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.     

钛和Ti-6Al-4V合金的高能金离子注入

20 稀有金属快报 2002年第12期 钛通常为密排六方(hcp)α相，在1155K以上α相就转变成体心立方的β相。在1155K和高能压力下，α相也能转变成简单六方的ω相。据报道，利用高能离子注入就可以得到ω相。离子注入可以提高钛的表面硬度，从而提高其表面的耐磨性。墨西哥学者利用9MeV的高能金离子对钛和Ti-6Al-4V进行了注入，并影响到金属表层下15m组织结构。 试验所用钛的纯度为99.6%，主要杂质为铝、铬、锰、镍、钒。试样取自经675℃退火的φ9.5mm钛棒，经X射线衍射证实其结构为hcp(a=0.2950nm, c=0.4686nm)；在光学显微镜和SEM下，试…     

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。     

Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo合金的疲劳性能

Ti-6Al-2Nb-1Ta-0.8Mo(Ti-6211)合金，有良好的焊接性能，适用于制作结构件。美国海军实验室专门研究了Ti-6211合金的低周疲劳性能，并探讨了其高低周疲劳行为。 所研究的Ti-6211合金板材厚25.4mm，经β轧制获得含相对细小β晶粒和板条结构的魏氏组织，其抗拉强度和屈服强度分别为841MPa和707MPa。所有试样用材沿板轧制方向垂直轴的长度方向切割，试样制成砂漏状，直径最细处6.35mm。低周疲劳试验在0.22×106N的伺服控制试验机上进行，以R=-1控制模型的0.1Hz频率加载。试样先进行=1378MPa的200次循环试验，其应力幅相当于抗拉强度；…     

Ti—6Al—4V合金表面化学镀Ni—P层的显微组织及性能研究

为了改善钛合金的耐磨性及抗微动损伤能力,对Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金的化学镀Ｎｉ－Ｐ工艺进行了研究,发现应用一种由化学除油－化学浸蚀－表面活性－化学镀Ｎｉ－Ｐ的新工艺路线,可获得高质量的Ｎｉ－Ｐ镀层。通过扫描电镜,Ｘ射线衍射及硬度测量,对镀层在稳定化处理过程中的显微组织及硬化效应进行了测定与分析。     

缺陷对选区激光熔化Ti6Al4V合金高周疲劳性能的影响

明确缺陷对选区激光熔化Ti6Al4V合金的疲劳性能影响规律是突破该材料工程应用瓶颈的关键问题。在缺陷无法避免的工艺背景下,借助于金相显微镜、电子背散射衍射技术、X射线三维成像系统、疲劳试验机、扫描电子显微镜及激光共聚焦显微镜,开展了该材料的组织和缺陷表征,高周疲劳性能及失效机制的研究工作。结果表明,该合金的微观组织表现出增材制造材料独特的工艺特征;材料的致密度为99.99%,整体缺陷尺寸小于60 μm;材料的疲劳极限为398 MPa,断裂试样均在未熔合缺陷处形成疲劳裂纹,且循环周次低于106 cycles。而缺陷处有效应力强度因子大多分布于短裂纹疲劳裂纹扩展门槛值之上,这决定了该材料的循环寿命较低的特点,后续引入K-T模型建立了关于该材料安全服役的评价方法。     

在Ti-6Al-4V翼面上形成残余压应力的模拟试验

在表面层形成残余压应力可提高交变载荷下承载件的疲劳寿命。例如 ,高速旋转的涡轮叶片 ,通常采用喷丸的方法使其表面产生残余压应力。但这种方法产生的压应力层较浅 ,在外来载荷作用下容易消失 ,甚至变成残余拉应力。而采用激光脉动冲击波(LSP)处理承载件表面时 ,瞬间产生的压应力超过材料动态屈服应力 ,使被冲击区产生形变 ,其应变速率高达 10 6 /s。冲击波消失后 ,被冲击区遗留下压缩应力。美国空军研究实验室对激光冲击喷丸方法形成的残余压应力作了模拟试验。研究所用Ti 6Al 4V锻棒 ,经 93 8℃预热后 ,反复锻成 40 6 4mm长的板 ,经…     

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…     

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.     

热循环对Ti-6Al-4V合金显微组织与疲劳性能的影响

对Ti-6Al-4V轧制板材依次进行了920_oC, 800_oC, 850_oC, 900_oC四次热循环,研究了材料在每次热循环后的显微组织及微观织构的演变,并对热循环前后的拉伸和旋转弯曲疲劳性能进行了比较。结果表明,原材料中存在的长条a相发生再结晶后趋于等轴化,其组织不均匀性在920_oC,800_oC两次热循环后得到根本性改善,再经历850_oC, 900_oC两次热循环后,初生a相进一步等轴化并稍有长大,其体积分数维持稳定。原材料具有较强的横向织构,有多个平行于轧制方向的宏观带存在,导致了轧向的疲劳性能优于横向,中值疲劳极限分别为497MPa/474MPa。热循环后横向织构强度有所减弱,并且出现了一定程度的(0001)基面织构。经历4次热循环后,材料的显微组织发生粗化,拉伸强度降低了约20MPa,轧向/横向的中值疲劳极限下降至441MPa/441MPa。     

Ti6Al4V合金超声深滚层的组织结构特征

采用超声深滚技术对Ti6Al4V合金进行表面机械强化处理,使用扫描电镜、硬度分析、X射线衍射和透射电镜等分析手段研究超声深滚处理Ti6Al4V合金表面层的组织结构特征。结果表明：超声深滚处理后,材料表层组织严重细化,形成了纳米结构层,表面晶粒尺寸小于20 nm。晶粒细化层的深度约为0.15 mm,在0.15 mm深度处,虽然晶界结构保持完整但晶粒内部位错密度增加。分析了组织结构细化对于改善疲劳性能的意义     

Ti-6Al-4V合金的陶瓷湿喷丸表面强化工艺

采用新型陶瓷湿喷丸强化工艺对 Ti-6Al-4V 合金进行表面处理,研究不同喷丸强度对 Ti-6Al-4V 合金微观组织、形貌及残余应力的影响,并通过拉-拉疲劳试验验证陶瓷湿喷丸的强化效果,分析喷丸前后的断裂机理。结果表明：湿喷丸后的表面粗糙度较干喷丸的低,表面粗糙度、残余应力和应力场深度均随着喷丸强度的增加而增加,最大残余应力达-895 MPa,压应力层深度约为250μm;拉-拉疲劳极限比初始的提高了12.4%。微观组织分析表明,喷丸处理后合金的表层位错密度显著增大,晶粒细化,表面形成超细晶。     

添加晶粒细化剂硅对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响(英文)

采用真空感应凝壳熔炼工艺在石墨模中制备Ti-6Al-4V和Ti6Al4V0.5Si两种钛合金。将硅作为一种晶粒细化剂加入到Ti-6Al-4V合金中,考察添加硅对铸态和模锻态Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响。铸态合金先在900°C下进行热模锻处理,然后分别进行两种不同的热处理。一种是将模锻样品在1050°C下保温30min,然后水淬以获得细小的层片状组织;另一种是将模锻件在1050°C下保温30min,然后再在800°C下保温30min,以获得粗大的层片状组织。Ti6-Al-4V合金中添加0.5%Si后,铸态合金的晶粒尺寸从627μm减小到337μm,其极限抗拉强度增加约25MPa。具有细小、层片状组织的Ti-6Al-4V0.5Si合金的最大极限抗拉强度为1380MPa,在Hank溶液和NaCl溶液中的腐蚀速度分别为1.35×106和5.78×104mm/a。Ti-6Al-4V合金中添加0.5%Si后,在低滑动速度下的磨损率降低50%,在高滑动速度下的磨损率降低约73%。     

Ti-6Al-4V合金表面的热氧化/真空扩散处理

利用热氧化后真空扩散处理工艺在Ti-6Al-4V合金表面制备了与基体结合良好的硬化层，并在空气和真空条件下分别进行了摩擦磨损试验。结果表明，硬化层由表面氧化物薄层和氧扩散区组成，硬化深度可达60μm。经840℃真空扩散后，在表面硬化层中发现有Ti3A1相形成，使沿层深方向的硬度下降趋势变缓。热氧化／真空扩散处理可有效地降低在空气和真空中的Ti-6Ai-4V合金与GCrl5钢的干摩擦因数，提高Ti—6A1—4V合金在空气和真空中的的磨损抗力。     

粉末冶金法制备Ti-6Al-7Nb合金

纯钛及Ti-6Al-4V合金是最常用的植入材料。近来为满足生物医学应用，无钒的钛合金如Ti-6Al-7Nb得到发展，采用粉末冶金法制备Ti-6Al-7Nb合金，因具有低成本、通用性及允许制造具有复杂几何形状和接近最终尺寸而受关注。 克劳尔(Kroll)法海绵钛通过研磨获得的低氯、2%氧含量粉末只可用作制造低成本部件，其原因是最终部件孔隙率及间隙元素含量高而限制了在性能方面的应用。 高纯钛粉用旋转电极法获得，起始电极材料使用电子束或真空电弧重熔的高纯钛棒。该法制取的粉末具有高纯度，呈球状，可保证部件高密实性和优异的机械性能，其缺点是…     

粉末粒径对高速压制Ti-6Al-4V合金性能的影响(英文)

采用高速压制(HVC)技术成形平均粒径分别为103、66和44μm的3种Ti6Al4V合金粉末,然后将合金粉末进行真空烧结,考察粉末粒径对成形效果和烧结体性能的影响。结果表明,细粉末比粗粉末更难压制,获得的压坯密度也更低。但是细粉末压坯的烧结密度明显高于粗粉末压坯的烧结密度。与粒径为103和66μm的粉末相比,粒径为44μm的粉末的压坯密度最低,在冲击能量为913J时其相对密度为85.1%。然而在1300°C烧结2.5h后,粒径为44μm的粉末压坯的烧结密度最高,其相对密度达到98.2%。而且,粒径为44μm的烧结试样具有最高的硬度和压缩强度,分别为HV354和1265MPa。     

增材制造Ti-6Al-4V合金组织及疲劳性能研究进展

金属增材制造技术可实现大型复杂钛合金零件的高性能自由实体成形,在航空、航天、动力、能源等领域的应用日益广泛。基于材料成形过程中组织和性能间的密切关系,本文简述了增材制造Ti-6Al-4V合金的沉积态和热处理态组织、织构特征,拉伸和疲劳性能,指出了当前增材制造Ti-6Al-4V合金研究中存在的关键问题,并对增材制造Ti-6Al-4V合金的发展趋势进行了预测。