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.     

热处理对Ti-18Nb-10Zr合金微观组织和超弹性的影响

研究了固溶、固溶时效、短时退火对Ti-18Nb-10Zr(at%)合金微观组织和超弹性的影响。采用室温拉伸测试了合金超弹性;借助X射线衍射（XRD）、电子背散射衍射（EBSD）、透射电子显微镜（TEM）对微观组织、相变行为进行了观察与分析。结果表明,冷轧态Ti-18Nb-10Zr合金,800 ℃固溶后,发生了完全再结晶,由β相和细小的无热ω相组成,回复应变约为2.65%;再在350 ℃时效后,由于等温ω相尺寸和体积分数显著增加,急剧降低了合金Ms,应力-应变曲线未呈现超弹性;650 ℃短时退火后,合金基本完成再结晶,由单一的β相组成,平均晶粒尺寸约为10 μm,晶粒细化改善了合金超弹性,回复应变约为2.86%。     

冷却速度对TA15ELI合金组织与性能的影响

研究了不同冷却方式（水冷，空冷和炉冷）对Ti-6Al—2Zr-2V-1Mo（质量分数，下同）ELI（TA15 ELI）合金43mm厚板双态组织中次生α片厚度，以及对该合金双态组织和等轴组织损伤容限性能的影响。结果表明：水冷时α片厚约1μm，空冷时α片厚为2μm～4μm，炉冷时α片过于增厚，几乎完全溶于等轴α相内，形成完全等轴组织。次生α相的变化对该合金的屈服强度和断裂韧性产生很大影响，但对疲劳裂纹扩展速率影响不大，疲劳裂纹主要以切过或沿等轴α相界面扩展。采用Paris（dα／dN=c（△Kn）^n公式对3种合金组织疲劳裂纹扩展数据进行拟合，其结果为：c=1-8×10^-8，n=3.12-3.28。     

微观组织对TA15 ELI钛合金损伤容限性能的影响

研究了TA15 ELI钛合金43 mm厚板的等轴组织、双态组织和片层组织的室温拉伸性能、断裂韧性(KIC)以及疲劳裂纹扩展速率(da/dN)等损伤容限性能,通过金相显微镜观测了疲劳裂纹在各类组织中的扩展规律,讨论显微组织对该合金损伤容限性能的影响.结果表明该合金等轴组织和双态组织的室温力学性能和疲劳裂纹扩展阻抗差别不大;相对等轴组织和双态组织而言,该合金片层组织在损失强度较小的前提下(Rm=992 MPa),合金断裂韧性提高,达到111 MPa·m1/2,同时该合金的疲劳裂纹扩展速率也大幅降低,其Paris公式拟合参数为c=1.08×10-8,n=3.23,具有更好的损伤容限性能.     

冷轧TA18钛合金管材退火织构的形成机制

TA18钛合金管材因使用环境要求应具有特定的径向基面织构,退火温度是其重要影响因素之一,为了揭示管材退火织构的形成机制,选取Φ8 mm×0.6 mm冷轧管材以及经450、500、550、600、650、700、750℃/3 h等温度退火管材为试验材料,利用电子背散射衍射（EBSD）技术研究了管材晶粒在不同退火温度下的取向特性。结果表明：初始冷轧管材具有较强的径向基面织构,且■晶向主要平行于管材轴向;管材在450～550℃、550～650℃、650～750℃退火时分别发生了回复、再结晶及晶粒长大,管材织构的转变主要发生在再结晶及晶粒长大阶段,随着再结晶的发生,管材径向织构不断增强,再结晶后的■晶向主要平行于管材轴向。再结晶退火使管材径向织构增强的主要原因是,原冷轧管材中的细小晶粒具有比基体更强的径向取向,再结晶晶粒优先在这些细小晶粒处形核生长,并获得了强径向取向,在随后的晶粒长大过程中,这些强径向取向晶粒不断长大并占据优势,从而使管材表现出强径向分布的“再结晶织构”。     

TA15(ELI)钛合金厚板损伤容限性能研究

研究了两相区双重退火工艺对β相区加工的TA15(ELI)(Extra Low Interstitial,低间隙元素含量)钛合金厚试样的断裂韧性和裂纹扩展速率的影响.结果表明,β相区加工、两相区双重退火的钛合金试样具有很高的断裂韧性和较低的裂纹扩展速率.这主要是由于在该加工和热处理工艺下获得了片层状组织.随着退火温度升高,α片层厚度的增加,疲劳裂纹扩展速率降低,断裂韧性升高.对疲劳裂纹扩展试样断口分析表明,在预裂区和疲劳裂纹稳态扩展区,裂纹以准解理方式扩展.     

油气开发用钛合金油井管选材及工况适用性研究进展

钛合金材料由于具有高比强度、低弹性模量,优异的韧性、疲劳性能和耐蚀性,已经成为严酷工况环境下油井管和海洋开发工具的热门候选材料。目前国内外很多研究机构和学者都开展了用于油气开发领域的钛合金材料的研究,包括钛合金石油管的可行性、钛合金管材的制备加工、实验室内钛合金性能评价以及钛合金管材的现场应用等方面。然而,我国油气开发环境较为恶劣,油井管在井下服役不但要面临高温高压的挑战,还要经受硫化氢、二氧化碳、高浓度盐水/完井液、单质硫和强酸等腐蚀环境的共同作用,因此我国对油井管的要求高于国外一般水平。此外,钛合金是钛含量大于50%的金属的总称,仅我国国标所列举的不同成分钛合金就多达76种。这些已经标准化的钛合金材料大多用于航空航天、石化炼化、生物医学、船舶以及海洋工程领域,这些应用环境和油气开发环境具有巨大的区别,已有牌号的钛合金能否适用于油气开发工况尚不得而知。国内有关钛合金油井管在硫化氢、二氧化碳、高浓度盐水/完井液、单质硫和强酸环境下服役的研究报道和应用经验都较为缺乏,导致油气开发油井管用钛合金材料在选择和使用上存在风险,为了防止钛合金在应用时出现大的安全事故而造成生命财产的损失,迫切需要结合国内外研究经验对可用于油气开发环境的钛合金材料进行筛选和评价,明确每种钛合金材料的工况适用性和使用极限,以保证其使用的安全可靠性。本文在国外近30年已发表的钛合金油井管相关研究成果和国内钛合金油井管最新研究进展的基础上,总结了油气开发用钛合金油井管选材经验,并对七种典型钛合金材料在油气开发工况下的适用性和使用极限做出了归纳总结,分析了钛合金油井管要真正实现大规模应用面临的问题并展望了前景,以期为油气开发用钛合金材料的选用提供参考。     

超声冲击处理对TA15钛合金板材焊缝残余应力的影响

由于焊接过程中的温度分布不均匀,在焊接接头处会引入较大的残余应力,对焊接构件稳定性产生不利影响,超声冲击处理(UIT)则是常用的消除残余应力的方法。采用电子束焊接方式对3 mm厚TA15钛合金板材进行焊接,随后对焊接板材焊趾部位进行超声冲击处理。在光学显微镜下观察焊接接头的显微组织,利用X射线应力仪测量焊接接头的残余应力,研究超声冲击处理对焊接接头残余应力的影响。结果表明,对于TA15钛合金板材,电子束焊接接头呈"倒三角"形,焊缝处晶粒粗大;超声冲击处理能够降低焊缝表面的残余应力,并将残余拉应力转化为残余压应力。对焊趾部位超声冲击处理后,电子束焊接板材焊缝处的平均残余应力从200 MPa降低至-53 MPa。     

热挤压工艺对Ti-6Al-4V钛合金组织与性能的影响

研究了挤压温度和挤压比对Ti-6Al-4V钛合金挤压型材显微组织、织构及力学性能的影响.挤压温度在相变点T_β以上150~350℃、挤压比λ为25~85范围内时,型材动态再结晶均已完成,形成均匀的魏氏组织.型材的晶粒随挤压温度的降低和挤压比的提高而细化.型材织构在挤压比较低(λ=25)时强度较弱且为随机分布;当挤压比增加时,织构增强并有形成(1219)面纤维织构的趋势;当挤压比提高至85时,形成完整的(1219)面纤维织构.由于织构与晶粒细化的共同作用,使不同挤压条件下得到的Ti-6Al-4V钛合金型材综合力学性能比较稳定,即强度差异均不大于35 MPa,且延伸率和断面收缩率差值均不超过3%.