放电等离子烧结预合金粉末法制备生物医用近β钛合金的组织演变和力学性能（英文）

利用放电等离子烧结(SPS)预合金粉末的方法,成功制备出生物医用的近β钛合金Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn (质量分数,%)。近β钛合金的预合金粉末利用等离子旋转电极法制备,粉末的凝固组织主要是由β相主导的不发达的树枝晶组成,同时存在少量的β相单晶组织粉末球。1000℃-5 min-50 MPa条件下的SPS可以完全致密化近β钛合金的预合金粉末,并且消除原始的凝固偏析结构。β单相区固溶处理后,合金组织由β相和α″相组成,合金的抗拉伸强度达到815 MPa,延伸率达到14%,同时具备62 GPa较低的弹性模量。进一步500℃时效处理,合金组织中产生大量的纳米针状σ相,使得合金的抗拉伸强度达到1015 MPa,同时具备较好的延伸率和中等的弹性模量。然而,应当避免过低的时效处理温度,防止脆性ω相的析出。     

放电等离子烧结预合金粉末法制备生物医用近β钛合金的组织演变和力学性能

本研究利用放电等离子烧结(SPS)预合金粉末的方法,成功制备出生物医用的近β钛合金Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn (wt %)。 近β钛合金的预合金粉末利用等离子旋转电极法制备,粉末的凝固组织主要是由β相主导的不发达的树枝晶组成,同时存在少量的β相单晶组织粉末球。1000℃/5min/50MPa条件下的SPS可以完全致密化近β钛合金的预合金粉末,并且消除原始的凝固偏析结构。β单相区固溶处理后,合金组织由β相和α″相组成,合金的拉伸强度达到815MPa,延伸率达到14%,同时具备62GPa较低的弹性模量。进一步500℃时效处理,合金组织中产生大量的纳米针状α相,使得合金的拉伸强度达到1015MPa,同时具备较好的延伸率和中等的弹性模量。然而,应当避免过低的时效处理温度,防止脆性ω相的析出。     

热处理对SPS烧结Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金显微组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术制备生物医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金,研究固溶时效处理对合金显微组织和力学性能(强度、塑韧性及弹性模量)的影响。结果表明:合金经850℃固溶处理后主要由β相、少量初生α相及淬火马氏体α″相组成;在450℃时效处理后,合金基体β相内析出大量细小无规则的针状次生α相,随着时效时间从4 h延长到48 h,次生α相趋于定向析出,含量和尺寸逐渐增大;与烧结态相比,固溶时效处理后合金抗压强度和弹性模量增大,而塑韧性呈先提高后降低趋势;经优化后固溶时效处理制度为(850℃,1.5 h,WQ)+(450℃,4 h,FC),此时合金抗压强度、屈强比和弹性模量分别为1701 MPa、0.69 GPa和42.8 GPa。     

固溶态下Ta、Zr对钛合金性能及组织的影响

对Ti-ANb-Ta,Ti-ANb-BTa-Zr系列合金进行了研究,探讨了固溶态下Ta、Zr对钛合金性能及组织的影响。在固溶态下,Ti-ANb-Ta,Ti-ANb-BTa-Zr合金均具有较低的弹性模量,达60GPa;具有优良的塑性性能,伸长率最高达32%,断面收缩率最高达80%;合金抗拉强度随Ta、Zr含量的增加,在500～700MPa之间变化,且呈上升趋势。合金固溶态显微组织主要是残余β+针状马氏体α″,随β稳定元素Ta和中性元素Zr增加,残余β增加,针状马氏体α″减少。     

Mg-11Gd-3Y合金组织与力学性能分析

采用XRD、SEM和拉伸力学性能测试方法,分析了铸态和固溶时效态Mg-11Gd-3Y合金的显微组织和力学性能。结果表明,热处理没有改变Mg-11Gd-3Y合金相的组成,合金铸态和固溶时效态组织均由α-Mg基体、Mg_5Gd和Mg_(24)Y_5相组成。固溶时效态合金的强化机制主要为固溶强化和时效强化,其最大抗拉强度为230 MPa,比铸态合金提高了12%。     

热处理对TLM钛合金管材组织及力学性能的影响

采用规格为Ф4.0 mm×0.3 mm冷轧TLM(Ti-25Nb-3Zr-3Mo-2Sn,TLM))合金细径薄壁管材,分别在660,720℃进行固溶处理以及对720℃固溶态管材在510℃进行时效处理,利用金相显微镜、XRD、室温拉伸及断口观察分析了固溶、时效对管材组织、力学性能的影响。不同固溶态管材均为等轴组织,随着固溶温度升高,平均晶粒尺寸增大。相变点以上的固溶组织由β相和α'相组成,相变点以下固溶组织还有少量α相。时效过程中,针状的α相在晶界析出更快,合金相变化过程为β+α'→β+α'+α→β+α,时效时间大于3 h时,α相的析出使应力-应变曲线的"双屈服"特征减弱;随着时效时间的延长,抗拉强度、屈服强度及弹性模量升高,而延伸率降低。综合分析表明:720℃+510℃,3 h时效态具有较好的综合力学性能。     

Mn含量对Ti-6Al-4Mo合金显微组织和力学性能的影响

钛合金因其优异的综合性能在各个工程领域都有很大的应用潜力,但较低的弹性模量限制了其在高强度、高刚性材料结构件中的应用。本文以开发综合力学性能良好的高弹性模量钛合金为研究目的,采用冷坩埚悬浮熔炼法制备了Ti-6Al-4Mo-xMn(x=0,1,2,3,4 wt%)合金,研究了Mn含量对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4Mo-xMn合金由α和β相组成,未出现Ti-Mn相。随着Mn含量的增加,合金的α→β相变温度降低,合金中β相的体积分数增加,合金的组织变细,魏氏组织逐渐增多;合金的硬度从30 HRC增加到46 HRC,抗拉强度从838 MPa增加到1266 MPa,这是因为Mn元素在合金中引起了固溶强化和组织细化;合金的弹性模量呈现先升高后降低的趋势,当Mn含量为1 %时,合金的弹性模量最高,约136 GPa,同时抗拉强度为916 MPa,较Ti-6Al-4V合金分别提高24.0 %和3 %,综合力学性能最好。     

Mg-2.6Sm-1.3Gd-0.6Zn-0.5Zr镁合金显微组织和力学性能研究

研究了不同固溶处理工艺对Mg-2.6Sm-1.3Gd-0.6Zn-0.5Zr合金显微组织和力学性能的影响。合金的铸态显微组织主要由α-Mg和(Mg,Zn)3(Sm,Gd)1共晶相组成。510℃,4 h为最佳固溶处理条件,晶界附近的共晶相几乎全部溶于镁基体中,合金固溶态的室温抗拉强度为246 MPa,延伸率为11.3%。合金200℃时效析出序列为Mgssss→β’’(D019)→β’(bct)→β(fcc),峰时效态合金的屈服强度和抗拉强度达到185 MPa和282 MPa,延伸率为6.1%。     

固溶-时效对粉末成形TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了固溶温度、冷却方式以及时效温度对粉末成形TC4钛合金相组成、微观组织以及力学性能的影响,分析了固溶-时效热处理过程中微观组织变化及析出强化机制。结果表明,在两相区固溶处理,随固溶温度的升高,初生α相含量不断减少;单相区固溶处理后,初生α相全部溶解,析出相呈片层状;固溶时采用水冷可获得α+α′组织,时效过程中马氏体分解形成的次生弥散相实现合金强化。粉末成形TC4钛合金经950℃/1 h/WQ+500℃/4 h/AC热处理后,综合性能匹配良好,抗拉强度为1231 MPa,屈服强度为1126 MPa,延伸率为10.75%。     

组织对医用Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb钛合金低周疲劳行为及变形机制的影响

研究了具有2种不同组织（固溶态、时效态）的Ti-3Zr-2Sn-3Mo-25Nb(TLM)合金在室温应变控制的低周疲劳循环变形行为及微观变形机制。结果表明：TLM合金的循环硬化/软化行为与应变幅和组织密切相关。固溶态合金的低周疲劳寿命更高,且弹性模量均随循环周次和总应变幅的增大,从保持不变到急剧增加,时效态的弹性模量则在循环变形过程中基本保持不变。微观组织特征表明,固溶态合金的循环变形机制主要依赖位错滑移、变形诱发的α″马氏体和独特的“Z”型β孪晶协同作用,而时效态合金则只是以位错滑移为主。     

热-机械处理对亚稳β钛合金微观组织和力学性能的影响

采用X射线衍射、透射电镜和力学性能测试等手段,系统研究了热-机械处理对亚稳βTi-25Nb-2Mo-4Sn合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:由于合金中β稳定化元素含量不足,固溶处理后的合金中含有大量的α"马氏体,合金呈现低屈服强度。经过相同的时效处理(400℃/2 h),固溶态和冷轧态样品的相组成分别为β+ω和β+α相。冷变形引入的大量位错和晶界可有效抑制时效过程中ω相的形成,并促进α相的析出。冷轧态样品经475℃时效15 min后弹性模量为65 GPa,屈服强度和抗拉强度分别为1033和1113 MPa,实现了低模量和高强度的良好匹配。     

Ti-2.3Cr-1.3Fe合金时效后的组织及力学性能

采用OM、XRD和SEM等方法对Ti-2.3Cr-1.3Fe合金在固溶+时效和直接时效后的组织和室温力学性能进行了研究。结果表明:固溶+时效后合金组织由β相和α相组成,强度随时效温度升高而降低,抗拉强度最高为888 MPa,与TC4合金典型热处理后的强度相当,但此时伸长率仅为4.0%;直接时效后合金组织亦由β相和α相组成,强度随直接时效温度升高而降低,塑性变化不大,但伸长率均高于23.0%,合金抗拉强度与轧态和固溶+时效态相比分别降低9.5%和18.5%。     

放电等离子烧结制备Ti-22Al-25Nb合金及致密化机理

以Ti-22Al-25Nb(摩尔分数,%)预合金粉末为实验初始原料,采用放电等离子烧结工艺(SPS)方法,在温度为950～1200℃,保温时间为10～20min,压力为35～80MPa的条件下制备晶粒小、组织致密的粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金。研究烧结温度、烧结压力和保温时间对预合金粉末致密化过程的影响,分析粉末的烧结致密化机理,揭示烧结温度、烧结压力和保温时间对Ti-22Al-25Nb烧结合金的相对密度、相组成、显微组织以及力学性能的影响规律,明确烧结合金的室温断裂机制。结果表明:经950℃、80MPa、10min烧结的Ti-22Al-25Nb合金相对密度达到99.43%,具有更优异的综合力学性能,其室温伸长率、屈服强度和抗拉强度分别达到9.38%、933.57 MPa和990.01 MPa。     

β晶粒尺寸及双时效炉冷速率对TB3钛合金组织与性能的影响

研究了晶粒尺寸以及双时效过程中预时效炉冷速率对TB3钛合金组织与力学性能的影响。结果表明,在固溶处理TB3钛合金时,随着保温时间的延长β晶粒尺寸逐渐长大,抗拉强度逐渐降低,而延伸率和断面收缩率变化不大。β晶粒尺寸对单时效后合金的抗拉强度影响不大,而延伸率与断面收缩率随晶粒尺寸的增大而降低。双时效过程中预时效炉冷速率越慢,合金的抗拉强度越低,延伸率与断面收缩率越好。     

热处理及预拉伸对TC4-0.55Fe合金组织和力学性能的影响

本文研究了具有双态组织的钛合金Ti-6Al-4V-0.55Fe(TC4-0.55Fe)在不同热处理制度（固溶时效、双重退火）和引入预拉伸对微观组织及力学性能的影响,并分析了合金显微组织与力学性能之间的联系。通过对双态组织的 TC4-0.55Fe采用固溶时效和双重退火热处理后微观组织和力学性能进行比较,发现两种热处理方式下随着时效和低温退火温度升高合金中微米级的片层α相厚度均逐渐增大、强度降低、塑性提高。固溶时效热处理下随着时效温度的升高合金屈服强度从530℃的873MPa下降到590℃的862MPa,而延伸率提高3.2%。双重退火热处理试样的屈服强度随着低温退火温度的升高逐步降低,但是延伸率相比于固溶时效有了很大提高,最好可达到23.6%。由于普通热处理对钛合金强度提升不明显,时效和低温退火温度均为590℃时,双重退火试样塑性更优于固溶时效,所以选择该试样引入预拉伸强化,对其在固溶和低温退火中间进行预拉伸。引入预拉伸后,晶粒发生了明显的变形,进行时效强化后合金组织无沉淀区（PFZ）中析出大量细小的二次α相（αs）,引入预拉伸后进行时效可以在提升钛合金屈服强度的同时只降低极少的塑性,其中预拉伸形变1%的试样等轴晶含量最高,强度较引入预拉伸前提高68MPa,延伸率仅下降4%,力学性能最优。通过本文研究可知,TC4-0.55Fe钛合金在经过固溶处理后继续进行预拉伸和时效处理,可以有效提升合金的综合力学性能。     

TA12钛合金固溶时效参数与组织和性能的关系

采用正交试验法研究了固溶温度、时效时间等因素对TA12钛合金力学性能与组织的影响。结果显示,固溶温度对合金强度影响较大,时效时间对合金塑性影响较大。采用固溶温度980℃,固溶时间45 min,时效温度540℃,时效时间8 h,TA12合金获得较好的综合性能,其抗拉强度1233.32 MPa,屈服强度1126.05 MPa,伸长率9.04%,组织为少量的等轴初生α相和固溶时效后析出的弥散状次生αs相。随固溶温度的升高,合金抗拉强度和屈服强度升高,表现为线性关系,塑性降低,但变化比较小;随时效时间延长,钛合金抗拉强度和屈服强度先升高后降低,但变化不大,合金塑性先降低后升高。     

热处理工艺对激光熔化沉积TC4钛合金组织性能的影响

研究了高能量输入条件下激光熔化沉积(LMD) TC4钛合金在沉积态、去应力退火、热等静压、热等静压+固溶时效、固溶时效5种状态下的显微组织和室温拉伸性能。结果表明:直接沉积态的TC4合金组织粗大且不均匀,原始β晶内由大量针状马氏体α'相和转变的板条α相组成,综合力学性能低,其纵向抗拉强度仅839 MPa; 650～800℃的去应力退火后,激光熔化沉积成形TC4钛合金的组织中α板条宽度随退火温度的上升先增加后减少,拉伸性能呈现先升高后降低的趋势;热等静压后合金组织为网篮组织;固溶时效后合金组织主要由无序的短棒状α相组成,拉伸性能明显上升,其抗拉强度达到1022 MPa,屈服强度达到909 MPa,伸长率超过9%。     

热处理对Mg-12Gd-3Y-Sm-0.5Zr合金组织和性能的影响

通过OM,SEM,TEM,XRD和力学拉伸实验,研究了固溶和时效热处理对Mg-12Gd-3Y-Sm-0.5Zr(质量分数,%)合金组织和力学性能的影响。结果表明,Mg-12Gd-3Y-Sm-0.5Zr合金铸态组织由α-Mg基体和含Mg5Gd相和Mg41Sm5相的粗大枝晶组成,经过固溶和时效处理后,时效析出了Mg24Y5相,Mg5Gd相演变为Mg3Gd相,固溶时效态合金纳米尺寸的长条状相的脱溶析出可有效强化合金。合金在不同状态下的室温抗拉强度为:铸态219.4 MPa、固溶态224.0 MPa和时效态299.8 MPa。     

分级时效对QBe2铍青铜力学性能及微观组织的影响

研究了分级时效热处理工艺对QBe2铍青铜力学性能与微观组织的影响。结果表明,硬态QBe2铍青铜分级时效最佳工艺为240℃×2h+400℃×4h,此时合金伸长率为17.7%,弹性模量为144.7GPa,抗拉强度为833MPa。铍青铜微观组织主要含α相、β相及γ相。分级时效既可以细化QBe2铍青铜中的β相,也可以控制晶间反应的数量,提高合金的综合力学性能。     

预轧制时效对2055铝锂合金组织和力学性能的影响

研究了不同预轧制变形时效对固溶态2055铝锂合金组织和力学性能的影响。结果表明,对固溶2055铝锂合金在时效前进行预轧制变形可显著缩短峰值时效时间、提高合金硬度和强度。当预轧制变形量为0、3%和10%时,2055铝锂合金分别在155℃下时效40、30和28 h达到峰值硬度（HV）,分别为207.66、215.31和220.07。10%预轧制+155℃×28 h峰时效合金的屈服强度、抗拉强度分别达到562.64 MPa和622.04 MPa,比未预轧制、3%预轧制峰时效合金分别提高了67%、21%和43%、8%,大塑性变形诱导高密度位错促进析出相大量均匀弥散析出是其力学性能提高的主要原因。