Ti-6Al-4V合金双半球结构脉冲电流辅助超塑成形

针对Ti-6Al-4V合金板材超塑成形能耗高、效率低的问题,提出了一种脉冲电流辅助超塑成形工艺。该工艺将成形坯料直接串联到脉冲电流回路,利用脉冲电流迅速将坯料加热至超塑成形温度。通过脉冲电流加热实验,分析了平均脉冲电流密度对坯料温度及升温速率的影响。结果表明,采用该加热方式可将坯料加热时间从数十分钟缩短至几十秒,能量消耗降至传统工艺的20%左右,极大地提高了加热效率、降低了能耗,实现了节能环保的绿色超塑成形技术。利用该工艺成形了Ti-6Al-4V合金双半球结构,并分析了在脉冲电流辅助工艺条件下细晶态Ti-6Al-4V合金的超塑变形机制。     

Ti-6Al-4V合金的温轧织构演变

本研究采用取向分布函数(ODF)详细分析了具有等轴组织的Ti-6Al-4V热轧退火板在450、600和750℃下经过约45%的温轧压下量后沿层厚的宏观织构演变。结果表明采用多道次温轧的方法成功获得可改善Ti-6Al-4V合金力学性能各向异性的纤维织构ND//hkil和基面织构(0001)[2110]或(0001)[1210]。而且,轧板通体上均形成了ND//hkil纤维织构,中心层的横向织构(1210)[1010]随轧制温度而变化,表层的基面织构通过位错滑移累积剪切应变而产生,且基面织构的形成路径依赖于初始取向。     

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。     

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。     

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.     

冷却速率对β-退火Ti-6Al-4V合金循环变形的影响

自β相区温度冷却，冷却速率对钛合金机械性能有重要影响。为此，对采用在两相区形变热处理来控制组织已进行了广泛研究，但对循环变形的影响尚缺乏研究。西班牙的F．Igi1等人研究了Ti-6Al-4V合金的组织对其循环变形行为的影响。研究中利用950℃锻造的φ12mm棒，经700℃退火后空冷，其组织为等轴“和被残存β相所包围的魏氏片组成。合金成分和组织都符合ASTMF136-84外科用Ti-6Al-4V ELI标准。按ASTM     

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。     

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。     

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。     

基于神经网络Ti-6Al-4V合金热循环下力学性能研究

测定了Ti-6Al-4V合金在不同热循环温度下的拉伸强度和拉伸塑性.结果表明:热循环对Ti-6Al-4V合金的拉伸强度有显著的影响,而对其拉伸塑性影响不明显;利用BP神经网络的相关理论和方法,建立了关于Ti-6Al-4V合金在热循环温度下的力学性能的BP神经网络模型,计算结果表明,预测误差均在5％以内,精度很高,可为进一步研究Ti-6Al-4V合金提供科学方法.     

铸造Ti-6Al-4V合金的疲劳性能研究

通过铸造Ti-6Al-4V合金疲劳性能试验,绘制出了铸造Ti-6Al-4V合金在不同应力比下裂纹扩展速率da／dN-△K曲线。根据logda／dN和log△K的拟合曲线方程,计算出Paris公式下材料常数c、n值。经SEM对铸造Ti-6Al-4V疲劳断口进行分析,发现随着应力比R的增大,疲劳条带越宽,裂纹扩展速率越大。     

激光快速成形Ti-6Al-4V合金力学性能

采用实验研究的方法，对激光快速成形Ti-6Al-4V合金的力学性能进行了探讨。结果发现：和锻造件相比，激光快速成形沉积态Ti-6Al-4V合金的拉伸性能具有高强低塑特点和更显著的各向异性；成形试样的组织、氧含量和冶金缺陷都将影响到拉伸性能，其中组织的影响最显著，其次为氧含量和熔合不良缺陷：对于氧含量符合GJBGJB2921-1997标准的激光快速成形Ti-6Al-4V合金，经固溶时效热处理后所获得的网篮组织综合性能最好，不论是强度指标还是塑性指标都高于锻件标准。     

铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展特性的研究

按照GB6398-1986试验标准,采用紧凑拉伸试样(CT)测定了铸造Ti-6Al-4V钛合金疲劳裂纹扩展速率da/dN,采用扫描电镜(SEM)等现代技术对断口形貌进行观察,分析了不同应力比(R值)条件下的疲劳裂纹扩展特性。结果表明,应力比R对铸造Ti-6Al-4V钛合金的裂纹扩展速率影响较大,应力比R越大,裂纹扩展速率越大。在裂纹预裂区和快速扩展区的断裂机理主要是以微区解理断裂为主,稳态扩展区主要是以疲劳条带扩展机制为主,同时也存在微区解理断裂机制。     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性

采用三点弯曲法测定了SiC纤维单向增强的Ti-6Al-4V复合材料的表观断裂韧性,讨论了界面反应对断裂韧性的影响.研究结果表明,在裂纹尖端塑性变形区的未断纤维的桥联对复合材料的断裂韧性起很大的作用.经过热处理后,SiCf/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性降低,主要是由于严重的界面反应,使得SiC纤维受到一定的损伤,因而降低了纤维的承载能力,并使基体钛合金的脆性增大.     

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.     

SiCf/Ti-6Al-4V复合材料界面反应动力学

SiC纤维增强Ti基复合材料（SiCf／Ti）容易发生界面反应，从而影响其力学性能。开展界面反应和动力学的研究，对于SiCdTi复合材料的制备和服役具有指导意义。采用扫描电镜、透射电镜和X射线衍射分析了SICf／Ti-6Al—4V复合材料的界面反应及其动力学，发现SiC纤维的C涂层与Ti-6Al—4V反应形成粗晶粒的和细晶粒的TiC，长期高温热处理使得界面反应加剧，TiC层加厚，当C涂层完全消耗后，界面反应层中除了TiC外，还出现了Ti3SiC2。研究表明，界面反应层的加厚受元素扩散控制，服从抛物线规律，求出的动力学参数Q为268．8kJ／mol，k为0．0057m/s1/2。     

大变形热轧Ti-6Al-4V合金棒材力学性能的研究

通过大变形热轧试验,获得了一种新的Ti-6Al-4V合金细晶棒材.与粗品棒材一起分别测试了其拉伸性能和冲击韧度,观察了断口形貌.结果表明:细晶组织Ti-6Al-4V合金棒材具有较高的塑性和冲击韧度,拉伸强度变化不大.断口观察发现其拉伸断口平坦,塑坑较浅,但伸长率与粗晶粒棒材相比反而提高,且属于韧性断裂.     

Ti-6Al-4V合金超塑性变形及微观组织演变

通过高温拉伸试验研究了Ti-6Al-4V合金的高温变形力学行为和超塑性,并对试样断口附近的组织进行了观察。结果表明,随着变形温度的升高或初始应变速率的降低,Ti-6Al-4V合金的流动应力明显减小;Ti-6Al-4V合金的最佳超塑性变形工艺参数为880℃/0.001s-1,最大延伸率为689%,峰值应力仅为30.03MPa;在超塑性拉伸过程中,试样变形区发生明显的动态再结晶,使片层状的α相晶粒破碎、细化和等轴化,促进超塑性的增加;随着变形温度的提高、变形量增大和变形时间的加长,再结晶α相发生了聚集长大,从而使显微组织明显粗化。对于双态组织的两相钛合金,最佳超塑性变形温度应低于或等于片层状α→β转变的终了温度。     

Mechanical properties and microstructure of Ti-6Al-4V compacts by metal injection molding

Ti-6Al-4V compacts were fabricated by metal injection molding(MIM). Influence of vacuum sintering time on mechanical properties and microstructure of the sintered compacts at 1 260 ℃ were investigated. The experimental results show that the compacts sintered at 1 260 ℃ for 3 -6 h, which was made from hydrogenation-dehydrogenation(HDH) powder(average particles size is 45 μm), have a relative density of 95.6%- 96.7%, ultimate tensile strength of 648 - 686MPa and 0.2% yield strength of 526 - 615MPa; but a lower elongation(＜4%) and that the compacts sintered at 1 260 ℃ for 2 - 6 h, which was made from 90% gas-atomized powder(average particles size is 32.5 μm) and 10 % HDH powder, have higher relative density(＞95 %), ultimate tensile strength of 800 -848MPa,0.2% yield strength of 712 - 762MPa and high elongation (7.4%- 9.5%). When the sintering time is increased,porosity decreases and microstructure of sintered products changes from equiaxed to typical Widmanstatten, the average sizes of prior β grains, α colonies and α phase thickness in the β grains increase accordingly. After HIP treatment,pores obviously become less, microstructure of alloy is refined and mechanical properties are greatly improved.