铸态Ti-22Al-25Nb合金的结构特征与力学性能

Ti2AlNb基合金是目前有望在650-800℃温度范围内取代高温镍基合金的金属间化合物。利用水冷铜坩埚感应悬浮熔炼法,通过调控熔炼工艺,制备了主相分别为B2/?相和O相 Ti-22Al-25Nb合金铸锭,通过XRD、SEM等手段进行了合金结构特征的表征,通过室温拉伸试验、室温压缩试验、纳米压痕试验测试了合金的力学性能并分析了断口形貌。研究表明,铸态Ti-22Al-25Nb合金晶粒尺寸达到数百微米。相组成对铸态Ti-22Al-25Nb合金的力学性能有一定影响,铸态O相合金的极限抗拉强度达到了1125MPa,超过了铸态B2/?相合金的1031MPa,但粗大晶粒导致合金塑性较差（铸态B2/?相与铸态O相合金的延伸率分布为1.82%与1.32%）。铸态Ti-22Al-25Nb合金的拉伸断口与压缩断口均具有明显的解理断裂特征,拉伸断口主要表现为沿晶断裂,压缩断口主要表现为穿晶断裂。     

等温锻造Ti-22Al-25Nb合金的显微组织与力学性能

对Ti-22Al-25Nb(at%)合金在不同相区等温锻造与锻后热处理过程中的组织演变及其对力学性能的影响进行了研究。结果表明,在980℃(B2+α_2+O三相区)、1040℃(α_2+B2两相区)以及1060℃(B2相区)等温锻造并热处理之后,合金的显微组织表现为典型的等轴组织、双态及双尺寸的板条组织,各相的尺寸以及体积分数可以通过热处理制度来控制。合金的力学性能测试表明:双尺寸的板条组织具有较高的室温强度但塑性最低,而等轴组织具有较高的塑性,强度最低。等轴组织的抗蠕变性能最低,双态组织以及双尺寸的板条组织具有相似的抗蠕变性,后两种组织主要以板条组织为主导,板条组织具有比等轴组织更优异的抗蠕变性能。     

时效对Ti-22Al-24Nb合金显微组织及力学性能影响

研究了经1000℃/2 h/WC(水冷)固溶处理的Ti-22Al-24Nb合金在不同时效条件下的组织演变规律,且进行了不同时效时间下组织的力学性能测试。结果表明:时效时间对显微组织中相的含量和尺寸的变化影响较为明显。随时效时间增至24 h时,部分晶粒发生了长大,且次生α2/O相长大明显,初生的α_2相长大并等轴化。随时效温度的升高,晶粒尺寸变化不明显。经780℃/20 h/AC(空冷)时效处理后,合金常温力学性能提升较小,抗拉和屈服强度分别提升至1022和950 MPa,但塑性却大大降低至3%左右,随时效时间延长至24 h,强度增加,塑性变化不大;合金高温力学性能为强度增加不明显,但塑性明显增加,其伸长率为20.27%,随时效时间延长至24 h,合金的高温强度进一步增加,抗拉强度为1019 MPa,屈服强度为977 MPa,但高温塑性出现了下降。     

时效处理对Ti-22Al-25Nb合金线性摩擦焊接头组织和力学性能的影响

对Ti-22Al-25Nb合金线性摩擦焊接头进行840 ℃×2 h的时效处理,研究了焊接头的组织和力学性能。结果表明,焊接头主要分为3个区域,分别是焊缝区、热力影响区和母材区。焊缝区组织以B2相为主,α2相和O相的数量相对较少。热力影响区仅有少量的α2相和O相转变为B2相,且α2相形态变化不大。EBSD分析结果表明,母材的晶体学取向无法遗传到最终的焊缝组织中。经过840 ℃时效处理后,焊缝区发生了动态再结晶并析出了O相。在热力影响区,α2相的分解并不充分,可以观察到rim-O相围绕α2相析出。母材区O相有所长大,而α2相的形态无明显变化。时效处理之后细晶强化与O相的析出强化作用显著提高了焊接头的力学性能。     

热暴露对TC11/Ti-22Al-25Nb双合金盘力学性能的影响

对电子束焊+近等温成形的TC11/Ti-22Al-25Nb双合金模拟盘在热暴露后进行拉伸、持久试验,并通过SEM和TEM观察断口形貌及组织。结果表明:热暴露后的试样在室温拉伸时,均断裂在焊缝位置。经550℃热暴露后室温拉伸试样的断裂属于延性断裂,600℃热暴露后室温拉伸试样的断裂属于脆性解理断裂,裂纹源均起始于试样的表面。随着热暴露温度的升高和时间的延长,室温拉伸强度总体提高,塑性下降,持久时间也降低,元素在焊接连接区域的分布更加均匀,成分曲线表现得更加平缓,但在Ti-22Al-25Nb侧检测出较高含量的O元素,说明该侧合金易被氧化。     

热处理制度对Ti-22Al-25Nb/Ti60双合金焊接接头组织与性能的影响

研究了锻后不同热处理制度对Ti-22Al-25Nb/Ti60双合金焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明：Ti-22Al-25Nb/Ti60双合金试样经不同工艺热处理后焊缝组织得到不同程度的细化,强度和塑性均得到提高。热处理制度为990 ℃×1 h, AC+750 ℃4 h, AC时,Ti60合金热影响区组织主要由大量细小的等轴α相、少量的片状α相及β转变组织组成,其强度与塑性最佳,且有较好的匹配。     

Ti-22Al-25Nb合金热变形行为研究

在温度940～1000℃、应变速率10-2～50s-1、最大变形程度50%条件下利用Gleeble-1500型热模拟试验机对Ti-22Al-25Nb合金的高温流动应力变化规律进行了研究,分析了热变形参数对流动应力的影响规律,并利用Zener-Hollomon参数建立了该合金的本构关系。试验结果表明,应变速率的降低或温度的升高都会使合金的流动应力降低;变形过程中产生的流动软化现象与温升效应和组织变化有关;高应变速率(≥10s-1)条件下发生的应力不连续屈服现象与晶界突然增殖大量可动位错有关,与固溶原子的钉扎无关。     

Ti-22Al-25Nb合金双尺寸板条组织不同温度拉伸性能研究

通过B2相区等温锻造工艺和O+B2相区固溶时效处理获得了Ti-22Al-25Nb合金双尺寸板条组织.研究了双尺寸板条在室温、400、600℃的拉伸性能,分析了断口特征,揭示了在不同温度下的拉伸断裂机制.结果表明:测试温度的变化显著影响双尺寸板条组织的拉伸性能.随温度的升高,双尺寸板条组织的强度下降,塑性提升.室温断裂机...     

Ti-22Al-25Nb合金板条组织高温高周疲劳行为

研究了双尺寸板条组织的Ti-22Al-25Nb合金在650 ℃和700 ℃下的高周疲劳行为,采用升降法测试了合金的高温高周疲劳强度极限,当应力比R=-1,循环周次Nf=107次时,650 ℃和700 ℃的疲劳强度极限分别为470 MPa和400 MPa。对于双板条组织的Ti-22Al-25Nb合金,其疲劳裂纹既可萌生于试样表面,也可萌生于次表面,并且高周疲劳裂纹在次表面形核的试样具有更高的疲劳寿命。此外,研究发现双尺寸板条组织在高温高周疲劳损伤过程中以胞状析出的形式发生B2→β+O相变,形成组织中的不均匀区域,促使疲劳裂纹在此优先形核。     

Ti-22Al-25Nb合金等轴组织演变和拉伸性能研究

研究了Ti-22Al-25Nb合金等轴组织的演变及其对拉伸性能的影响。结果发现,经α₂+O+B2三相区等温锻后,在O+B2两相区固溶过程中,组织中初始O相板条粗化变短,冷却析出的细板条则溶解到B2基体中,α₂/O相颗粒不发生明显变化,固溶温度升高使得少量等轴O相发生溶解,rim O相厚度减小。而在O+B2两相区时效的过程中,大量细密的二次O相板条从B2基体析出,少量被rim O包围的α₂相向O相转变。时效温度升高时,析出的二次板条O相变得粗大,总体含量减少,rim O厚度增加。时效温度的升高还使得合金强度下降而塑性增加。     

应用加工图理论研究Ti2AlNb基合金的高温变形特性

基于动态材料模型（DMM），建立了Ti2AlNb基合金（Ti-22Al-25Nb）在温度94012-1060℃，应变速率0．001s^-1-10s^-1范围内的加工图，并利用该图分析了合金的高温变形特性。结果发现：在温度94012～97012，应变速率0．4s^-1～10s^-1和温度970℃—1060℃，应变速率1s^-1～10s^-1范围为流动失稳区，前者范围内主要发生绝热剪切变形和45°角剪切开裂，功率耗散率达到最小值；后者区域内以局部塑性流动和纵向开裂为主，功率耗散率小于33％。热加工图的其余部分为塑性加工的“安全区”，主要发生再结晶。在温度94012～970℃，应变速率0．001s^-1-0．4s^-1范围，以α2／O相板条球化为主；在温度970℃～1030℃，应变速率0．001s^-1～1S^-1范围，功率耗散率为35％-45％，呈现连续再结晶特征。在温度1030℃～1060℃。麻蛮谏率0．001s^-1-0.1s^-1范围。功率耗散率为45％～66％。达最大值,发生连续再结晶晶粒长大。     

Microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V/Ti-22Al-25Nb joint formed by diffusion bonding

Ti-6Al-4V (wt.%) and Ti-22Al-25Nb (at.%) were joined by diffusion bonding at 950 °C and 15 MPa for 100 min, and the microstructure and mechanical properties of the resulting joints were investigated. The composition of the diffusion layer is B2/discontinuous α/α₂ layer/necklace-shaped β+α′ layer, where the content of any element at a given point mainly depends on the distance of the point from the interface and the phase type at the point. The tensile strength of the joint is 894 MPa, which is almost the same as that of the Ti-22Al-25Nb base alloy. The fracture surfaces on both sides of the joint are composed of two main regions. One region displays a relatively flat surface and fractures along the bonding interface. The other is composed of a moderate number of irregularly-shaped cavities on the Ti-6Al-4V side and many irregularly-shaped bulges on the Ti-22Al-25Nb side. Both regions result from fracture along the boundaries between β+α′ layers and α_p grains or from the transcrystalline fracture of α_p grains.     

基于模糊理论的Ti-22Al-25Nb合金高温本构关系模型

运用Gleeble1500热模拟实验机对Ti-22Al-25Nb钛合金试样进行热模拟压缩试验,针对该合金高温变形过程时复杂的流变行为,以实验所得数据(变形温度940～1030℃,应变速率0.001～10s-1)为基础,从模糊集理论的本质特征出发,提出了一种基于模糊动态线性原理的本构模型,并与实验结果进行了对比。结果表明:基于模糊集理论建立的Ti-22Al-25Nb合金的高温本构关系模型是切实可行的,拟合程度较高,弥补了传统回归模型不能反映变形全过程的局限性,是一种有广泛应用前景的表征工程材料本构关系的便捷有效的方法。     

应用人工神经网络建立Ti-22Al-25Nb合金高温本构关系模型

本构方程是描述材料变形的基本信息和有限元模拟中不可缺少的数学模型,反映了流动应力与应变、应变速率以及温度之间的相互关系。文章运用Gleeble-1500热模拟机对Ti-22Al-25Nb钛合金试样进行等温压缩变形试验,以试验所得数据(变形温度940℃～1030℃,应变速率0.001s-1～1s-1)为基础,采用BP神经网络的方法建立了该合金的高温本构关系,并与传统回归拟合的方法计算出的结果进行了对比。结果表明,BP神经网络本构关系模型的预测精度明显优于传统公式的计算结果,而且模型还可以很好地描述该合金在高温变形时,各热力学参数之间的复杂非线性关系,为该合金本构关系方程模型的建立,提供了一种便捷有效的方法。     

Ti-22Al-25Nb合金ISM熔炼过程中的成分控制

采用X荧光光谱(XRF)分析水冷铜坩埚真空感应炉熔炼(ISM)加入和不加入稀土Y的Ti-22Al-25Nb合金铸锭成分,分析结果表明,在保证获得成分均匀的合金铸锭的情况下,Al的挥发烧损在28.94%～33.88%之间;加入at为0.5%～1%Y,Y的挥发烧损在w为17.20%～34.26%;采取提高熔化温度降低保温时间的措施可以降低Al的挥发烧损.     

Ti-22Al-26Nb合金的高温氧化行为

采用热重法研究Ti-22Al-26Nb合金在800和900 ℃的高温氧化行为.利用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)对氧化膜的相组成和形貌进行分析.结果表明:在氧化初期该合金遵循抛物线规律,而20 h以后,合金的氧化动力学符合直线规律.氧化后的产物主要由TiO_2、AlNbO_4和Nb_2TiO_7组成,氧化膜出现了分层结构且氧化温度愈高,分层愈明显.     

0.2%氢促进Ti-22Al-25Nb合金O相转变

Ti-22Al-25Nb合金是一种新型的Ti2AlNb合金,但是其热加工温度高,变形抗力大一直是限制合金应用的重要瓶颈。热氢工艺作为一种有效的降低钛合金变形抗力的方法,近年来也被应用于Ti2AlNb合金。本文发现在添加0.2wt.%氢后Ti-22Al-25Nb合金的热处理过程中,相变过程加快,相变点降低。并且氢促进B2相再结晶过程,960℃晶粒尺寸从135μm细化到60μm。在升温过程中氢促进强化相O相分解为B2相,并促进α2相从颗粒状转变为条状。在750℃保温时氢促进O相在晶界处优先析出并迅速长大,氢加快了B2→O相的转变过程。