磁控共溅射制备Al-Cu薄膜分析

采用磁控Al和Cu靶共溅射方法，通过FJL560D2型超高真空磁控溅射仪制备薄膜。采用不同的溅射功率和退火温度来获得不同特性的薄膜。采用扫描电镜、电子探针显微分析仪、X射线衍射仪和纳米压入硬度测试仪对薄膜的组织和性能进行了分析。结果表明：Al—Cu薄膜是由细小颗粒聚集形成的致密合金薄膜。随着Cu溅射功率的增加，薄膜中的Cu含量增加，薄膜的显微硬度和弹性模量明显增加，薄膜的显微硬度和弹性模量分别为664Hv和203GPa。薄膜中组织除α—Cu（Al）相以外，还会形成新的合金相。薄膜经过退火后，成分没有明显变化，但会加快新相的形成，如θ-Al2Cu和ω—Al7Cu2相的形成。这些相的形成对薄膜的性能有较大的影响。     

元素替代对正畸用β钛合金（TMA）组织与力学性能的影响

用Cr、Fe或Ce替代β钛合金Ti-11Mo-6Zr-4Sn(TMA)中的部分Mo和Sn,利用X射线衍射仪(XRD)分析了合金的物相结构,用扫描电镜(SEM)观察合金组织形貌、结合电子能谱(EDS)分析了合金元素的分布,利用纳米硬度计测试合金的弹性模量,数字式显微硬度计测试显微硬度,研究了合金元素与均匀化热处理(900 ℃×2 h)对TMA组织和力学性能的影响.结果表明,均匀化热处理前后合金元素Cr、Fe的加入不改变TMA的β相结构;元素Ce、Sn的存在不改变TMA的主相结构,但是在均匀化热处理后添加了Ce、Sn的合金出现了少量的α相和ω相;Cr、Fe替代部分Mo和Sn可提高TMA的杨氏模量和显微硬度,而Ce替代部分Mo则使TMA的杨氏模量和显微硬度降低.     

Ti-25at%Nb合金β、α'和ω相结构稳定性和弹性性质理论计算

采用赝势平面波方法和广义梯度近似对Ti-25at%Nb合金中不同晶体结构β、α"和ω相的弹性常数、内聚能以及电子结构进行了计算,并结合计算结果对β、α"和ω相的结构稳定性进行了讨论.计算结果表明,Ti-25at%Nb合金中β、α"和ω相均满足其结构弹性稳定性要求,其中α"相的结构稳定性最高,而β相的结构稳定性最低;计算结果同时表明,Ti-25at%Nb合金中ω相具有最高弹性模量,β相则具有最低弹性模量.     

Ti-25at%Nb合金β、α″和ω相结构稳定性和弹性性质理论计算

采用赝势平面波方法和广义梯度近似对Ti-25at％Nb合金中不同晶体结构β、α″和ω相的弹性常数、内聚能以及电子结构进行了计算,并结合计算结果对β、α″和ω相的结构稳定性进行了讨论。计算结果表明,Ti-25at％Nb合金中β、α″和ω相均满足其结构弹性稳定性要求,其中α″相的结构稳定性最高,而声相的结构稳定性最低;计算结果同时表明,Ti-25at％Nb合金中ω相具有最高弹性模量,β相则具有最低弹性模量。     

Ti-10Cr合金析出相对硬度的影响

测试Ti-10Cr合金经900℃固溶及400～700℃时效后的维氏硬度,采用XRD和TEM分析析出相的成分及形貌,研究硬度、析出相特征与热处理制度之间的关系。结果表明:经900℃固溶空冷后,析出相为细小、弥散的等轴ω相和少量α相,合金硬度达到HV560;经400℃时效后,ω相和α相长大,合金硬度值稍有下降;经500℃时效后,ω相消失,α相长大为片状,合金硬度明显降低;当继续升高时效温度时,片状α相会进一步长大,合金的硬度缓慢降低。     

α-Cr precipitation behavior and its effect on high Cr-containing superalloys

为了对不同Cr含量高温合金中α—Cr相析出行为进行对比研究，优化高Cr合金中α—Cr相的组织形态，通过微观分析手段对不同Cr含量的GH169，GH625，GH648及两种高Cr实验合金进行α—Cr相析出行为的对比分析，同时通过特殊热处理对高Cr合金α—Cr相组织优化进行了初步研究．结果表明，Cr含量低于25％的GH169和GH625合金在标准热处理后均没有α—Cr相析出，但经过长期时效后α—Cr相依附于δ相和M6C的界面析出；而Cr含量大于30％的GH648合金以及更高Cr含量的两种实验合金，α—Cr相已直接从奥氏体基体中析出，并有不同的析出存在形态，随Cr含量增加，α—Cr相从短棒状和颗粒状向长片条状和层片状的析出方式变化．同时，通过特殊热处理优化α—Cr相组织分布形态，获得细小弥散分布的α—Cr相，为高Cr合金的发展奠定研究基础，     

Ta对新β型γ-TiAl基合金板材组织与性能的影响

本文以Ti-42.5Al-2Cr-0.2W与Ti-42.5Al-2Cr-0.2W-3Ta合金板材为研究对象,系统分析了Ta对两种合金的不同状态显微组织及硬度的影响规律与内在的机制变化。结果表明：加工状态下,未含Ta的组织中片层粗大且原始α晶粒较多;含Ta的组织片层细小均匀,再结晶晶粒数量多,原始α晶粒少。热处理状态下,含Ta的组织中片层球化趋势增加,B2相易分解为α2+γ。热处理时间延长,未含Ta的合金组织内的晶团长大速度更快。TEM组织中含Ta的合金板材组织中存在更多的β相以及少量的ω相,不含Ta的组织中β相少且无ω相。此外,硬度分析发现含有Ta的γ-TiAl合金板材硬度值低于不含Ta的合金板材,这与片层细小及β、ω相的数量有关。     

新型医用β-Ti13Nb13Zr合金组织

研究了β-Ti13Nb13Zr合金的热处理工艺过程和不同热处理时的组织。利用光学显微镜和X射线衍射等手段分析了热处理工艺对合金组织的影响规律。结果显示,合金铸态和固溶处理的组织为β相,均匀化和固溶＋时效处理后组织为β相、α相和ω相,改变时效温度和时效时间可以有效地控制不同相的含量。     

Fe含量对Ti5553合金α相析出响应与硬化行为的影响（英文）

利用混合元素烧结法制备含0、0.4、1.2和2.0wt.%Fe的Ti5553合金。研究Fe元素对绝热ω目变、α相析出长大以及时效硬化行为的影响规律。结果表明,2wt.%Fe元素的加入可提高β相的稳定性,抑制绝热ω相析出。随着Fe含量增加,α相析出孕育期变长,尺寸变小。α相沿晶析出倾向增强,尤其是在炉冷时,Ti5553-2Fe合金形成明显的魏氏组织。随后,利用Pandat软件并结合经典动力学理论分析Fe含量对Ti5553合金α相析出长大行为的影响机制。硬度曲线表明,不同Fe含量合金的硬度均随时效时间延长先增加,6h达到峰值后缓慢降低。Ti5553-2Fe合金具有最高的峰值硬度,这是Fe等合金元素点阵错配引起的固溶强化与细小α相析出引起的时效强化共同作用的结果。     

新型医用钛合金Ti-39Nb-6Zr显微组织和力学性能的研究

通过室温拉伸试验、光学显微镜、透射电镜等分析方法,研究热处理工艺对Ti-39Nb-6Zr合金显微组织和力学性能的影响.实验结果表明:合金在900℃固溶0.5h后,抗拉强度和屈服强度随冷却速率降低而升高,即抗拉强度值大小关系为:水淬<空冷<炉冷;合金在350℃低温时效后弥散析出ω相,ω相为高温时效时α相析出提供有利形核位置,有利α相均匀析出,α相有强化基体作用,能提高合金强度和弹性模量,当热处理制度为900℃×0.5h,AC+350℃×4h+450℃×24hAC时,合金抗拉强度、屈服强度最大,分别为710和670MPa,弹性模量为65.4GPa.     

热处理温度对TC4ELI合金组织与性能的影响

为揭示TC4ELI合金随热处理温度的不同,显微组织、力学性能及相组成的变化规律,研究了TC4ELI钛合金经700~1000 ℃热处理并空冷的组织演变,进行了室温力学性能测试与XRD分析。结果表明:800 ℃热处理后,合金实现了再结晶,α相均匀等轴化,体积含量达到最大值。XRD图谱未出现β相的衍射峰,均为α相的衍射峰。700~800 ℃热处理时可以获得良好的综合性能,满足相关标准要求。850~950 ℃温度范围内,TC4ELI合金有二次针状α相析出,属于双态组织。随着温度的升高,由于合金中β相的晶粒粗化与含量增加,使得强度与弹性模量下降。1000 ℃热处理后,立方马氏体α′相具有较强的(002)_α′、(101)_α′衍射峰,其它晶面的衍射峰能量很弱,合金的弹性模量达最大值110 GPa。通过显微组织观察,推断TC4ELI合金α+β→β转变的开始温度处于850~870 ℃,终了温度处于950~970 ℃。     

TA15钛合金中纳米压痕附近残余应力-应变场及几何必须位错密度的分布

结合纳米压痕及高分辨电子背散射衍射技术(EBSD)测定了TA15钛合金中α及β相的弹性模量和纳米硬度,揭示了纳米压痕附近应力-应变场及几何必须位错(GND)密度的非均匀分布情况.利用高分辨EBSD测试过程中同步保存的背散射电子衍射花样,并基于cross-correlation的处理方法,计算得出了纳米压痕附近区域的残余弹性应力-应变场分布.结合应变梯度场理论,计算分析了纳米压痕附近区域的几何必须位错密度分布,进而对合金的微观塑性变形机制进行了讨论与分析.结果表明,α相的弹性模量及纳米硬度分别为129.05 GPa和6.44GPa,而β相的相应值为109.80 GPa和4.29 GPa.纳米压痕附近区域的残余Mises应力呈现明显的非均匀分布并受到相邻较软β相的显著影响.压痕附近的低残余应力区域伴随有显著较高的<α>形和柱面型几何必须位错密度分布.     

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。     

热处理对Ti30Nb5Ta6Zr合金组织和力学性能的影响

根据β稳定化系数kβ和d-电子理论设计了低弹性模量、中高强度、良好塑性和生物相容性的新型牙科种植用近β型Ti30Nb5Ta6Zr合金,研究了合金在β相区固溶和时效处理后组织和力学性能的变化规律。结果表明,在β相区固溶水淬后组织为亚稳β相。低温时效时析出ω相,随着时效温度的升高,逐渐析出α相。合金的强度和弹性模量随时效温度的升高先升高后下降;延伸率先降低后升高。合金在800℃固溶+500℃时效后综合力学性能优良,可以满足牙科植入要求。     

新型β钛合金Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe的固溶时效行为

设计一种新型生物医用亚稳定β钛合金,合金成分为Ti-25Nb-10Ta-1Zr-0.2Fe(质量分数),采用真空自耗电弧熔炼制备合金锭坯,研究合金的固溶时效行为。通过X射线衍射(XRD)仪,透射电子显微镜(TEM),扫描电子显微镜(SEM)研究合金的相组成及微观组织。测量合金时效后的抗拉强度和不同时效时间的硬度。结果表明:800℃,1h固溶后合金得到马氏体α″相,400℃下时效,短时间即得到ω相和β相。ω相为脆性相,大量ω相的产生使合金的硬度值提高很多,但是强度值相比较冷轧态下降明显,使得材料断裂方式变为脆性断裂。合金在72h时效后ω相仍然保持较多量。     

Effect of quenching temperature on structure and properties of titanium alloy: Physicomechanical properties

Regularities of the formation of physicomechanical properties of the VT16 alloy (Ti-3.33Al-5.18Mo-4.57V, wt %) quenched after furnace and rapid heating have been established using optical microscopy, X-ray diffraction (XRD), and dynamic mechanical analysis. It has been shown that changes in the modulus of elasticity of the VT16 alloy correlate with a decrease in the volume fraction of the α phase in the structure, except for a slight increase in the modulus of elasticity (related to the presence of the ω phase) in the case when quenching temperatures of 800–825°C were used. It has been found that the use of rapid heating to the quenching temperature leads to an increase in the temperature of the alloy transition into the single-phase β state, hampers grain growth during heating for quenching at temperatures close to the polymorphic-transition temperature, and creates conditions for more efficient strengthening in the course of subsequent aging.     

Mn和Zr对TMA合金组织与性能的影响

采用金相显微镜、X射线衍射仪(XRD)、数字式显微硬度计、磨损试验机、扫描电镜(SEM),研究了Mn、Zr元素对β钛合金TMA(Ti-11.5Mo-6Zr-4.5Sn)组织、力学性能和耐磨性能的影响。结果表明,Mn替代部分Mo元素没有改变合金的β相结构,但合金在淬火后出现了少量的α″相;Zr含量增加使合金铸态相结构中产生ω相,但在淬火后为β相;Mn元素的加入和Zr含量的增加提高了合金的硬度,降低了合金杨氏模量;合金磨损机理是磨粒磨损和粘着磨损共同作用,Mn替代部分Mo和Zr含量的增加提高了合金的磨粒磨损性能,降低了合金的粘着磨损性能。     

Microstructure and mechanical properties of new metastable β type titanium alloy

A new metastable β type titanium alloy called TB-13 with the combination of excellent strength and ductility was developed successfully.In order to develop a perspective on this new alloy,the influence of several commonly used heat treatments on the microstructure and properties was studied.In solution-treated and quenched samples,a low-temperature aging at 480°C results in the precipitation of finerαphase.The precipitation of coarserαphase plate at higher aging temperature(560°C)leads to the increase of tensile ductility but reduction of strength.During low-temperature aging at 300°C,quite homogeneous distribution of fine isothermalωphase particles was found.The isothermalωphase provides nucleation sites forαphase during two-step aging process and makesαphase extremely fine and disperse uniformly in β matrix.Thus,TB-13 alloy is strengthened and its mechanical properties are improved.     

Phase and structural transformations in the alloy on the basis of the orthorhombic titanium aluminide

Phase and structural transformations in the Ti-24.3 Al-24.8 Nb-1.0 Zr-1.4 V-0.6 Mo-0.3 Si (at %) alloy that take place during heating in the temperature range of 700–1050°C have been investigated. The temperature ranges of existence of the O + β, O + β + α₂, β + α₂, and β phase fields have been established. A scheme of the relationships between the volume fractions of the O, β, and α₂ phases depending on the temperature of heating of the alloy have been investigated. The formation of an ordered incommensurate ω (V _ω) phase has been revealed in the alloy during quenching from 900°C. The existence of a correlation between the hardness properties and changes in the phase composition and morphology of particles precipitating in the alloy has been shown.     

Mechanical properties of intermetallic phases in multi-component Al–Si alloys using nanoindentation

The presence of additional elements in a multi-component Al–Si alloy system allows many complex intermetallic phases to form. The mechanical properties of different intermetallic phases have been investigated using nanoindentation. In particular, the hardness and modulus of a number of phases have been established for a range of alloy compositions. The results show that both hardness and reduced modulus increase as the Ni ratio of the Al–Cu–Ni phases increases. The elastic modulus can be correlated with the formation temperature of the intermetallic phases. The intermetallic phases with a high heat of formation have a strong binding between atoms and therefore, their elastic modulus is also higher.