显微硬度为2.16~2.65 GPa.     

热处理对异质钛合金线性摩擦焊接头组织和显微硬度的影响

研究焊后热处理对TC4和TC17异质钛合金线性摩擦焊接头显微组织的影响。焊态条件下焊缝组织为完全再结晶组织,表明线性摩擦焊接过程中,摩擦界面温度超过β相变点温度,其中TC4侧焊缝组织主要为具有马氏体组织结构的α′相,TC17侧焊缝组织主要为单一的β相。TC4与TC17侧热力影响区组织为严重的变形组织,且具有明显的方向性,但在该区各相的体积分数未发生变化。热处理后,TC4侧焊缝组织中α′转变为针状的α＋β相,且随着热处理温度的升高,针状α相粗化,长大现象明显,并导致该区的显微硬度下降。TC17侧焊缝组织热处理后从晶界和β晶粒内部析出了细小的α相,导致该区显微硬度明显提高。