激光气体氮化Ti和Ti-6Al-4V合金的空蚀行为

液体中气泡的剧烈塌缩在材料表面导致空蚀。由于空蚀导致的损伤经常发生在不同装备部件上,如:泵、水力涡轮、叶轮及医药工业中用的高速搅拌器。金属材料的空蚀抗力受其表面性能影响较大,表面工程是提高金属材料空蚀性能的有效手段。由于钛及其合金具有优良的比强度、抗腐蚀能力     

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。     

Nb合金层对Ti-6Al-4V合金电化学性能的影响

采用等离子合金化技术在Ti-6Al-4V合金表面制备Nb合金层。利用电化学扫描法对Nb合金层在10%H_2SO_4溶液中的腐蚀行为进行研究,并同时与Ti-6Al-4V合金基材进行对比分析。结果表明:钛合金表面Nb合金化后形成的合金层与基体结合牢固,成分梯度分布;铌合金层在10%H_2SO_4溶液中的耐蚀性较基体有所提高。     

基体预渗碳对Ti-6Al-4V合金表面TiN(Ti)硬质膜层性能的影响

硬质膜层在服役过程中,往往由于膜基界面强度的不足导致膜层过早的发生界面的剥落失效,这种剥落失效主要是由界面残余热应力诱导的显微裂纹的失稳扩展引发的。残余热应力主要来源于基体与膜层材料在热膨胀系数、弹性模量等物理性能的不匹配。为了降低这种不匹配性,在制备TiN硬质膜层之前,本文通过辉光离子扩渗技术在TC4基体表面形成具有一定深度、梯度结构的渗碳硬化层,然后利用等离子增强离子镀技术制备了单层及多层复合Ti/TiN膜层,研究基体预渗碳层对其表面不同结构TiN(Ti)硬质膜层性能的影响。结果表明,基体经过预渗碳强化处理后,相比于单一TiN或多层复合Ti/TiN硬质膜层,复合渗镀层的表面硬度能提高近2倍,膜基结合强度最高可达80N以上。同时,经过硬化后的基体显著抑制了其表面复合硬质膜层的界面脆性断裂倾向,复合膜层在外加载荷作用下的与基体的协同变形能力得到加强,强韧性显著提高。     

热循环温度对Ti-6Al-4V合金组织和力学性能的影响

采用500～1 000 ℃热循环20次,研究Ti-6Al-4V(TC4)合金性能及微观组织的变化.结果表明:随热循环温度的升高,TC4合金强度先降低后升高;低于800 ℃时,TC4合金塑性随热循环温度升高变化不大,高于800 ℃,随热循环温度升高,TC4合金塑性快速降低;随温度升高,TC4合金的晶粒明显长大,温度高于800 ℃时,TC4合金中开始形成片层状组织,至1 000 ℃时,合金组织几乎呈全片层状.     

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。     

基体组织对TiC/Ti-6Al-4V复合材料断裂韧性的影响

采用原位自生的方法制备了TiC颗粒增强的TiC/Ti-6Al-4V复合材料。将锻造后的钛基复合材料在700 ℃、995 ℃以及1020 ℃进行热处理,获得具有不同基体微观组织的复合材料,研究基体微观组织对钛基复合材料拉伸性能以及断裂韧性的影响。结果表明,初始α相的含量及其尺寸对TiC/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性影响较大,初始α相体积分数为20%时,复合材料拉伸性能最好,抗拉强度和伸长率分别为1057.5 MPa、19.95%;同时具有优良的断裂韧性。     

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.     

轧制温度对Ti-6Al-4V合金棒材组织的影响

在Ti-6Al-4V合金的连续轧制过程中,变形温升对棒材组织转变有重要作用,影响棒材性能的均匀性。本文采用弹塑性有限元法对Ti-6Al-4V合金棒材的轧制过程进行数值模拟,分析各道次棒材中心处应变、应变速率对变形温升的影响规律。基于变形温升规律的分析,对轧制温度进行优化,并比较了工艺改进前后的组织形貌。结果表明:第10道次轧制(椭圆-圆孔型)变形引起棒材中心温度快速升高,致使中心位置的α相含量减少和β相含量增多,棒材横截面出现宏观缺陷,组织分布不均匀。     

SLM成形Ti-6Al-4V合金梯度结构的组织和力学性能

本文设计一种上下层致密、中间多孔的三明治梯度结构材料,多孔层分别采用19.6、23.0和333.3J/mm3的能量密度制备出A、B、C三种不同孔隙率的梯度结构,并对其组织和力学性能进行研究。结果表明:A型结构孔洞是无明显取向的连通孔,多孔层看不到明显的初生β柱状晶;B型结构是大量孤立孔伴随少量垂直于成形方向的连通孔,含有少量不连续的β柱状晶;C型结构多孔层的孔洞是截面为近圆形的孤立孔,多孔层中存在粗大的等轴晶。A型结构下致密层和多孔层的结合强度仅为72.3 MPa,在热应力作用下产生开裂;B型结构的拉伸强度可以达到979.1 MPa,伸长率为4.54%;C型结构的抗拉强度为1121.7 MPa,伸长率为7.05%。A、B、C型梯度结构的压缩弹性模量分别为19.7、31.5和43.7 GPa。     

电火花加工Ti-6Al-4V合金表面组织和性能

采用电火花加工Ti-6Al-4V合金,并利用SEM、EDS、XRD、表面粗糙度仪等研究电火花加工参数电流和脉冲宽度对Ti-6Al-4V合金表面层的影响.结果表明,试验条件下,Ti-6Al-4V合金加工表面非均匀分布着裂纹、孔洞、大小不一的剥落点、放电凹坑、熔融滴、球状、非球状颗粒;Ti-6Al-4V合金白层由马氏体α′组成,其成分主要是TiC,其白层平均厚度随电流和脉冲宽度增大而增厚;表面粗糙度随电流或脉冲宽度增加而增大.     

Ti-6Al-4V合金的轧制与组织性能

采用光学显微镜、透射电镜和拉伸试验等手段,研究了多道次两向轧制和单向轧制对不同原始状态(热轧态、水淬态和空冷态)Ti-6Al-4V合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,热轧态Ti-6Al-4V合金的组织为片状α相+β相+少量等轴α相,水淬态Ti-6Al-4V合金形成了针状马氏体组织,空冷态Ti-6Al-4V合金形成了网状组织。Ti-6Al-4V合金适宜的两向轧制温度为700 ℃,此时合金中可见颗粒状β相弥散分布在α基体上。两向轧制Ti-6Al-4V合金的抗拉强度和屈服强度从高至低顺序为:水淬态>热轧态>空冷态,且轧向强度要高于横向;相较于单向轧制,两向轧制明显降低了Ti-6Al-4V合金板材拉伸性能的各向异性,且水淬态Ti-6Al-4V合金的轧向和横向强度差异最小,700 ℃轧制Ti-6Al-4V合金的主要细化机制为位错细化。     

Si元素对Ti-6Al-4V合金组织与性能的影响

采用粉末冶金工艺(混合元素法+冷等静压成形法+真空烧结法)制备了Ti-6Al-4V-xSi合金,并通过光学显微镜(OM)、XRD、SEM和TEM对其组织进行观察分析,结果表明:合金组织中主要为α+β相,伴随有硅化物Ti_5Si_3析出。第二相Ti_5Si_3在晶界处的析出可以阻止晶粒长大;作为形核中心,晶粒中的Ti_5Si_3可以提高晶核形成率,从而起到细化晶粒的作用,提高合金的力学性能。运用精密万能试验机进行力学性能测试,发现当Si元素含量少于0. 5%时,随着合金中Si元素含量的增加,合金组织细化,位错密度增加,使合金的抗拉强度和伸长率明显提高;当Si含量为0. 5%时,合金的抗拉强度达到峰值601 MPa,比未添加Si元素时抗拉强度提高了38. 5%,伸长率提高了25. 3%。     

添加Mn对Ti-6Al-4V合金组织与性能的影响

采用冷等静压法及粉末冶金法制备了钛合金Ti-6Al-4V-x Mn(x=0,1,1.5,2,2.5,wt%),运用精密万能试验机、光学显微镜、XRD、SEM对其组织和性能进行观察和分析。通过观察发现合金的组织为均匀的α+β相,当Mn元素含量为1.5%时,合金的综合力学性能最好。通过对断口进行扫描电镜分析,发现材料的断裂为准解理脆性断裂,但是在断面中发现有少量韧窝。     

电子束扫描对Ti-6Al-4V合金焊缝金属组织的影响

针对钛合金焊缝金属易形成粗大柱状晶严重影响其性能的特点，利用电子束扫描焊接，对Ti-6Al-4V合金焊缝金属凝固组织及微观组织进行了研究。结果表明，当电子束扫描频率为0-200Hz时，焊缝凝固组织均为300μm以上粗大柱状晶；当电子束扫描频率为300-1000Hz时，焊缝凝固组织细化为100-300μm等轴晶。其中扫描频率为400Hz时，焊缝金属凝固组织得到最佳细化效果，晶粒尺寸为100μm，同时焊缝金属微观组织均匀细小，并分析了有关细化机理。     

混合焓对激光多层沉积Ti-6Al-4V合金凝固组织的影响

分别以预合金粉末和混合元素粉末为原料进行激光多层沉积Ti-6A-4V合金,采用XRD研究了预合金粉末、混合元素粉末和沉积试样的相组成,采用金相显微镜研究了沉积试样的凝固组织.结果表明,预合金法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织由外延生长的柱状晶组成,且随激光功率的提高,合金凝固组织倾向于由柱状晶转变为等轴晶;随着激光功率由1600 W增加至2700 W,混合元素法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织则由粗大等轴晶逐渐转变为外延生长的柱状晶.扫描速率对合金凝固组织的影响较小.对混合焓对合金凝固组织的影响进行了讨论.     

初始组织对Ti-6Al-4V合金高温变形机制影响研究

研究了两种不同初始组织(魏氏组织、马氏体组织)Ti-6Al-4V合金在温度区间为700~750℃,应变速率为10~(-3)~1s~(-1)之间的高温变形行为。结果表明:初始组织对Ti-6Al-4V合金高温变形行为有着重要影响,初始魏氏组织Ti-6Al-4V合金主要发生了绝热剪切变形,在试样内部形成了绝热剪切带,绝热剪切带的密度随着温度上升和应变速率下降而减小;α′马氏体组织Ti-6Al-4V合金主要发生了稳态变形,在试样内形成了晶粒尺寸在亚微米级甚至纳米级的超细晶组织,晶粒尺寸和组织均匀性随着温度升高和应变速率减小而增大。α′马氏体组织的晶粒细化机制主要是连续动态再结晶,α′/α+β相变过程为再结晶的发生提供了重要的驱动力。     

Ti-6Al-4V合金的风冷切削

不用切削油的切削有风冷切削、吹氮切削等，此外还有只使用微量切削油的MQL(超微量润滑)切削。但风冷加工用于切削加工的实例几乎没有。     

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。     

氧对铸造Ti-6Al-4V合金机械性能的影响

钛是活性金属之一,在熔融状态下对氧的亲和力甚大。每经一次真空熔融都会使钛中氧含量有所增加。由于钛铸件一般要比变形件多熔化一次,因而经常有许多钛铸件的氧含量超过其标准中所规定的允许限度0.15％。 一、试验过程 研究用的母合金锭是在真空自耗电极电