粉末冶金Ti_2AlNb合金的制备及持久寿命

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数,%)的预合金粉末,通过包套热等静压工艺制备了粉末Ti2AlNb合金。研究结果显示热等静压温度显著影响粉末Ti2AlNb合金的冶金质量,需严格控制。对制备的粉末合金进行了热处理,分析了热处理制度对粉末Ti2AlNb合金相组成、显微组织、拉伸及高温持久寿命的影响,优选了粉末Ti2AlNb合金的热处理工艺。粉末Ti2AlNb合金高温持久寿命受多方面因素协同影响;时效温度较低时(800-850℃),随着时效温度的升高,次生O相板条宽度和长度增加、α2相体积分数减少,协同作用的结果是持久寿命增加;时效温度较高(850-900℃)时,次生O相尺寸、α2相体积分数变化不显著,B2相体积分数增加及α2相尺寸的增大对持久寿命的提高起了关键作用。     

晶界相对高温合金中高温塑性的影响

采用晶界萃取碳复型技术研究了不同强化强度的铁基，镍基高温合金晶界析出相随成分和晶粒度的变化规律及其对中高温塑性的影响，结果表明，合金的中高温拉伸塑性的高低主要取决于晶界析出相的种，形貌，密度和分布等因素，随晶粒长大合金中高温塑性降低的主要原因是晶界相的析出量增多、分布密度增大而使之脆化所致，单纯晶粒几何尺寸的变化对拉伸塑性影响不明显。     

粉末冶金Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.15B合金的制备及力学性能影响因素

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了名义成分为Ti-47Al-2Cr-2Nb-0.15B(%,原子分数)的预合金粉末,并对预合金粉末进行了表征。比较了两种不同预处理制度下粉末γ-Ti Al合金的室温拉伸塑性和高温持久寿命。结果表明,真空除气预处理能减小粉末γ-Ti Al合金中孔隙缺陷的尺寸及数量从而使粉末γ-Ti Al合金的室温塑性稳定性和高温持久寿命提高。为了分析包套材料对粉末γ-Ti Al合金组织与力学性能的影响,选择低碳钢和商业纯钛(CP-Ti)作为包套材料。结果表明,在1260oC热等静压条件下低碳钢包套与γ-Ti Al合金发生显著的反应扩散,形成的孔隙缺陷恶化了材料的力学性能。在1230oC热等静压条件下CP-Ti对热等静压压力屏蔽作用比低碳钢小,CP-Ti/γ-Ti Al压坯更易发生充分的塑性变形,粉末γ-Ti Al合金强度更高。粉末γ-Ti Al合金无织构,晶粒细小,组织均匀,拉伸性能优于铸造γ-Ti Al合金。     

Ti含量对NiAl-Cr(Mo)共晶合金凝固组织的影响

添加Ti降低了NiAl-Cr(Mo)共晶合金凝固过程中NiAl/Cr(Mo)共晶生长速度,导致NiAl/Cr(Mo)胞状共晶组织的粗化,并因合金偏离共晶成分而促进先共晶NiAl相的形成.在添加Ti的NiAl-Cr(Mo)共晶合金中,Ti主要分布在基体NiAl相中.随着Ti含量的提高,过饱和的NiAl(Ti)基体发生分解,促进了Ni2AlTi相的形成,并且NiAl/Cr(Mo)胞状共晶组织发生退化.Ni-33Al-28Cr-3Mo-5Ti共晶合金的NiAl基体中析出细小的Cr(Mo)相,Cr(Mo)共晶相中析出细小的NiAl相.     

Fe-25Cr-35Ni系合金中的第二相，

采用光学显微镜和扫描电子显微镜以及能谱仪研究了Fe-25Cr-35Ni系合金中的第二相种类和分布。结果表明：Fe-25Cr-35Ni系合金中的第二相主要有3种,即富铌相、氮化物相和碳化物相;其中,富铌相主要沿晶界分布,并且富铌相之间存在成分差异;氮化物相主要为TiN,一般与富铌相共生,其分布主要与氮化物偏析有关;碳化物相数量较多,分布较广泛,晶内、晶界、孪晶界和孪晶内均有分布,经高温固溶处理后可固溶到奥氏体基体中。     

14CrODS铁素体钢的制备及其拉伸性能

通过机械合金化制备了成分(质量分数/%)为Fe-14Cr-0.5Ti-0.35Y2O3的氧化物弥散强化合金粉末,机械合金化后粉末内部各合金元素分布均匀。采用热等静压的方法制得14CrODS铁素体钢,并对其进行锻造和热处理。与未添加氧化物弥散颗粒的14CrNA相比,14CrODS钢的强度有明显提高,但是与MA957有一定差距,抗拉强度有待改进;与MA957相比,14CrODS表现出良好的塑性,锻造可进一步提高14CrODS的高温塑性,但是锻造过程中的残余应力使材料低温拉伸时呈脆性,退火可去除残余应力,极大地提高14CrODS的塑性,使其远优于MA957。     

Fe-Cr-Co-Mo合金的穆斯堡尔效应的研究

应用穆斯堡尔谱学方法半定量测定了Fe-Cr-Co-Mo永磁合金在最佳磁性状态两相的成分及相对量。Fe-23Cr-15Co-2Mo-0.5Ti柱晶合金和Fe-30Cr-25Co-3Mo-1Ni-0.5Zr等轴晶合金的a_1相分别为78Fe-18Co-4Cr和60Fe-37Co-3Cr。a_2相分别为12Fe-3Co-85Cr和9Fe-3Co-88Cr,a_1相的相对量分别为0.72和0.62。结合透射电子显微镜,磁转矩仪和冲击磁测仪测定了合金中强磁性相粒子的尺寸,单轴各向异性常数和合金矫顽力等磁性能参数。按单畴粒子理论计算了合金的矫顽力,所得结果与实测值符合较好,从而认为Fe-Cr-Co-Mo合金的高矫顽力来自于单畴粒子的磁矩转动。     

晶界相对高温合金中高温塑性的影响

采用晶界萃取碳复型技术研究了不同强化程度的铁基、镍基高温合金晶界析出相随成分和晶粒度的变化规律及其对中高温塑性的影响。结果表明：合金的中高温拉伸塑性的高低主要取决于晶界析出相的种类、形貌、密度和分布等因素；随晶粒长大合金中高温塑性降低的主要原因是晶界相的析出量增多、分布密度增大而使之脆化所致。单纯晶粒几何尺寸的变化对拉伸塑性影响不明显。     

高Ca/Al比的Mg-Al-Ca合金的超塑性

针对3种高Ca/Al比的Mg-Al-Ca合金(Mg-3.7Al-3.8Ca,Mg-4.4Al-4.5Ca和Mg-4.9Al-5.0Ca)的超塑性行为展开研究,研究结果表明,铸态镁合金具有二次相Al2Ca分布于晶界的枝晶结构。经挤压后,合金的晶粒被细化,二次相也被细化为更小的粒子。这些合金在400℃时表现出很高的伸长率,Mg-4.9Al-5.0Ca在400℃时3.6×10-4 s-1应变速率下获得最大伸长率572%。超塑性流变的变形机制为晶格扩散(DL)控制的晶界滑移(GBS)。对于挤压态Mg-4.9Al-5.0Ca合金,大部分高温稳定相Al2Ca粒子尺寸为80nm,对晶粒长大的抑制作用强烈,在晶界滑移时协调变形,因此在3种合金中Mg-4.9Al-5.0Ca具有最好的超塑性。     

热等静压温度和粉末粒度对Ti2AlNb合金组织与性能的影响

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子分数, %)的预合金粉末,通过预合金粉末热等静压工艺制备了Ti₂AlNb粉末冶金合金。研究结果表明,热等静压温度显著影响Ti₂AlNb粉末冶金合金的显微组织,需严格控制。为了对比研究,选取了平均粒度分别为70 μm和200 μm的两种Ti₂AlNb预合金粉末,制备坯料并测试性能,探讨了粉末粒度的选取原则,分析了粉末粒度对Ti₂AlNb粉末冶金合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,粉末粒度对合金室温拉伸强度无显著影响,但会对高温拉伸强度和高温持久寿命产生显著影响,由粗粉(平均粒度200 μm)制成的合金高温持久寿命较细粉(平均粒度70 μm)的降低大约40%。     

放电等离子烧结制备Nb-Si-Ti-Al-Hf-Cr合金的显微组织及力学性能

以预合金化的粉末尺寸D50为3.3μm的NbSS固溶体相细粉末,粉末尺寸D50分别为22.1μm和23.5μm的Nb5Si3和Cr2Nb化合物粉末为原料,采用放电等离子烧结技术制备NbSS/Nb5Si3两相合金和NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb三相合金,研究显微组织形貌、室温和高温力学性能及高温氧化性能。结果表明:两相合金的显微组织由NbSS基体和呈均匀岛状分布的Nb5Si3组成,三相合金中NbSS有相互连接成基体的趋势,而Nb5Si3和Cr2Nb相也以块状散布在NbSS中。NbSS/Nb5Si3两相合金和NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb三相合金的室温断裂韧性值KQ分别达到15.1MPa·m1/2和11.3MPa·m1/2,室温下合金中NbSS相以韧窝型断裂为主,对Nb-Si基合金的室温断裂韧性有利,而Nb5Si3和Cr2Nb相为脆性断裂。1250℃时NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb合金的压缩强度高于NbSS/Nb5Si3合金,但当温度上升到1350℃时两者强度出现反转。Cr2Nb相对合金高温抗氧化性能有利,1250℃下静态氧化100h时NbSS/Nb5Si3合金的氧化增重为233mg/cm2,大于NbSS/Nb5Si3/Cr2Nb合金的175mg/cm2。     

挤压变形和热处理工艺对FGH95合金γ′相析出的影响

γ′(Ni3(AlTi))相强化的镍基粉末高温合金(FGH95)采用热挤压工艺可以明显改善合金晶粒大小、γ′相尺寸、分布以及碎化夹杂物,是一种优良的热加工变形的成型工艺.本工作研究FGH95合金经热等静压 热挤压 热处理工艺处理后强化相γ′的析出行为,以及对合金力学性能的影响.实验结果表明:热等静压温度升高,中等尺寸γ′相平均尺寸增大.热挤压后,热等静压态中的γ′相尺寸发生长大,改变大、中、小γ′相的数量比例.固溶热处理后冷却速度明显影响γ′相尺寸变化,盐浴冷却增加中等尺寸γ′相数量,明显改善合金高温塑性.     

固溶温度对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金棒材组织和性能的影响规律

研究了固溶温度对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明,钛合金固溶处理温度在相变点以下,空冷后,显微组织由β相、初生α相以及次生α相组成。随着固溶温度的升高,显微组织中β相晶粒尺寸增大,晶界α相厚度减小,产生有序化现象,而次生α相数量和尺寸减小,使合金的强度降低,塑性升高,但固溶处理温度为800℃时,网状晶界α相使塑性迅速下降;当固溶处理温度在相变点以上,Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金重新形核并长大,随着固溶温度的升高,β相晶粒尺寸增大,初生α相数量减少,强度和塑性都下降,过冷β相晶粒发生应力诱发马氏体现象。     

Fe_2Al基金属间化合物合金的焊接研究进展

Fe_3Al基合金成本低廉、密度较低、抗氧化及抗硫蚀性优异,是最接近应用的结构材料之一。“九五”期间的研究,通过合金化及B2热机械处理,室温塑性得到明显改善,达10％～15％以上。 本工作在解决Fe_3Al基金属间化合物合金大体积材料的熔炼、锻造、热轧工艺问题,获得180～200mm宽薄板的基础上,研究了Fe-28Al-5Cr与Fe-28Al-5Cr-0.5Nb-0.1C合金的高温变形行为,发现在850℃左右,应变速率为8.33×10~(-4)s~(-1)时,呈现出大晶粒的超塑性变形行为,延伸率分别达到145％和254％。这意味着不需要获得细晶的特别工艺处理就可以直接进行超塑     

固溶时效对铸造Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo-2Nb钛合金组织和性能的影响

研究了固溶时效制度对铸造Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo-2Nb钛合金组织及力学性能的影响。结果表明,适当的热处理制度可以明显提高合金的室温及高温强度,但是塑性略有下降。Ti-6Al-2Sn-2Zr-2Cr-2Mo-2Nb铸造钛合金组织以集束状的片状α相为主,热处理后α集束的尺寸得到细化。采用915℃×2 h+空冷+590℃×4 h+空冷的热处理制度可以得到较理想的显微组织和良好的室温及高温综合力学性能。     

(Si+Mn)/Fe对Al-5Cu合金铸态组织及力学性能的影响

在Al-5Cu-0.3Fe高强铸造合金中添加Mn和Si,采用OM、SEM、EDS及DSC等分析方法研究(Si+Mn)/Fe质量比(K=3、4、5和6)对其铸态组织及力学性能的影响。结果表明：随着K值的增大，富Fe相形貌的变化趋势为针状→汉字状→粗大汉字状富Fe相聚集，富Fe相由针状Al₃FeMn向汉字状Al₆FeMn转变。Al-5.0Cu-0.3Fe-1Si-xMn合金，K=4时，拉伸断口展现良好的塑性特征，合金的综合力学性能最佳，比K=3时抗拉强度和延伸率分别提高了22%和65%。Si和Mn元素对Al-5.0Cu-0.3Fe合金的富Fe相有良好的变质作用。适当减少Mn的添加量，而增加Si的含量，保持(Si+Mn)/Fe=4,有助于减少合金的孔洞缺陷，降低热裂敏感性，较好地调控富Fe相形貌和尺寸。     

Mo/Nb/Ta/Ti微合金化310S不锈钢在700℃的第二相析出

高Cr/Ni奥氏体不锈钢在高温下的组织稳定性及第二相析出直接影响合金的力学性能,本文以低碳310S奥氏体不锈钢(Fe-25Cr-22Ni-0.046C,%,质量分数)为基础合金,通过添加多种微量合金化元素(Mo,Nb,Ta,Ti)来研究其对合金第二相析出的影响。采用真空电弧炉熔炼合金锭样品,并在1150℃进行多道次热轧,然后进行1150℃/0.5 h固溶处理(水冷),900℃/0.5 h稳定化处理并随炉冷却,最后在700℃下进行25~408 h时效处理。对不同状态下的样品进行XRD结构分析、金相(OM)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)组织表征以及力学性能测试。实验结果表明,Mo/Nb/Ta/Ti共同微合金化虽然提高了合金的强度,但会使得脆性s相出现在初期的稳定化阶段,并且在随后的时效过程中,随时效时间延长,s相含量增加,但是已经析出的Cr_(23)C_6也会逐步溶解,从而恶化了合金高温下的力学性能。微量合金化会影响310S合金高温下的第二相析出行为,而影响其组织稳定性。     

Fe3Al基合金用作结构材料的应用基础研究

研究了Fe-28Al-5Cr与Fe-28Al-5Cr-0.5Nb-0.1C合金的高温变形行为,发现温度在850℃左右,应变速率为8.33×10-4s-1时,呈现出大晶粒的超塑性变形行为,延伸率分别达到145%和254%.这意味着不需要获得细晶的特别工艺处理就可以直接进行超塑性成形.与传统细晶导致超塑性不同,其激活能分别为243kJ/mol和218kJ/mol,变形机理为位错运动而不是晶界滑动.在较低的应变速率及大约850℃下制备出壁厚为1.7～2mm,直径为50mm的薄壁管坯分别用电子束焊(EBW)及钨极氩弧焊(GTA)两种方法对厚度为2mm左右的Fe-Al基合金试样进行了可焊性及焊接工艺优化研究.电子束焊在真空中进行,集中的高能量输入使熔合区组织细化,可实现对Fe3Al基合金的焊接.采用钨极氩弧焊时,以中低碳铬钼钢为填充料,降低焊接电流和热输入,对焊件采用适当的预热、缓冷工艺,是焊接工艺优化的主要因素,应用可焊性及焊接工艺优化研究的结果,制备出相应尺寸的薄壁焊管.     

热处理对Ti-35V-15Cr-0.15Si-0.05C合金热稳定性能的影响

通过对Ti-35V-15Cr-0.15Si-0.05C合金轧制环件取样进行热处理和热稳定性能实验,研究了850℃和950℃固溶处理和950℃固溶后在600℃和700℃实效后的热稳定性能和微观组织。结果表明:合金仅经过固溶处理α相析出不明显,而经过固溶加时效处理后α相在晶界和晶内大量析出,在热稳定性能测试时,经过540℃100h热暴露后,α相进一步析出。合金α相是影响合金拉伸性能的主要因素,在晶界析出的连续α相导致合金塑性急剧下降;通过850℃固溶热处理能够获得较好的室温拉伸和热稳定性能。     

粉末Ti-22Al-24Nb-0.5Mo合金热变形能力的对比研究

采用预合金粉末热等静压工艺制备名义成分为Ti-22Al-24Nb-0.5Mo(原子百分数)的粉末Ti2AlNb合金,对粉末合金、经热处理的粉末合金和同种成分的熔铸Ti2AlNb合金进行了压缩实验。结果表明,粉末Ti2AlNb合金具有与熔铸变形合金相当的变形能力,热处理对粉末Ti2AlNb合金的变形能力没有明显的影响,粉末合金在低温和高应变速率下的变形抗力更低,不易开裂。采用典型粉末成型工艺制备粉末Ti2AlNb热变形坯料,在两相区进行了不同变形量的墩粗和拔长热变形。结果表明,粉末Ti2AlNb坯料变形后没有宏观裂纹,变形均匀。拉伸实验结果表明,变形后经热处理的粉末Ti2AlNb合金表现出更好的拉伸性能。