工业纯钛金属织构标准极图的计算及分析

工业纯钛中的金属织构会引起各向异性,获得织构信息及分析其演变规律对钛材加工与应用非常重要.本文利用单晶钛的晶体结构数据、乌氏网、极图与织构的定义,建立了纯钛的织构与特定晶面极图之间的对应关系,理论计算并绘制了纯钛部分织构的标准极图.基于塑性变形时基本滑移面与滑移方向的演变规律,构建了纯钛金属加工方式与织构之间的内在联系,可为六方系纯钛金属或合金的织构演变与表征提供理论基础。     

大角度ECAP变形模具制备纯钛的变形织构演化模拟

为了研究等径弯曲通道变形(ECAP)对纯钛变形织构的影响,本研究采用135°模具在室温条件下以C方式对纯钛实施2道次ECAP变形,然后利用X射线衍射(XRD)仪检测了原始纯钛以及ECAP变形后纯钛的织构,并与VPSC自洽理论模型计算的ECAP变形织构进行对比分析。结果表明:原始纯钛组织为等轴状,晶界清晰,其{0002}晶面极图的最大极密度为2.6,且主要为P_1织构,易发生柱面滑移,同时压缩孪生系处于易激活状态。而经1道次ECAP变形后的织构转变为P织构,同时出现C_2织构。经过2道次ECAP变形后,P织构消失,只存在C_2织构。VPSC自洽理论模型计算织构与实验织构大致相同,且2道次ECAP变形之后的纯钛试样均易发生基面滑移、拉伸孪生系更易被激活。     

高强TA18钛管数控弯曲织构演变数值模拟

目的获得高强TA18钛管数控弯曲过程的织构演变规律。方法基于高强TA18钛管数控弯曲三维弹塑性显式有限元模型以及耦合粘塑性自洽晶体塑性模型(VPSC),获得钛管数控弯曲过程中的织构演变规律,通过单向拉伸、压缩和数控弯曲实验与EBSD分析验证了织构演变预测的可靠性。结果高强TA18钛管数控弯曲过程中,弯曲角度为0°~90°时,弯曲后管材内外侧均形成径向织构与轴向织构。结论高强TA18钛管的初始织构为近径向织构,在数控弯曲过程中,随弯曲角度增大,管材内侧轴向织构逐渐增多,径向织构先减小后增大;管材外侧的周向织构与轴向织构都逐渐增加;实验对比分析表明,预测的织构变化趋势和实验结果基本一致。     

钛阳极氧化膜的着色研究

TA2型纯钛植入材料在葡萄糖酸钠电解液中阳极氧化可得到丰富的色彩,增强了钛植入体的美观性和功能性.分析表明:工艺参数对氧化膜质量有着重要的影响.电压是影响膜层色彩的最主要的因素,颜色随着电压的变化而发生规律性的改变.经X射线衍射分析,纯钛表面经阳极氧化处理后,其表面生成了一层非晶态的氧化钛薄膜,并且钛晶体的各个表面沿不同结晶方向的腐蚀速率不相同.通过对氧化膜层显微观察和耐蚀性研究,证明阳极氧化及热处理可大大提高钛氧化膜在模拟体液中的热力学稳定性和耐蚀性,且适当的热处理可使非晶态的钛氧化膜转化为稳定的二氧化钛.     

高强TA18钛管微观织构对拉伸力学性能与弯曲成形性能影响研究

目的 揭示高强钛管微观织构强度与宏观各向异性指标CSR值的定量关系,阐明微观织构对钛管拉伸力学性能与弯曲成形性能的影响,为高强钛管冷轧微观织构及性能精确调控奠定重要基础。方法 选取不同轧制工艺条件下获得的高强钛管进行单向拉伸测试及EBSD表征,分析微观织构对管材拉伸力学性能的影响;选取具有典型微观织构分布状态和CSR值的高强钛管进行数控绕弯试验及成形质量测试。结果 单向拉伸力学性能测试结果表明,当CSR值为0.65~2.43时,随着CSR值的增大,颈缩阶段管材的应变与整体伸长率不断增大;数控绕弯试验结果表明,当高强钛管CSR值从1.27提高到1.48时,其断裂前最大弯曲角度从20°提高到110°,当CSR值增大到1.71时,可以成功实现120°的弯曲,并且随着CSR值进一步增大到2.14,弯管件的截面畸变率和壁厚减薄率不断减小。结论 建立了可以准确描述宏观CSR与微观织构强度指标之间定量关系的双曲函数表达式,高强钛管径向织构强度的增强会提升高强钛管变形过程中抗壁厚减薄的能力,并有利于管材弯曲成形质量的提升。     

热轧TA1钛的电子背散射衍射分析

简介了EBSD技术原理,并利用EBSD技术分析了工业纯钛TA1,简要说明了EBSD实验中的试样制备、实验过程、所得数据和数据处理。通过分析得出,热轧工业纯钛中晶界大多数为大角度晶界,晶粒大多已回复和再结晶,存在的织构为(1011)[1 123]和(1015)[2 131]。     

定量确定纤维织构轴密度分布的矢量法

本文将大幅度减少衍射极图测试数目的织构分析矢量法应用于定量确定纤维织构材料的晶粒取向分布;采用蒙特卡罗方法计算系数矩阵σ_(pn)(hkl)。对立方晶系的研究结果表明,由一张极图甚至一张不完整极图即可准确地构建纤维轴密度分布图。     

纯钛滤芯外观质量问题解析

采用扫描电镜对产生外观质量问题的纯钛滤芯表面进行了形貌观察和能谱分析，并采用ICP分析方法对其原材料海绵钛及过程产品钛粉的化学成分进行了检测，综合分析各项试验测试结果，表明导致该质量问题的原因是纯钛滤芯在加工过程中受到了污染，非原材料原因。     

考虑摩擦效应的工业纯钛TA2热压缩变形本构方程及热加工图

目的 研究工业纯钛TA2在变形温度为800～950℃、应变速率为0.001～1 s-1、压下量为50%条件下的热压缩变形行为,构建材料高温本构方程及热加工图。方法 利用Gleeble–3500热模拟试验机进行热压缩试验,对实测流变曲线进行摩擦修正,通过线性回归拟合等方法建立本构方程,基于动态材料模型构建工业纯钛TA2热加工图,确定材料最佳热变形区域。结果 工业纯钛TA2热变形激活能Q为473.491 kJ/mol,应力指数n为3.876 6;最佳热变形参数为变形温度850～950℃、应变速率0.02～0.35 s-1。结论 工业纯钛TA2摩擦修正后的流变应力值均低于实测值,流动应力随变形温度的升高和应变速率的减小而降低。所建立的Arrhenius本构模型可较为准确地描述工业纯钛高温流变行为。工业纯钛TA2在中高温中等应变速率条件下加工性能良好,该区域材料发生了动态再结晶组织转变。     

单道次ECAP纯铝织构演变的有限元模拟

利用晶体塑性有限元(Crystal Plasticity Finite Element,简称CPFE)子程序和ABAQUS商业软件对多晶体纯铝等径弯曲通道(Equal Channel Angular Pressing,简称ECAP)变形进行了细观三维计算机模拟,获得多晶体纯铝在ECAP变形后各晶粒的取向分布数据,并据此得到晶粒取向的ODF图及极图.通过对结果的分析,初始晶粒取向随机分布的多晶体纯铝在ECAP单道次变形后,靠近模具内角的试样和靠近模具外角的试样由于形变的方式不同而形成了不同的织构形态,靠近模具内角的试样形成剪切织构,靠近模具外角的试样形成扭转织构.因此多晶纯铝在通道夹角Ф=90°、外圆角Ψ=20°模具中的ECAP变形并不是通过理想的纯剪切变形实现的.     

SMAT纳米钛的组织及力学性能研究

对纯钛进行表面机械研磨处理(SMAT),并研究其组织结构以及力学性能的变化.研究结果表明,径SMAT处理后,纯钛的表面形成了纳米晶层,而整体转变成为梯度材料.与SMAT处理前的纯钛相比,处理后材料的弹性模量下降,屈服强度和抗拉强度提高而塑性下降.     

基于添加铜过渡层的钛钢异种金属真空扩散焊研究

研究了添加铜箔过渡层进行扩散焊接的纯钛TA2和14MnMoVN钢焊接接头的组织和性能。采用OM、扫描电镜、能谱分析和X射线衍射分析对扩散焊接界面的微观组织、元素扩散和组织结构进行分析观察,通过拉伸试验对接头力学性能进行测试。结果表明:通过添加铜过渡层进行扩散焊接可以获得有效连接的钛/钢异种金属复合接头。结合良好的界面可以划分为接头元素扩散过渡区和铜钛结合区。其中钛向铜扩散,少量铁向铜扩散,这是三种元素的综合扩散过渡区。铜钛结合区是铜向钛扩散的区域,主要产生大量的铜钛金属间化合物。接头拉伸强度可以达到299 MPa,断裂位置位于铜钢结合区。     

多壁碳纳米管对钛基二氧化铅电极电化学性能的影响

为提高钛基二氧化铅电极的电化学性能,利用直流电沉积法制备了多壁碳纳米管(MWCNTs)掺杂改性的电积锌用钛基二氧化铅复合阳极材料。通过XRD、SEM等测试方法,研究了不同多壁碳纳米管添加量对电极活性层的物相组成、微观形貌的影响规律。结果显示:掺杂MWCNTs后,在与PbO_2共沉积过程中会阻碍PbO_2的连续生长,使PbO_2晶体细化,同时MWCNTs的引入使得PbO_2晶体在(301)晶面发生了明显的择优生长。电化学测试表明,与纯Ti/β-PbO_2电极材料相比,Ti/β-PbO_2/CNTs电极材料具有更好的电化学性能,当MWCNTs的添加量为3.0g/L时,电极的析氧过电位为1.566 V,降低了0.054 V;自腐蚀电流密度为5.225×10-6A/cm2,降低了8.095×10-6A/cm2,电极的电催化活性和耐腐蚀性能得到改善。     

冷轧纯钛带分层缺陷分析

利用宏观观察、金相、显微硬度测试等方法,对冷轧纯钛带分层缺陷进行了总结分析。分析结果表明,冷轧纯钛带分层缺陷,是由铸锭真空自耗电弧熔炼(VAR)过程中形成的中心缩孔缩松、气孔及硬α相缺陷引起的。     

锆掺杂钙钛矿型复合材料的制备及抗菌性能研究

采用高温固相法合成钛酸钙,并向材料中掺杂1%、2%、3%、5%、10%质量分数的ZrO2对其进行改性,用XRD、SEM、UV-Vis-DRS等分析方法对材料进行表征,采用烧瓶振荡法对锆掺杂钛酸钙进行抗菌性能测试。结果表明,纯的钛酸钙对金黄色葡萄球菌(ATCC6538)表现出很好的抗菌性,随着锆掺杂质量分数的增加,杀菌率先增加后降低,当掺杂质量分数为3%时,杀菌效果达到最高。     

钛金属粉的潜在应用领域及其寿命周期的影响

据预测，正在开发中的钛金属生产新工艺以及新制造技术将使钛制品的成本下降一半。本文论述了低成本钛粉的潜在应用领域，认为炊具可能成为其主要制品。本文还采用寿命周期的评估方法，阐述了在化学加工设备和汽车尾气排放系统中用钛代替诸如不锈钢等其它材料给环境带来的潜在好处。     

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定纯钛中加入的合金元素

采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定纯钛中加入的合金元素,确定了样品中元素的分析谱线以及优化了仪器工作条件。测试方法的加标回收率在98.0%～112.0%之间,RSD2.90%,与标准样品测试结果一致,测试方法高效可行。     

搅拌摩擦加工细晶TA2工业纯钛晶粒长大规律

TA2工业纯钛经过转速180 r/min、行进速度25 mm/min搅拌摩擦加工后发生剧烈塑性变形,获得晶粒尺寸均匀(平均晶粒尺寸为2μm)的细晶组织。在500～600℃对搅拌摩擦加工细晶TA2工业纯钛进行不同时间的退火处理,利用场发射扫描电子显微镜进行组织观察及织构表征,计算晶粒生长指数和激活能,并建立数学模型,系统研究搅拌摩擦加工细晶TA2工业纯钛晶粒长大行为。研究结果表明,搅拌摩擦加工细晶TA2工业纯钛晶粒长大过程中织构具有稳定性,退火处理后晶粒c轴平行于加工方向。当退火温度为550℃时,部分晶粒优先长大,600℃受热下,晶粒快速长大。在500～600℃内,搅拌摩擦加工细晶TA2工业纯钛晶粒的生长指数为3,生长激活能为328. 5 kJ/mol。研究表明,通过搅拌摩擦加工获得的细晶组织具有较好的晶粒稳定性。     

钛及钛合金搅拌摩擦焊研究进展

搅拌摩擦焊技术已经成功应用于铝合金等低熔点材料的焊接,但针对钛及钛合金等高熔点材料的研究仍在进行之中。从焊具设计、接头显微组织与力学性能和焊接过程仿真等方面综述了钛及钛合金搅拌摩擦焊国内外研究进展,为搅拌摩擦焊技术应用于钛及钛合金提供参考。     

应用加工硬化率研究工业纯钛动态再结晶行为

为研究工业纯钛的动态再结晶行为,利用Gleebe实验机对工业纯钛在变形温度为700,800,900和950℃及应变速率为0.01,0.1,1和5s-1的条件下进行热模拟压缩实验。应用加工硬化率对实验得到的应力-应变数据进行处理,结合变形后材料微观组织的分析,求得工业纯钛的动态再结晶临界条件。结果表明,工业纯钛在热变形过程中发生了回复与再结晶;发生动态再结晶时,再结晶临界应变随温度的升高及变形速率的降低而减小。将lnθ-ε曲线的拐点处对应的应变作为材料的再结晶临界应变是合理的,工业纯钛动态再结晶临界应变εc与峰值应变εp之间满足εc=0.485εp。