等导槽角压制法和冷挤压加工纯钛的组织和性能

工业纯钛(CPTi)和Ti-6Al-4V合金非常重要的用途之一是用作人体骨头和其他医用植入件.Ti-6Al-4V中的铝和钒元素有毒,植入人体后会导致一系列疾病.CPTi的生物相容性比Ti-6Al-4V好得多,但晶粒粗大的CPTi的强度不能满足医用植入件的要求.俄罗斯研究人员采用等导槽角压制法(ECAP)制备超细晶的CPTi,其晶粒尺寸由10μm降至260nm左右,拉伸屈服强度由380 MPa升至640MPa.     

基于α'组织设计适于激光立体成形的新型高塑性Ti-4.13Al-9.36V合金

为了提高Ti-6Al-4V合金的加工硬化率和塑性,基于其团簇成分式12[Al-Ti₁₂](AlTi₂)+5[Al-Ti₁₄](V₂Ti)设计成分式为4[Al-Ti₁₂](AlTi₂)+12[Al-Ti₁₄](V₂Ti)的(Ti-4.13Al-9.36V, %)合金,采用激光立体成形工艺制备Ti-4.13Al-9.36V和Ti-6.05Al-3.94V(对比合金),研究了沉积态和固溶温度对其显微组织和力学性能的影响。结果表明,沉积态Ti-4.13Al-9.36V和Ti-6.05Al-3.94V合金的显微组织均由基体外延生长的初生β柱状晶和晶内细小的网篮α板条组成。Ti-6.05Al-3.94V合金的初生β柱状晶的宽度约为770 μm,α板条的宽度约为0.71 μm;而Ti-4.13Al-9.36V合金的初生β柱状晶的宽度显著减小到606 μm,α板条的宽度约为0.48 μm。经920℃固溶-淬火处理后Ti-6.05Al-3.94V样品的显微组织为α'+α相,其室温拉伸屈服强度约为893 MPa,抗拉强度约为1071 MPa,延伸率约为3%。经750℃固溶-淬火处理后Ti-4.13Al-9.36V样品的显微组织为α'+α相,与α'马氏体相比,应力诱发的α'马氏体能显著地提高合金的加工硬化能力,其室温拉伸屈服强度约为383 MPa,抗拉强度约为 989 MPa,延伸率达到了17%。这表明,根据团簇理论模型调控α'+α的显微组织能有效提高激光立体成形Ti合金的加工硬化能力和塑性。     

TI-6Al-4V合金置氢-除氢组织与力学性能

为研究除氢处理对置氢钛合金组织与性能的影响,对Ti-6Al-4V合金在不同参数条件下进行了置氢与除氢处理,采用光学显微镜分析了置氢-除氢处理过程中Ti-6Al-4V合金微观组织的演化规律,通过室温拉伸试验研究了置氢-除氢处理后Ti-6Al-4V合金的力学性能,探讨了Ti-6Al-4V合金置氢-除氢组织与力学性能之间的相...     

可模锻钛合金强度高抗蚀性好

美国ATI华昌公司制成了强度与Ti-6Al-4V相当，且可热加工、冷加工的钛合金。这种被称为ATI425合金的成分为Ti-4Al-2．5V-1-5Fe-0．250，其最重要的特点是易于制造和成形。测试表明，这种合金比Ti-6Ak-4V易于制造。     

N掺杂型Al-4Ti-1C对A356合金细化及力学性能的影响

目的提高A356合金的断裂伸长率。方法采用铸造法制备了一种N掺杂型Al-4Ti-1C细化剂(简称Al-4Ti-1C),研究了其对A356合金的晶粒细化行为及对力学性能的影响。结果与传统的Al-5Ti-1B细化剂相比,Al-4Ti-1C不仅能有效细化A356的α-Al晶粒,而且能够明显细化其枝晶臂间距,细化后α-Al的平均晶粒尺寸为231μm,枝晶臂间距为28μm;而Al-5Ti-1B细化后分别为253μm和50μm。该细化剂对A356合金力学性能的提升也优于Al-5Ti-1B,细化后A356的拉伸强度和伸长率为298 MPa,4.0%,与Al-5Ti-1B的细化结果(292 MPa,3.0%)相比,伸长率提高幅度达33%。结论 Al-4Ti-1C是一种有效的A356晶粒细化剂。     

气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V三明治结构与性能评价

基于气体捕捉法制备泡沫钛三明治结构工艺,对以钢包套+Ti-6Al-4V板+Ti-6Al-4V粉的封装工艺制备的泡沫Ti-6Al-4V三明治结构预制坯进行了900℃下不同变形量的轧制,并进行了950℃/10h的等温发泡。通过SEM对不同状态的三明治结构芯部孔洞状态进行观察和测量,探究了轧制变形量对泡沫Ti-6Al-4V三明治结构预制坯等温发泡行为的影响。结果表明:轧制主要是以沿轧制方向拉长孔洞和增加孔洞连通的方式影响泡沫Ti-6Al-4V三明治结构芯部,且轧制变形量越大越严重,但对孔洞内壁形态及孔洞在垂直于轧向平面内的形态未产生影响。当预制坯轧制变形量为80%时,经等温发泡成功制备了面板厚度为362μm,芯部孔隙率达到40%的泡沫Ti-6Al-4V三明治结构,其在高应变速率下抗压强度达到824.8 MPa,400℃下热导率仅为致密金属的52.8%。     

少量TiB_2对Ti-6Al-4V合金β晶粒长大动力学的影响

研究了少量TiB_2对两相型钛合金Ti-6Al-4V的"晶粒长大行为的影响。在"相变点以上进行高温固溶+水淬处理,之后进行显微组织观察确定合金晶粒度。实验研究发现,TiB_2在钛合金中最终转化为TiB,这些TiB粒子主要分布在晶界处并显著限制了合金的晶粒长大。在超过相变点100℃固溶120min,Ti-6Al-4V-0.32TiB_2合金β晶粒仅仅长大了79μm。动力学分析表明,Ti-6Al-4V-0.32TiB_2的晶粒长大指数分布在0.036~0.037范围内,远远小于Ti-6Al-4V合金,而晶粒长大激活能是Ti-6Al-4V合金的4倍。理论计算结果表明,晶界TiB粒子的排列方式也显著影响钉扎效果。     

增材制造Ti-6Al-4V合金组织调控研究现状

增材制造技术可实现复杂钛合金零件的快速成形,制造的Ti-6Al-4V合金具有较高的强度以及优异的高温性能,被广泛应用于航空、医疗等各大领域。综述了金属增材制造的典型工艺,分析了Ti-6Al-4V合金的相变特征,总结了选区激光熔化制造Ti-6Al-4V的力学性能和组织调控方法,着重分析了热处理温度、冷却速率、变质处理以及超声冲击等对合金组织的影响;展望了增材制造Ti-6Al-4V合金的主要发展方向。     

基于气体捕捉法的泡沫Ti-6Al-4V等温发泡规律研究

为了确定气体捕捉法制备泡沫Ti-6Al-4V等温发泡过程中孔隙率和微观孔洞的变化规律,在不同发泡温度及发泡时间下制备了泡沫Ti-6Al-4V.运用阿基米德原理对泡沫Ti-6Al-4V的孔隙率进行测量,通过OM和SEM对其微观特征进行观察.研究表明:泡沫Ti-6Al-4V的孔隙率及孔径均随等温发泡温度升高而增加;但当发泡温度大于950℃时,孔隙率和孔径均减小,且孔洞形态由球形变成多边形,这是由于基体内生成大尺寸β相造成的.增加发泡时间能以促进孔洞长大的方式提高泡沫Ti-6Al-4V的孔隙率,球形孔洞数量随着发泡时间的增加逐渐增多.经950℃/10 h发泡得到了孔隙率34.2%、孔径平均值156μm、孔洞为球形且分布弥散的泡沫Ti-6Al-4V.     

超塑成形/扩散连接热环境对Ti-6Al-4V合金疲劳性能的影响

采用光学显微镜研究了Ti-6Al-4V合金经超塑成形/扩散连接(SPF/DB)热影响后的微观组织演变,在室温和空气条件下进行了旋转弯曲疲劳试验,并采用扫描电子显微镜对试样断口形貌进行了观察.结果表明:Ti-6Al-4V合金经历SPF/DB热工艺后,初始的双态组织转变为了等轴组织;强度有所降低,塑性略有提高,而旋转弯曲疲劳极限从420 MPa降低至405 MPa,在相同应力条件下(σ=431 MPa),SPF/DB后试样的疲劳寿命从10⁷量级降低至10⁶量级;疲劳断口源区附近的放射线增粗且变的不连贯,疲劳裂纹扩展区的疲劳条带间距增大,裂纹扩展速率提高.这主要是由于SPF/DB热环境使Ti-6Al-4V合金片层α数量显著减少,降低了晶界总体长度,减弱了α相晶界对疲劳小裂纹扩展的阻碍作用.     

脉冲电流对0.27%置氢Ti-6Al-4V合金变形行为的影响

对0.27%(质量分数)置氢Ti-6Al-4V合金进行压缩试验,对断口进行观察与分析,研究了脉冲电流对其变形行为的影响。结果表明,脉冲电流使0.27%置氢和未置氢Ti-6Al-4V合金的变形抗力降低和压缩延伸率提高。脉冲电流产生的焦耳热效应,是影响0.27%置氢Ti-6Al-4V合金力学性能变化的主要原因。由于电致塑性效应的影响,Ti-6Al-4V合金的断裂形式由延性脆性沿晶断裂向准解理穿晶断裂转变,但是对于0.27%置氢Ti-6Al-4V合金,由于在低温条件下氢脆的影响其准解理断裂特征不如未置氢Ti-6Al-4V合金的明显。     

短时双重热处理强化Ti-6Al-4V合金

Ti-6Al-4V合金是典型的两相钛合金,由于它不仅质量轻、耐腐蚀性能好,而且具有优异的强度和塑性匹配性能,因而得到了广泛应用.     

Ti-6Al-4V合金包覆叠轧薄板的轧制工艺对力学性能的影响

主要研究了包覆叠轧加工及热处理工艺对Ti-6Al-4V合金室温拉伸及疲劳性能的影响规律,用金相显微镜和扫描电镜观察分析了疲劳裂纹的扩展路径及断口形貌.结果表明,在交叉轧制状态下,Ti-6Al-4V合金板材的织构较弱,且该状态下的疲劳性能最好,疲劳裂纹尖端有塑性钝化;而在较低轧制温度和单向轧制状态下,合金板材具有强烈的织构,疲劳裂纹呈快速扩展.     

高性能钛合金Super-TIX800的实用特性

日本开发了Super-TIX系列钛合金,它不含高价的添加元素,具有优良的热加工和冷加工性能,室温强度在700～1 000 MPa之间.该系列钛合金大致可分为2大类:①Ti-Fe-O-N系,其强度水平在CP纯钛与TC4合金之间;②Ti-Fe-Al系,目的是代替TC4合金.特别是第1类的代表性合金Super-TIX800(Ti-1.0Fe-0.35O-0.01N),具有介于Ti-6Al-4V和Ti-3Al-2.5V之间的高强度,且有很好的热加工和冷加工性能,添加元素仅是Fe,O,N等廉价元素,而且该合金的残废料可以通过电子束炉重熔后作为CP纯钛再次利用.这种合金的热延性和热变形抗力与CP纯钛相当,可不经中间退火直接从φ13.5 mm冷拉到φ1.5 mm,而且具有与CP纯钛和TC4同等的焊接性能.     

Ti-6Al-4V合金氮离子注入后在Tyrode’s体液中的耐蚀耐磨性能

Ti-6Al-4V合金注入氮离子后,生物相容性、抗磨损性、抗疲劳性及抗腐蚀性均有所提高,其植入人体后在体液中的耐蚀耐磨性能尤为重要,目前对此研究较少。对Ti-6Al-4V合金进行氮离子注入,并在人工模拟体液Tyrode’s溶液中进行摩擦磨损和电化学试验,研究了注氮Ti-6Al-4V合金的耐蚀耐磨性能。采用扫描电镜观察腐蚀形貌,用其自带的能谱仪分析注氮层的元素组成,采用X射线衍射仪分析注氮层的结构。结果表明:Ti-6Al-4V氮离子注入后表面形成主要由TiC,Ti及少量TiO2组成的膜层,硬度提高,在Tyrode’s溶液中的腐蚀电位升高、极化电阻增大,阳极极极化电流密度降低;在Tyrode’s溶液中摩擦后的注氮Ti-6Al-4V合金的阳极极化电流密度大于未摩擦的,极化电阻减小;Ti-6Al-4V合金氮离子注入后的摩擦系数明显降低,比磨损率减少。     

SiC/Ti-6Al-4V复合材料界面反应的扫描电镜分析

采用扫描电镜分析了国产SiC纤维增强Ti-6Al-4V复合材料的界面反应,发现不带C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应形成TiC和钛的硅化物,带有C涂层的SiC纤维与Ti-6Al-4V反应仅形成TiC.观察表明C涂层的厚度差别较大.     

抗Zr“中毒”Al-Ti-B-C中间合金对7050铝合金力学性能的影响

通过场发射扫描电子显微镜(FESEM),X射线衍射仪(XRD),能量色谱仪(EDS)分析Al-5Ti-1B,Al-4Ti-1C和Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金的微观组织与物相组成,比较研究3种中间合金对7050铝合金晶粒尺寸与力学性能的影响。结果表明:Zr的存在削弱了Al-5Ti-1B和Al-4Ti-1C中间合金的细化效果,而对Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金细化效果影响较小。含掺杂型TiC粒子的Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金具有较好的抗Zr"中毒"能力,加入量为0.2%(质量分数,下同)时,含Zr7050铝合金平均晶粒尺寸由200μm细化至(60±5)μm,室温极限抗拉强度由405MPa提高到515MPa,提高了27.2%,伸长率由2.1%提高到4.1%。而加入0.2%的Al-5Ti-1B或Al-4Ti-1C中间合金时晶粒尺寸较粗大且分布不均匀,表现出明显的细化"中毒"。     

封面图片说明

<正>封面图片出自论文"基于气体捕捉法的泡沫Ti-6Al-4V等温发泡规律研究"。为了确定等温发泡温度对泡沫Ti-6Al-4V孔洞状态的影响规律,进行了不同温度的等温发泡试验。这幅图片为经950℃/50 h等温发泡制备的泡沫Ti-6Al-4V(孔隙率为34.8%)孔洞状态扫描电子显微镜照     

SiC/Ti-6Al-4V复合材料在横向拉伸载荷下界面失效行为的数值模拟

采用有限元模拟了SiC/Ti-6Al-4V复合材料冷却过程和横向拉伸试验过程, 横向拉伸试样采用十字形试样。分别建立了平面应力和轴对称有限元模型, 采用平面应力有限元模型计算环绕纤维圆周的界面微区应力分布, 预测界面失效机制。采用轴对称有限元模型分析复合材料界面脱粘过程以及残余应力对界面径向应力分布的影响。结果表明: 对于SiC/Ti-6Al-4V复合材料十字形试样,在横向拉伸载荷下的界面失效由径向应力导致,界面失效模式为法向失效, 剪切失效模式未发生; 十字形试样在横向拉伸载荷下界面初始脱粘位置处于界面中间; 随横向拉伸应力增加, 十字形试样的界面脱粘对称向两边扩展; 界面径向应力随残余应力降低而升高。     

钛合金环形气瓶耐压强度的计算机模拟

对Ti-3Al-2.5V和β-Ti 2种钛合金环形气瓶进行了耐压计算机模拟,计算了环形气瓶各个部位的应力应变分布和改变气瓶形状时应力应变的变化情况以及环形气瓶失效时的应力.结果表明,选用Ti-3Al-2.5V合金,在施加60 MPa内表面压强的情况下,材料的米塞斯应力为692 MPa,大于其屈服强度,气瓶发生失效;同样条件下选用β-Ti合金时,其米塞斯应力为851 MPa,小于其屈服强度,材料可以安全使用.当在气瓶内表面施加40 MPa的压强,2种材料的最大应力均小于其屈服强度,可以安全使用.对气瓶3个方向的应力计算机模拟表明,气瓶内侧表面处所受拉应力最大,该处最容易首先发生失效.在其它条件不变的情况下,减小气瓶外径,气瓶的内侧表面处应力依然最大,其数值为1320 MPa,远大于直径较大的气瓶.对于Ti-3Al-2.5V环形气瓶,其失效时内表面压强为45 MPa;对于β-Ti合金的环形气瓶,其失效时内表面压强为86 MPa.