我国新型钛合金研究获重要进展

沈阳材料科学国家（联合）实验室工程合金研究部多功能合金研究组研制的一种具有高强度、低弹性模量、超弹性和阻尼性能的多功能柔韧钛合金（Ti-24Nb-4Zr-7．9Sn，简称Ti2448），近期研究发现其泊松比显著低于常规金属材料，     

低弹性模量钛合金的研究进展

钛合金作为一种具有良好生物相容性、抗腐蚀性和力学性能的生物医用金属材料已经得到了实际应用。发展新型低弹性模量钛合金是该领域的研究热点之一。从理论设计和实验研究2个方面对低弹性模量钛合金的研究和发展现状进行了评述。以d电子合金设计方法和第一原理计算为代表的理论方法已经成为低弹性模量Ti合金设计的有效手段。多元合金化设计和优化的热机械处理工艺对发展新型多功能、高性能生物医用Ti合金十分重要。     

Ti-1023合金的研究现状

Ti-1023合金是一种为适应损伤容限性设计原则而生产的高结构效益、高可靠性和低制造成本的锻造钛合金。本文主要介绍了Ti-1023合金组织性能、工艺性能及应用现状。     

Ti-6Al-4V板材低温超塑性的研究进展

提高金属材料性能的方法之一是生产平均晶粒尺寸小于1μm的合金,它可使合金的强度提高2～3倍.亚微米晶合金出现超塑性的温度比微米晶合金的低得多.经超塑性成型/扩散结合(SPF/DB)可获得亚微米甚至纳米晶合金.超塑成型前的合金不允许存在各向异性,利用大塑性变形如等通道挤压或多重等温锻造可消除合金内的各向异性.俄罗斯研究人员给出获得各向同性亚微米晶Ti-6Al-4V板材的方法,并研究了板材的室温和高温机械性能及其超塑性.     

抗Zr“中毒”Al-Ti-B-C中间合金对7050铝合金力学性能的影响

通过场发射扫描电子显微镜(FESEM),X射线衍射仪(XRD),能量色谱仪(EDS)分析Al-5Ti-1B,Al-4Ti-1C和Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金的微观组织与物相组成,比较研究3种中间合金对7050铝合金晶粒尺寸与力学性能的影响。结果表明:Zr的存在削弱了Al-5Ti-1B和Al-4Ti-1C中间合金的细化效果,而对Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金细化效果影响较小。含掺杂型TiC粒子的Al-5Ti-0.8B-0.2C中间合金具有较好的抗Zr"中毒"能力,加入量为0.2%(质量分数,下同)时,含Zr7050铝合金平均晶粒尺寸由200μm细化至(60±5)μm,室温极限抗拉强度由405MPa提高到515MPa,提高了27.2%,伸长率由2.1%提高到4.1%。而加入0.2%的Al-5Ti-1B或Al-4Ti-1C中间合金时晶粒尺寸较粗大且分布不均匀,表现出明显的细化"中毒"。     

GH2871合金的研制及其组织与性能

介绍了一种含0.5％左右Nb和1％左右W的15Cr-25Ni-2Ti-1.5Mo铁基高温合金(GH2871合金)的研制及其组织与性能。结果表明:由于Nb、W、Mo等高熔点低自扩散系数的组分进入了该合金MC、γ′相,改善了组织、增加了γ′相的数量和提高其稳定性,起到了良好的强韧化作用,从而大幅度提高了持久寿命和疲劳强度。与国内外同类合金相比,该合金具有更好的综合性能。     

Ta和Zr的添加量对Ti-Nb-Ta-Zr系合金组织和性能的影响

以Ti-30Nb-10Ta-5Zr合金为基本组成,改变Ta的添加量(质量分数,下同)为:O%,5%,15%,20%,配制4种Ti-30Nb-xTa-5Zr系合金;改变Zr的添加量(质量分数,下同)为:0%,3%,7%,10%,配制4种Ti-30Nb-10Ta-xZr系合金,连同基本组成合金共9种,对比进行了组织和性能评价.     

α钛合金在室温和低温的冲击韧性

为了考察Al,Sn,Zr,Mo合金元素对α钛合金在室温和77 K低温(液氮)下的缺口冲击韧性(冲击值Ak)的影响,采用示波冲击试验机测试了Ti-2Al,Ti-2Sn,Ti-2Zr和Ti-1Mo 4种α钛合金在室温和77K下的Ak值,并计算了表征其冲击韧性的弹性变形功、塑性变形功和裂纹扩展撕裂功.用扫描电镜观察了4种合金冲击试样断口的形貌.计算数据和显微组织表明,4种合金均显示韧性特征,4种合金元素对冲击韧性贡献的顺序为:Mo＞Zr＞Sn＞Al.     

Ti3SiC2陶瓷颗粒增强铜基复合材料的组织和性能

为了考察Al,Sn,Zr,Mo合金元素对α钛合金在室温和77 K低温(液氮)下的缺口冲击韧性(冲击值Ak)的影响,采用示波冲击试验机测试了Ti-2Al,Ti-2Sn,Ti-2Zr和Ti-1Mo 4种α钛合金在室温和77K下的Ak值,并计算了表征其冲击韧性的弹性变形功、塑性变形功和裂纹扩展撕裂功.用扫描电镜观察了4种合金冲击试样断口的形貌.计算数据和显微组织表明,4种合金均显示韧性特征,4种合金元素对冲击韧性贡献的顺序为:Mo＞Zr＞Sn＞Al.     

最近国外高弹性合金研制的进展

高弹性合金是属于精密合金中一种具有一定的特殊物理、化学和力学性能的合金系列。主要用于各种精密仪器仪表或机械上的弹性器件。本文就最近期间对国外高弹性合金的研制进展作一简要评述。介绍的主要内容有：1． 耐腐蚀高弹性金属材料；2． 高温高弹性金属材料；3． 低温高弹性金属材料；4．低松弛性合金；5． 高比例极限、高弹性极限的金属材料；6． 特殊机械物理性能的高弹性合金；7． 目前国外研究的动态。本文着重在合金的性能和工艺方而作了介绍,并对某些新合金的应用作了说明。文章还简要介绍了国外研究动态和发展趋向。     

添加Co对Ti-Ni形状记忆合金组织和性能的影响

以400和600℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金为对象,用示差扫描热分析仪、光学显微术、X射线衍射仪和拉伸试验研究了添加Co对退火态Ti-Ni形状记忆合金相变、组织和形状记忆行为的影响。结果表明,400℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金冷却时皆发生A→R→M(A-母相,R-R相,M-马氏体)两阶段相变;加热时Ti-49.8Ni合金发生M→A一阶段相变,Ti-49.8Ni-1.0Co合金发生M→R→A两阶段相变;600℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金冷却加热时皆发生一阶段AM相变。400℃退火态Ti-49.8Ni和Ti-49.8Ni-1.0Co合金的组织呈纤维状,塑性较差;600℃退火态合金的组织呈等轴状,塑性良好。Ti-49.8Ni合金室温组成相为马氏体,呈形状记忆效应;Ti-49.8Ni-1.0Co合金的室温组成相为母相B2,呈超弹性特性。退火时间对Ti-Ni合金的组织和性能影响不大,合金的相变温度随退火时间延长缓慢升高。形变温度显著影响Ti-Ni合金的超弹性特性,随形变温度升高合金的超弹性应力增加,超弹性滞回面积减小。     

3D打印医用钛合金的抗菌性能和体外生物相容性

应用选择性激光熔融技术(SLM)制备出3D打印医用钛合金Ti-6Al-4V和Ti-6Al-4V-5Cu,用平板共培养法研究测定其抗菌性能,用CCK8细胞增殖测定法、鬼笔环肽细胞骨架染色法和Annexin-V/PI流式细胞术研究了这种合金的抗菌性能和对小鼠胚胎成骨前体细胞(MC3T3-E1)的体外生物相容性影响。结果表明,3D打印Ti-6Al-4V-5Cu合金具有较高的抗菌性能,对金黄色葡萄球菌的抗菌率达到(57.03±1.55)%。在CCK8细胞增殖毒性测定、细胞骨架鬼笔环肽染色实验和Annexin-V/PI双标记法流式分析三种研究中Ti-6Al-4V-5Cu表现的优越,具有更好的体外生物相容性。     

粉末冶金Ti-xNb-5Sn骨科合金的摩擦学行为

本工作采用粉末冶金方法制备了Ti-xNb-5Sn(x=13%、16%、18%、20%,质量分数)合金,研究了Nb含量对其微观组织和摩擦学行为的影响规律。结果表明：粉末冶金法制备的Ti-xNb-5Sn合金是典型的α+β型钛合金,α相随着Nb含量的增加逐渐减少,Nb含量为20%时β相的衍射峰成为主峰。合金的硬度和弹性模量随着Nb含量的增加而下降,分别在271HV～319HV和68～73 GPa之间变化。合金的摩擦系数随着Nb含量增多而提高,Ti-13Nb-5Sn合金的摩擦系数最小(0.41),Ti-20Nb-5Sn合金的摩擦系数最大(0.48)。合金的磨损率为1.36×10^-3～1.58×10^-3mm³/(m·N)。随着Nb含量增多,合金的磨痕深度增加,分层现象逐渐加剧,并且有微裂纹出现。Ti-13Nb-5Sn合金的磨损机制为磨粒磨损,Ti-16Nb-5Sn合金和Ti-18Nb-5Sn合金以磨粒磨损为主、表面疲劳磨损为辅,而Ti-20Nb-5Sn合金以表面疲劳磨损为主。本研究证实Nb是一种β稳定剂,加入适量Nb可以降低合金的...     

Ti-10Mo-XNb合金铸态组织和机械性能的研究

为了研究Nb元素对Ti-10Mo合金组织和性能的影响,采用钨电极熔化、离心浇注工艺制备了4种钛合金(Ti-10Mo-XNb,X=0,3,7,10),分析并测试了Nb元素对Ti-10Mo合金铸态组织和力学性能的影响.研究结果表明:随着Nb含量的增加,3种Ti-Mo-Nb合金的铸态组织和相组成发生了改变,Ti-10Mo-3Nb合金由等轴的α+β晶粒组成,Ti-10Mo-7Nb合金由等轴的β晶粒组成,Ti-10Mo-10Nb合金由少量等轴和大量枝状的β晶粒组成.另外,随着Nb含量的增加,3种Ti-Mo-Nb合金的维氏硬度、压缩强度、弹性模量降低,压缩率和抗弯强度升高,压缩断口和弯曲断口由脆性断裂向韧性断裂转变.Ti-Mo-Nb合金有望成为新型的生物医用材料.     

Ti-2Al-2.5Zr合金的高温低周疲劳行为

研究了Ti-2Al-2.5Zr合金的高温(673K)低周疲行为,结果表明:Ti-2Al-2.5Zr合金的循环变形表现出初始硬化、随后软化和最后二次硬化的特征。在高温和较高应变幅((Δε_t/2)1.0%)条件下,材料的疲劳寿命高于室温下的疲劳寿命。随着应变幅的提高,高温673 K材料疲劳变形后形成的位错组态由位错墙逐渐演变成成熟的位错胞。多系滑移开动和塑性变形均匀性增强是高温Ti-2Al-2.5Zr合金疲劳寿命提高的原因。     

钛硅共晶系合金的力学性能与断裂机制

测试了共晶Ti-8.5%Si和亚共晶Ti-7%Si两种类型的钛硅共晶系合金,在铸态和热等静压(HIP)状态下的室温和高温拉伸性能.分析了HIP对两种钛硅共晶系合金室温和高温拉伸性能的影响.讨论了这两种合金的断口特征和断裂机制.     

增材制造Ti-6Al-4V钛合金低周疲劳性能研究进展

金属增材制造技术可用于大型、复杂高性能钛合金结构件的制备,在航空航天等领域具有显著的优势和巨大的发展潜力。虽然增材制造Ti-6Al-4V合金构件的强度已经能够超过锻件,但它仍存在内部孔隙、熔合不良、粗大的柱状晶及残余拉应力等问题,使其在疲劳性能上与锻件具有一定的差距。本文在介绍直接能量沉积、选区激光熔化和电子束选区熔化3种代表性增材制造技术的原理及特点的基础上,简述了3种工艺制备Ti-6Al-4V合金构件的微观组织、静态力学性能及低周疲劳性能的研究进展,重点讨论了打印方向、缺陷、显微组织和表面处理对低周疲劳性能的影响。分析了增材制造Ti-6Al-4V合金构件低周疲劳性能、拉伸性能与微观组织之间的内在关系,并对提高构件低周疲劳性能的方法和推动其广泛应用的发展方向进行展望。     

中国真空学会第五届真空应用学术会议论文摘要(之二)

四、真空应用 A1 真空电弧和真空双电极电弧 熔炼钛合金锭组织的比较──研究直接 利用铸钛作为等温锻造坯料的可能性许嘉龙 (上海钢铁研究所) 张志超 (上海钢铁研究所)方平伟 (上海钢铁研究所)胡五玉 (上海钢铁研究所) 真空双电极电弧熔炼(VADER)是一种新的真空熔炼工艺,利用此法熔炼的高温合金锭子具有细小、均匀的等轴组织,减少了偏析,提高了热加工性能。本文比较了真空电弧和真空双电极电弧熔炼 Ti-10V-2Fe-3Al和Ti-6Al-4V锭子的组织。结果表明真空双电极电弧熔炼的钦合金锭子也具有细小、均匀的等轴组织,大大改善了宏观和微观偏…     

新型发动机用Ti-17合金

前言 Ti-17是美国通用电气公司在70年代初期开始研究与开发的“近β”型合金。该合金的优点是强度高、韧性好,被用于最新型的喷气发动机压气机盘,受到高度评价,预计是今后在该领域采用较多的一种钛合金。日本神户制钢所钛金属部在80年代中期也进行了大量的研究和试验,认为该合金最适合于航空用锻件材料,它具有良好的综合性能。并预计该合金在其它应用领域也大有发展前途。 一、Ti-17的化学成分 Ti-17的化学成分列于表1。该合金的β稳定元素含     

N掺杂型Al-4Ti-1C对A356合金细化及力学性能的影响

目的提高A356合金的断裂伸长率。方法采用铸造法制备了一种N掺杂型Al-4Ti-1C细化剂(简称Al-4Ti-1C),研究了其对A356合金的晶粒细化行为及对力学性能的影响。结果与传统的Al-5Ti-1B细化剂相比,Al-4Ti-1C不仅能有效细化A356的α-Al晶粒,而且能够明显细化其枝晶臂间距,细化后α-Al的平均晶粒尺寸为231μm,枝晶臂间距为28μm;而Al-5Ti-1B细化后分别为253μm和50μm。该细化剂对A356合金力学性能的提升也优于Al-5Ti-1B,细化后A356的拉伸强度和伸长率为298 MPa,4.0%,与Al-5Ti-1B的细化结果(292 MPa,3.0%)相比,伸长率提高幅度达33%。结论 Al-4Ti-1C是一种有效的A356晶粒细化剂。