大型TA15钛合金板坯热加工中α相形态演变

通过不同取向截面上的组织观测及定量金相分析,研究具有拉长α相的TA15钛合金板坯在两相区热加工中组织形态的演变机制。结果表明：变形后组织形态主要由加载方向决定;沿法线方向加载时,垂直于法线方向截面上的组织为等轴α相,而垂直于轧向截面上的组织沿切向拉长的条状α相;沿轧向加载时,垂直于法线方向截面上的组织为沿切向拉长的条状α相,而垂直于轧向截面上的组织为条状α相与宽带状α相混合的不均匀组织。变形温度较低时,由于α相的动态破碎,条状α相的轴比较小。变换加载方向进行两道次加载（先法向后轧向或先轧向后法向）时,两个截面上初生α相的轴比差较初始组织减小,等轴度有所提高。     

固溶时效处理对TC20钛合金α相演变和硬度的影响

采用SEM、TEM、XRD和硬度等技术对先固溶(840 ℃×0.5 h)后不同时效(460 ℃×4 h;320 ℃×15 min→460 ℃×4 h;320 ℃×10 min;460 ℃×10 min)热处理工艺的TC20合金试样进行了观察与表征,研究TC20合金的α相对时效过程中β→α相转变。结果表明:热轧态组织由α相与β相共同组成,固溶态组织相中生成了许多小尺寸α相。采用460 ℃×4 h进行处理试样内形成了片状分布的α相,采用320 ℃×15 min→460 ℃× 4 h处理试样内形成了具有更小长宽比的α相,并且该试样内的大部分α相尺寸均接近100 nm。两种时效方法形成的第二相都是α相,采用320 ℃×15 min→460 ℃×4 h处理具有尺寸更加细小的α相。当温度到达460 ℃时更多α相可以通过ω相进行形核,从而在β基体上形成致密均匀分布状态。采用320 ℃×15 min→460 ℃×4 h处理后合金中的ω相已不存在,同时析出了更多的α相,合金硬度高达503 HV,显著高于β基体的硬度,α相可以促进合金硬度的大幅提升。     

IMI834钛合金等温和非等温热处理过程中片层α相析出行为的定量表征

为了揭示冷却速度对片层α相析出的影响机制,采用试验分析方法对IMI834钛合金在等温和非等温热处理过程中片层α相的析出行为进行定量表征.通过热膨胀试验获得不同冷却速度下片层α相的临界析出温度.基于金相显微镜和电子探针分析以及数据拟合方法,建立片层α相的平均宽度、体积分数以及α和β相内的溶质浓度随温度和冷却速度的定量演化...     

TA12A钛合金热处理过程中等轴和片层α相演变行为研究

为研究Ru对高代单晶高温合金组织稳定性的影响,制备分别含有6wt.%Ru和4.5wt.%Ru的两种单晶高温合金D1和D2,完全热处理后置于980℃和1160℃下进行200h的长期时效,分析合金长期时效后的显微组织、不稳定相TCP成分及晶体结构。结果表明：980℃时效200h后,含Ru较多的D1合金中TCP析出量显著多于D2合金;1160℃时效200h后,D1合金中未观察到TCP相,而D2合金中观察到少量TCP相;两种合金析出的TCP相为同一种TCP相,Ru为其主要形成元素之一。结合d电子能级计算和热力学计算分析试验结果表明：Ru对单晶高温合金TCP析出的影响具有两面性,一方面Ru含量提高会使合金d电子能级增大,增加合金TCP析出倾向;另一方面Ru含量增加可降低高熔点元素在γ相中的偏析程度,进而减小因高熔点元素在γ相中过饱和而导致的TCP相析出量;在不同温度下,起主要作用的因素会有所不同。     

Ti-5321合金热处理过程中α相的析出行为

研究了Ti-5321合金不同热处理制度下的α相析出行为。结果表明:β单相区固溶后的组织为单一的β晶粒组织,α/β两相区固溶后的组织中含有β基体和分布于β基体的初生α相。这两种组织在后续的时效过程中均析出细小针状次生α相,且其尺寸随时效温度的升高而增加,不同的是,β单相区固溶加时效样品的晶界处析出的次生α相的尺寸明显大于晶内次生α相。合金从910℃缓冷过程中α相首先在晶界处析出,随后片层α集束以晶界α相为核心形核并长大,随后的520℃时效过程中析出尺寸细小的针状次生α相。电子背散射衍射(EBSD)分析表明,缓冷过程中,在两侧β晶粒有平行{110}面的晶界上析出一种α相变体,这种变体与两侧的β晶粒均保持Burgers取向关系,以这种变体为形核核心向晶界两侧生长形成片层α相。在两侧β晶粒没有平行{110}面的晶界上会析出多种α相变体,每种变体只与其中一侧的β晶粒保持Burgers取向关系,且会以这种变体为形核核心向与其保持Burgers取向关系的β晶粒一侧生长形成片层α相。     

次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响规律

本文研究了冷却速率对双态组织TC4钛合金中次生片层α相宽度的影响,并利用分离式霍普金森压杆,进一步研究了次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响。结果表明：随着冷却速率的降低,次生片层α相宽度随之增宽;在动态压缩实验条件下,双态组织TC4钛合金的动态抗压强度随着次生片层α相宽度的增宽,呈现出逐渐降低的规律,而塑性应变则随着次生片层α相宽度的增宽,呈现出逐渐增加的规律;在强迫剪切实验条件下,双态组织TC4钛合金的绝热剪切敏感性随着次生片层α相宽度的增宽,呈现出逐渐降低的规律,且各双态组织TC4钛合金均随着撞击杆初速的提高,其绝热剪切敏感性增加。结合转变β区体积分数和次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响规律,可知：采用980℃/1h/AC+550℃/4h/AC固溶时效处理,所获得的双态组织TC4钛合金,其转变β区体积分数为80.7%,次生片层α相宽度为1.74μm,具有较好的高强度-低绝热剪切敏感性匹配,综合性能最优。     

α相形态与含量对TA15钛合金力学性能的影响

通过对比分析具有不同初生α相含量和次生α相形态的TA15钛合金的力学性能,对该合金初生α相含量及次生α相形态与力学性能之间的关系进行了初探。结果表明：TA15钛合金中初生α相含量和次生α相的形貌对强度有较大的影响,对塑性的影响则不明显。初生α相含量增加,合金强度有所下降。当初生α相含量高于40％后,含量再增加对合金塑性提升并无益处。片层α相厚度增加和其排列有序度的增强使合金的强度有所提升,但片层α相厚度的进一步增加会使合金的强度下降。     

镍基IN718合金时效过程中α-Cr相演变行为

通过力学性能试验，扫描电镜观测和化学重量分析，研究了直接时效与标准热处理工艺处理的IN718合金盘材经593℃-677℃高温长期时效至2000h后力学性能和微观组织行为。结果表明，直接时效的DA718合金在未经长期时效前已含有约0．006w／％的α—cr相，于650℃和677℃时效2000h后α-Cr相均达0．6w／％左右，而在相同时效条件下，标准IN718合金α—Cr相比DA718要少。合金强度的变化规律与冲击韧性明显不同，2种合金微观组织演变行为也有明显区别，特别是α—Cr和δ相的变化行为。因此，合金微观组织行为对综合力学性能的影响需要进行综合考虑。     

热加工过程中Ni基变形高温合金析出相的演变规律

变形高温合金在热加工过程中的相析出行为是影响合金抗拉强度的重要因素之一。本实验对GH4738合金在热加工过程中不同阶段的 MC,M23C6,γ′相三种析出相进行跟踪研究。析出相在热加工过程中不同阶段的表现：（1）合金坯料中的主要析出相为初生MC碳化物和初生γ′相。（2）合金经热变形后,初生MC碳化物发生部分分解并析出纳米级晶内次生MC碳化物和少量晶界次生M23C6碳化物,同时析出次生γ′相。（3）合金经热处理后,初生MC碳化物进一步分解直至完全溶解,进而纳米级晶内次生MC碳化物转变为大量酒瓶状晶内次级M23C6碳化物,同时γ′相接近于完全析出,但γ′相会有小幅度的长大。     

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金中α′相和α″相的组织演变与力学性能

对Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金进行固溶时效处理,随后使用光学显微镜、扫描电镜、XRD衍射仪、拉伸试验以及冲击性能试验,分析固溶时效对合金中α′相和α″相的组织演变与力学性能的影响。结果表明,固溶处理后的微观组织中发生初生α相尺寸变小并趋于等轴化,尺寸较小的初生α相发生溶解并消失,其β转变组织变得不明显,经时效后的微观组织中析出大量α_s相,β转变组织更加明显。经固溶处理后,组织均由α+α′+α″相构成,经时效处理后,组织由α相和β相构成。合金经固溶处理后,其抗拉强度为1336 MPa,屈服强度为1070 MPa,断后伸长率为6%,断面收缩率为22%,冲击吸收能量为16 J。经时效处理后,强度随时效温度升高而升高,塑性趋势与之相反,其冲击性能几乎没有变化。合金经固溶处理后的拉伸与冲击断口微观形貌均由韧窝构成,为典型的韧性断裂。经时效处理后,拉伸和冲击断口的微观形貌有明显的高低起伏,随着时效温度的升高,韧窝的尺寸和数量减少,并出现撕裂棱以及空洞,断裂类型有向脆性断裂转变的趋势,但仍以韧性断裂为主。     

TA15钛合金双重热处理三态组织中的片层α尺寸研究

双重热处理工艺为TA15钛合金获得性能优异的三态组织提供了一种新的方法,片层α作为三态组织的重要组成部分,其尺寸对构件性能有重要影响.试验研究了TA15钛合金双重热处理参数对三态组织中片层α相尺寸的影响.结果发现:两相区热处理后仅空冷才可以获得三态组织,随着两相区热处理温度的升高或保温时间的延长,片层α厚度增大、长度减...     

应用热加工图研究TC11钛合金组织演变规律

采用等温压缩实验研究具有马氏体组织的TC11钛合金(Ti-6.5Al-1.5Zr)在两相区的变形行为及微观组织演变规律.等温压缩实验的变形温度为920 ～980℃,应变速率为0.1～10 s-1,变形量为30％ ～70％.基于动态材料模型(DMM),建立了具有马氏体组织的TC11钛合金两相区变形的热加工图.根据热加工图,得到了具有马氏体组织的TC11钛合金两相区变形组织演变规律.具有马氏体组织的TC11钛合金两相区变形时,合适的加工工艺参数为变形温度950～980℃,应变速率为0.1 ～1.0 s-1.     

片层厚度对TA15合金β相区变形行为的影响

将具有不同α片层厚度的两种转变组织的TA15合金分别在Ther mecmaster-Z型热模拟试验机上进行等温恒应变速率压缩试验,研究了温度为1000～1100℃、应变速率为0.001～10s-1时合金的热变形行为。结果表明,两种不同组织的TA15合金在β相区相同热力参数变形时,真应力-真应变曲线的形貌和真应力值基本相同,变形激活能为(170±2)kJ/mol,且微观组织特征基本相似,以β相的动态再结晶为主。但在1050℃、0.01～1s-1变形时,细片层组织的合金发生β相动态再结晶的体积分数总是略高于粗片层组织的合金,这可能与细片层组织的合金较早发生α→β相转变、且β相也较早开始再结晶有关。     

一种新型β钛合金不同固溶冷却条件下初生α相演变行为研究

对西北有色金属研究院研制的新型Ti-Al-Cr-Mo-W-Fe系β钛合金在α+β相区固溶,经不同条件冷却后初生α相的演变行为进行研究。结果表明:当冷却速率为0.05℃/min时,初生α相为近球形,呈现球状生长的特征,且晶粒尺寸随着冷却时间的延长没有明显增加;当冷却速率为0.005℃/min时,部分初生α相端面出现"叉型"结构定向生长,呈现片层结构特征,α相平均等效直径随冷却时间的延长连续增大,形状因子越来越偏离最初的0.9,不均匀生长越来越加剧。     

定向凝固Ti-50Al合金组织演化及其片层取向控制

对Ti-50Al(原子分数,%)合金在较宽的生长速率范围内进行定向凝固实验,研究了生长速率对固/液界面形态、微观组织演化及片层结构形成的影响.发现合金在1-5μm/s的速率范围内均以α胞晶单相生长,最终形成全片层结构;当生长速率达到10μm/s时,在初始凝固的较长距离内为α胞品单相生长,随着凝固的进行,胞晶间溶质逐渐富集,晶间出现从液相析出的γ相,最终不能形成全片层结构;当生长速率大干15μm/s时,合金以α枝晶生长,枝晶间也出现γ相.对各生长速率下形成的片层结构取向的分析表明,片层结构取向与定向凝固启动界面处铸态品粒的取向的历史有关.根据上述规律,以Ti-50Al合金为籽晶和主体合金,选择确保α单相凝吲的生长速率8 μm/s,进行片层取向控制,最终扶得取向与生长方向一致的全片层结构.     

等轴和片层组织Ti-55511合金热轧及退火过程中的组织演变及力学性能

锻态Ti-55511合金经过不同的热处理工艺,获得等轴和片层2种初始组织。采用SEM、EBSD、TEM和拉伸试验研究了等轴和片层Ti-55511合金在热轧和退火过程中的组织演变和力学性能。结果表明：经750 ℃轧制,等轴组织中的α相轻微变形,β相发生动态回复和动态再结晶;而片层组织中的α相几乎平行分布,有些部分破碎,β相仅产生动态回复。等轴组织中的α相织构强度略有增加,片层组织中α相织构强度显著增加;而等轴和片层组织中β相织构强度均降低。同时,等轴组织力学性能各向异性很小,片层组织各向异性明显。600 ℃退火后,片层组织的α和β相织构强度均降低,力学性能的各向异性显著降低。     

新型γ-TiAl合金的γ/α2层片形成机理

讨论了经过不同冷却速率、加热温度和保温时间对新型TiAl合金的γ/α2层片组织的影响。结果表明:热处理时间增加,层片晶团的晶粒有长大趋势,片层组织中出现层错,位错等缺陷;在不同冷却方式中,油冷组织中出现了块状γ,炉冷组织具有密集的层片。热处理温度在Tα相变点以上20℃内,片层晶团的晶粒最小,这是由合金中的弱β稳定元素Ta造成的。     

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金片层组织热加工行为

利用Gleeble-1500热模拟试验机对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金片层组织进行热压缩实验,实验温度为850～1050℃,应变速率为0. 01～1 s~(-1),变形量为60%。实验结果表明,热加工温度一定时,流变应力随变形量和应变速率的增加而急剧增加直至达到峰值,然后下降,最后趋于平缓,这是由加工硬化和动态再结晶所致。应变速率恒定时,随着变形温度的上升,流变应力随之降低。绘制应力-应变曲线,计算其热变形激活能Q为748. 845 k J·mol~(-1),构建本构方程,并在动态材料模型的基础上建立了热加工图。并通过加工图确定3个失稳区,变形温度为980～1030℃、应变速率为0. 3～1 s~(-1)时合金发生剪切,形成绝热剪切带。结合加工图,确定了适合的加工区域,即加工温度为970～1010℃,应变速率为0. 03～0. 07 s~(-1)。     

Ti-1300合金等温时效过程中相结构和组织转变

采用OM、SEM、XRD和TEM等研究了固溶态Ti-1300合金在350~700℃等温时效过程中相结构和组织转变。结果表明,Ti-1300合金在350℃等温时效时,β相基体上开始弥散析出细小的颗粒状ω相,后期ω相消失,出现了片状的α相。亚稳β相的分解方式为:β→ω+β→α+β。在400℃等温时效1 h时,亚稳β相分离出了β′相,继续保温,β′相消失,出现了长针状α相,亚稳β相的分解方式为:β→β′+β→α+β。在500~700℃等温时效时,α相在β晶界和晶粒内亚晶界上快速形核,随着保温时间的延长,晶界α相逐渐向晶内生长为α集束,随着时效温度升高,α相的片层越厚;亚稳β相的分解方式为:β→α+β。     

β-CEZ钛合金在固溶时效时ω相与α相的组织演化规律

主要通过SEM和TEM观察固溶时效过程β-CEZ钛合金ω相和α相的组织变化规律。发现β-CEZ合金在固溶处理后析出尺寸1～2 nm的无热ω相,在350～500℃时效处理时,ω相辅助形核析出长100～200 nm的针状α相,且随着时效温度升高,α相数量增多,尺寸略有长大。当时效温度达到550℃时,ω相基本消失,α相继续长大到约300nm。当时效温度升高到650℃以后,晶界析出大量的长条状α相,晶内α相长度长大到数微米。