β-TiAl-xCr合金的相稳定性与力学性质预测

采用第一原理赝势平面波方法研究了Cr在B2-TiAl完整与缺陷晶体中的择优占位趋势,并基于虚拟晶体近似(VCA)与Born稳定性判据,计算了Cr合金化(浓度22.0%,原子分数,下同)完整与缺陷B2-TiAl晶体的弹性性质和Cr稳定β相的合金化浓度,进而采用Cauchy压力参数(c12-c44)、杨氏模量E、剪切模量G及其与体模量B的比值G/B表征和评判了Cr浓度对β-TiAl-x Cr多晶合金强韧化效果的影响。结果表明:B2-TiAl晶体的点缺陷结构主要为Ti反位,Cr在B2-TiAl完整与缺陷晶体中都优先占据Al原子位。在化学计量比β-Ti50Al50-xCrx合金与富Ti的β-Ti56Al44-xCrx合金中稳定β相的Cr合金化浓度分别为10%~15%和9%~20%。对于化学计量比β-Ti50Al50-xCrx(x=10~15)合金,Cr合金化可显著提高其强度与硬度,且浓度越高强化效果越好,但不存在明显的韧化效果;对于富Ti的β-Ti56Al44-xCrx(x=9~20)合金,合金塑性与韧性随Cr合金化浓度增加而变好,但Cr合金化的强化作用则不明显。     

超弹性β-Ti合金研究进展

生物医用β-Ti合金因具有低弹性模量和超弹性的特点而备受关注。亚稳定β-Ti合金的超弹性来源于应力诱发的β→α″马氏体转变及其逆转变。以分析Ti-Nb基和Ti-Mo基两合金体系为基础,对β-Ti合金的研究现状进行了归纳总结,阐述了合金元素添加对β相马氏体转变和超弹性的影响,指出提高超弹性的关键是通过提高β相的屈服强度和调整成分获得合适的Ms点,随后介绍了超弹性β-Ti合金经不同热处理后能够获得更高的超弹性回复,最后对生物医用β-Ti合金的发展进行了展望。     

高强度Ti-Cu-Fe-Si-Nb树枝晶-超细晶复合材料的结构与力学性能

通过合金成分设计和铜模铸造开发出了不含高生物毒性元素Ni且具有高强度和良好室温塑性的Ti_(64)Cu_(25-x)Fe_(10)Si_1Nb_x(x=1,3,5,7;%,原子分数)树枝晶-超细晶结构复合材料,并研究了Nb元素含量对该系合金微观结构和力学性能的影响。研究结果表明, Ti_(64)Cu_(25-x)Fe_(10)Si_1Nb_x(x=1, 3, 5, 7)合金由β-Ti相、亚微米级CuTi_2和CuTi_3相组成。随着Nb元素含量的增加,合金中β-Ti相的体积分数增大,且当Nb含量为5%和7%时,β-Ti相呈枝晶状且分布较均匀。该系合金表现出高压缩断裂强度和硬度,分别为2125～2230 MPa和HV 505～520;压缩塑性应变为3.4%～14.3%,随着Nb含量的提高而增大。因此,通过Nb元素合金化能够有效调控Ti-Cu-Fe-Si-Nb系合金的相组成和力学性能,所开发的Ti-Cu-Fe-Si-Nb合金具有作为手术器械材料在生物医用领域应用的前景。     

合金元素对机械合金化和放电等离子烧结Ti-Nb基合金显微组织的影响

β-Ti型结构的钛基材料在生物材料领域具有广泛的应用前景。本文采用机械合金化法和放电等离子烧结制备β-Ti型Ti-Nb基合金,研究不同Nb,Fe含量对合金显微组织及力学性能的影响。利用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和透射电镜(TEM)等手段分析合金的显微组织变化情况。结果表明:机械合金化过程中,粉末的平均粒度减小,当球磨时间超过60 h时粉末易发生团聚。当球磨转速为300 r/min,球料比为12:1,Ti和Nb的质量分数分别为64%和24%时,球磨100 h后制备的粉体材料中具有一定体积的非晶相。该粉末在1 000℃下通过放电等离子烧结(SPS)制备具有均匀细小的球状晶粒组织的Ti-Nb合金,其强度、伸长率和弹性模量分别为2 180MPa,6.7%和55 GPa。通过控制Nb,Fe的含量,可以促进β-Ti相形成,获得高强度和低杨氏模量的Ti-Nb合金。     

铁基体中碳化钛团簇结构和稳定性的分子动力学研究

以高强度低合金钢中的碳化钛团簇为研究对象,采用分子动力学方法对碳化钛团簇在金属铁中的结构和稳定性进行了模拟,研究了铁基体中碳化钛团簇的变化,并与无铁基体的碳化钛团簇进行了比较,分析了碳化钛团簇的结构、能量特性以及团簇的稳定性;考察了碳化钛团簇尺寸和成分等因素对碳化钛团簇结构和稳定性的影响规律。研究结果表明,铁基体作用下的碳化钛团簇结构有了显著变化;碳化钛团簇的尺寸和组成对团簇结构和稳定性有重要影响,随着团簇尺寸的增加,碳化钛团簇结构差异越大;铁基体中C/Ti比为2的碳化钛团簇的稳定性最好。     

炼钢合金减量化智能控制模型及其应用

基于K均值聚类法对转炉出钢过程的合金损耗进行了研究,分析了影响合金损耗的关键因素,并将其分为3个聚类,得到转炉出钢合金损耗最低的工艺模式。在此基础上,开发了基于PCA-BP神经网络和混合整数线性规划的合金减量化智能控制系统,并以某炼钢厂为例进行了实际应用。通过对模型进行在线运行,验证了模型的准确性和实用性。使用该模型后,提高了合金化钢液成分准确度,减少由传统人工经验计算配料造成的成本浪费和成分超标等情况,优化了合金配料方案,降低了炼钢合金化成本,不同钢种铁合金加入总成本降低5.95%～14.74%,平均降幅11.72%。      

开发杨氏模数低的β钛合金

在冷加工性及强度、延性之间平衡方面优良的β-Ti合金主要用于飞机部件，近年来，其用途正在不断向民生品扩展。但是，由于β-Ti合金切削加工困难，其应用受到制约。日本大同特钢公司为进一步拓展β-Ti合金的用途，开发了利用稀土类系金属硫化物的新易切削β-Ti合金，其化学成分为：16．0％V，5．9％Cr，4．1％Al，0．32％REM（混合稀土合金），0．07％S，其余为Ti。     

亚稳Ti-27Nb合金单晶的变形行为

<正>亚稳β型钛合金由β相向α″相转变的应力诱发马氏体相变及其逆相变的过程中表现出超弹性,使其作为新的无镍形状记忆合金,前景备受期待。针对亚稳β型钛合金的马氏体相变和形状记忆超弹性特性已开展了多项研究。为明确Ti-27Nb合金(原子分数)的应力诱发α″马氏体相变过程中的塑性变形行为,东京工业大学T.Masaki对Ti-27Nb合金单晶进行了研究。首先采用光学浮动区域熔融法制备了Ti-27Nb     

银含量对多孔钛微观结构和力学性能的影响

以具有抗菌性的银作为合金化元素,以碳酸氢铵作为造孔剂,应用粉末冶金的方法制备出不同银含量的多孔钛银合金,并应用称重法、带能谱的扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能力学试验机等研究了银含量对多孔钛微观结构和力学性能的影响。结果表明:银的添加量为3%时,多孔钛的孔隙率从65.18%升高到68.25%,多孔钛银合金的抗压强度和弹性模量均增加。进一步增加银的含量到10%时,多孔钛银合金的孔隙率保持在68%左右,其抗压强度和弹性模量变化较小。银的加入对多孔钛的孔结构无明显影响,其相成分主要为α-Ti。多孔钛银合金具有良好的孔结构和力学性能,有潜力用作抗菌骨科植入材料用于松质骨缺损修复。     

钛合金金相试样的恒电位深浸蚀

本文叙述了几种工业钛合金在硫酸-琥珀酸-甲醇溶液和硝酸-氢氟酸水溶液中的介稳态阳极极化曲线,并用来选择最佳深腐蚀电位,制备出适合在扫描电镜下观察的金相试样。在这些电解液中,α-Ti 合金的溶解速度高于(α+β)-Ti 合金及近β-Ti 合金。     

一种新型亚稳β钛合金的热变形本构模型

基于新型亚稳β钛合金Ti2448在温度范围为1023～1123 K,应变速率范围为63.000～0.001 s-1的等温热压缩流动应力曲线特征,采用经典的应力-位错密度关系式和动态再结晶动力学模型构建了完整描述亚稳β钛合金热变形流动应力与应变、应变速率和变形温度关系的本构模型.位错密度变化方程和Avrami方程被用来分别描述合金在高(≥1s-1)低(＜1 s-1)应变速率下呈现的动态回复(DRV)和动态再结晶(DRX)两种不同的变形机制.最终通过应用全局优化求解非线性方程的新方法确定本构模型中的相关参数.根据本文所建模型得到的预测曲线和实验曲线吻合较好,能够有效预测Ti2448在热变形过程中的流动应力,为构建亚稳β钛合金热变形本构模型提供一种有效方法.     

生物医用β型Ti-25.6Nb-19.4Ta合金设计与微观结构的研究

利用钛合金β稳定系数Kβ设计制备了4种具有不同组元和成分的医用钛合金,4种钛合金的Kβ值均在1.0～1.5之间,属于理论上的近β型钛合金。通过X射线衍射分析和背散射电子衍射分析,从4种合金中优化出均匀合金化的3元β型医用Ti-25.6Nb-19.4Ta(%,质量分数)合金。利用硬度测试、压缩实验与透射电子显微镜(TEM)等手段对Ti-25.6Nb-19.4Ta合金在铸态、固溶态和400℃不同时间时效处理后的性能和微观结构进行了测试与分析,结果显示:Ti-25.6Nb-19.4Ta合金经过400℃时效处理后,其硬度、强度、弹性模量等随α相、ω相的析出变化明显。对这些变化的分析,揭示了合金的性能与显微结构的密切关系。     

合金熔体结构和原子- 分子热力学模型

对金属熔体结构的研究证实熔体中存在短程有序结构,而含金属间化合物的合金熔体中发现了原子- 分子结合的团簇结构,即固态下的金属间化合物在熔体中并没有消失,而是以团簇结构（实际上就是液态的分子）存在,并与熔体中的自由原子存在化学平衡。从熔体结构出发,提出了适用于合金熔体的原子- 分子热力学模型。然后以Ca- Mg合金熔体为例,介绍了该模型的构建和求解方法,并计算了1010K下的Ca- Mg合金熔体中各物质的摩尔分数。最后,将计算得到的钙、镁摩尔分数与各自的实测活度值进行比较,发现两者吻合得较好。这从计算上证明了合金熔体中同时存在着金属原子和金属间化合物分子,两者处于动态化学平衡之中。且达到平衡时,金属原子的摩尔分数实际上就是各自的活度。因此,对于合金熔体而言,活度并不存在。     

射频等离子体制备增材制造用球形钛钽合金粉末

采用射频等离子体球化技术对氢化破碎不规则形貌的钛钽合金粉末进行球化处理,研究了送粉速率、载气流量和鞘气中氦气流量等工艺参数对钛钽合金粉末球化率、粉体性能和显微结构的影响,并开展了球化后钛钽合金粉末选区激光熔化成形适用性评价.结果 表明:经过射频等离子体球化处理后,粉末截面组织由板条状α"-Ti和胞状β-Ti组成,球化率...     

亚稳β钛合金的晶界裂纹扩展行为

正长途货运工具的结构轻量化是降低油耗的需要,轻量化的潜在材料包括Al-Li、高强度亚稳β钛合金等。由于亚稳β钛合金在常温下有韧性断裂倾向,其在关键结构件中的应用受到限制。将导致亚稳β钛合金晶界韧性断裂的因素量化,进而降低其使用时的失效风险是十分必要的。目前,对亚稳β钛合金的晶界韧性断裂问题已进行了定性研究,但     

原料粒径与烧结温度对放电等离子烧结Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金组织和性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备生物医用Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金,研究原料粒径与烧结温度对合金显微组织和力学性能的综合影响。结果表明:烧结合金组织由β-Ti相基体及少量未熔化金属颗粒和残留α-Ti相组成,烧结温度的升高会减少未熔化金属颗粒和残留α-Ti相;在相同烧结温度下,Nb、Ta、Zr金属颗粒粒径的减小,会促使烧结合金中的β-Ti相组织更为均匀并使未熔化金属颗粒明显减少,从而降低合金的压缩弹性模量和提高合金的抗压强度与致密度;在Nb、Ta、Zr金属颗粒粒径为10.5μm和烧结温度为1 200℃时,合金获得了压缩弹性模量为46 GPa、抗压强度为1 550 MPa的最佳综合力学性能。     

LCHβ型Ti—44528S合金板材的开发与应用

新型LCHβ型Ti-44528s合金是一种加入了8种合金化元素的亚稳钛合金。对其板材的生产工艺及性能研究表明,冷轧板材经多级时效处理后,硬度高于HRC53;其板材经固溶和多级时效处理,σb≥1650Mpa,σ0.2≥1600MPa,δ≥4%。该合金巳用作海军潜水刀材料。     

Nb-38Ti-11Si-3Al新型高温合金的氧化行为

采用机械合金化制备混合粉末，再通过真空热压法制备具有高致密度、组织性能均匀的Nb-38Ti-11Si-3Al双相合金，并考察其高温氧化行为。利用金相显微镜、XRD、SEM和EDS等手段分析合金成分、显微组织与形貌对合金氧化行为的影响。结果表明：通过高能球磨和真空热压制备Nbss＋（Ti，Nb）5Si3复合材料是可行的，α-Ti片层组织使基体中氧的固溶度大为降低，（Ti，Nb）5Si3相降低了氧在基体中的溶渗度，合金表现出良好的高温抗氧化性能。     

Al-Mg-Si-Mn合金时效性能及析出行为研究

采用透射电镜、差示扫描量热分析和硬度测试等方法,研究了Al-Mg-Si-Mn合金的时效性能及析出行为。结果表明,实验合金在170℃时效8h达到硬度峰值,并在一段时间内能保持较高硬度,57h后硬度开始迅速下降;主要强化相β″可长时间从基体中析出,当合金中大量析出β′相和B′相时,硬度明显降低。实验合金的析出相析出顺序为,过饱和固溶体→团簇→GP区→β″相→β′相+B′相→β相。     

钒合金的电子辐照损伤研究

在室温(20℃)和高温(450℃)下,使用1 m V-高压透射电子显微镜(TEM)原位观察了V-4Cr-4Ti合金微观组织结构的演化和点缺陷团簇行为。原位电子辐照诱导Ti-C-O析出物发生分解,并引入缺陷团簇。这些缺陷团簇捕获电子辐照引入的点缺陷,随着辐照剂量的增加而单调长大。分析这些缺陷团簇平均尺寸与辐照剂量的依赖关系发现:当辐照剂量高于1 dpa时,缺陷团簇的长大速率小于辐照剂量低于0.5 dpa时的速率,说明V-4Cr-4Ti合金中缺陷团簇的长大速率随着辐照剂量的增加而减小。167℃下,运用电子加速器对V-4Cr-4Ti合金进行了离位电子辐照实验,采用小冲杆实验法(SPT)对电子辐照前后V-4Cr-4Ti合金样品进行了力学性能测试。发现相比于未经电子辐照的钒合金样品,经过电子辐照的钒合金样品开始发生塑性形变的位移减少了0.04 mm,说明经过电子辐照后,合金发生了延性损失,塑性降低。随着电子辐照剂量的增加,钒合金样品的最大断裂载荷和断裂韧性均单调增加。