低成本β型钛合金时效组织和力学性能的研究

依据合金设计准则并参考钼当量[Mo]eq及Kβ稳定系数设计了两种低成本的β型钛合金,名义成分Ti-9Mo-4Cr-Fe-4.6Al(1#)和Ti-9Mo-4Cr-Fe-4.6Al-0.3O(2#),研究了该两种合金铸态及不同时效条件下的组织及性能。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)及X射线衍射仪(XRD)观察与分析了该合金不同时效态的组织,进行了维氏硬度和压缩性能测试。结果表明:1#和2#合金分别在550℃/8 h及520℃/(2~5)h具有最好的析出效果。性能变化结果为:时效处理后两种合金最高硬度分别为608.83 HV10和650.35 HV10;最好的压缩性能为:1#合金压缩屈服强度和抗压强度分别为1404 MPa和1562 MPa,压缩率为9%;2#合金压缩屈服强度和抗压强度分别为1405 MPa和1561 MPa,压缩率为21%。因此,为了获得良好的塑性,含O钛合金的时效温度应选在520℃。

合金元素、加工与热处理对医用β型钛合金力学性能的影响及微观分析

研究了不同合金添加元素(Mo,Sn,Zr,Nb)、加工以及热处理对近β型医用钛合金力学性能和显微组织的影响规律,讨论了保持医用钛合金强度、弹性模量和塑性优良匹配的影响因素和解决办法。研究发现:Ti-Nb-Zr-Mo-Sn合金中增加Zr,Mo,Sn元素含量使合金强化,而增加Mo,Nb元素含量和热加工率利于降低弹性模量;经过固溶处理后强度和弹性模量降低,经时效处理后合金产生弥散强化和细晶强化使强度和弹性模量增加;热轧态和固溶状态下产生应力诱发马氏体而导致较低的屈强比和允许应变,利于二次加工和实际应用。

近β型钛合金Ti4Zr1Sn3Mo25Nb(TLM)热处理与材料强化研究

利用光学显微镜、X射线衍射仪、透射电镜和力学试验机、摩擦试验机研究了不同热处理条件对新型近β型钛合金Ti4Zr1Sn3Mo25Nb(TLM)的显微组织、相变以及力学性能和耐磨性的影响。结果表明:TLM合金在β相区固溶处理后主要形成亚稳的等轴β相(βms),在低温时效时βms开始分解,在晶粒内部形成大量密集次生α相(αs),并呈现点状和细针状分布,从而使合金产生弥散强化和细晶强化。680℃,1h空冷+510℃,6h空冷TLM钛合金的耐磨性最好,其耐磨性优于退火态Ti6Al4V和时效态Ti-13Nb-13Zr钛合金。

亚稳β型钛合金中的{332}〈113〉变形孪晶

{332}<113>变形孪晶是亚稳β型钛合金变形过程中的一种独特变形机制。该类型孪晶具有特殊性质并且对亚稳β型钛合金力学性能具有显著影响。本文总结了{332}<113>变形孪晶的研究状况和特性,重点介绍了{332}<113>变形孪晶形成的几种代表性模型。通过分别对这些模型的假设条件以及需要进一步解释和验证的科学问题进行分析,旨在为理解和揭示{332}<113>变形孪晶的变形机制提供有用的参考信息。

生物医用β型钛合金de设计与开发

介稳定β型钛合金具有低密度、高比强度、低模量、耐蚀、易加工且生物相容性优良等特点,已成为外科植入件优选的替代材料。本文重点介绍了用于人体硬组织修复与替代材料的介稳定β型生物医用钛合金的设计、熔炼、加工、热处理、显微组织以及表面改性等方面应注意的问题和最新研究进展,并指出了未来的研究发展方向。

β型钛合金材料的生物相容性评价

通过皮下、肌肉植入试验评价两种β型钛合金材料TLE(Ti-(3～6)Zr-(2～4)Mo(24～27)Nb),TLM2(Ti-(1.5～4.5)Zr-(0.5～5.5)Sn-(1.5～4.4)Mo-(23.5～26.5)Nb)的生物相容性。将TLE,TLM2两种新型医用钛合金和对照材料(Ti-6Al-4V)分别植入家兔皮下和肌肉内,依据GB/T16886.6-1997标准,在1,2,6,12,24周作大体观察评价和组织学检查。结果表明:两种β型钛合金材料炎细胞浸润情况与对照材料无明显差异、包膜的厚度比对照材料薄,TLE和TLM2新型医用钛合金生物相容性良好。

β型钛合金材料的生物相容性评价

背景:前期大量研究证实钛及钛合金具有良好的生物相容性和较强的耐腐蚀性,β钛合金以其高机械强度、低弹性模量,使其成为目前最具有吸引力的金属生物医学应用材料。目的:评价两种新型β型钛合金材料TLE(Ti-(3～6)Zr-(2～4)Mo-(24～27)Nb),TLM2(Ti-(1.5～4.5)Zr-(0.5～5.5)Sn-(1.5～4.4)Mo-(23.5～26.5)Nb)的生物相容性。方法:取健康成年新西兰兔30只,随机抽签法分为皮下植入组和肌肉植入组。将2种新型钛合金TLE、TLM2加工成圆柱形实验试件,分别植入家兔大腿皮下和背侧肌肉内。对照材料(Ti-6Al-4V)同法植入同一动物的对侧相同部位。依据GB/T16886.6-1997标准,在1,2,6,12,24周取标本大体观察纤维包膜的形态,光学显微镜下观察皮下和肌肉组试件与周围组织界面反应情况,苏木精-伊红染色进行组织学观察。结果与结论:植入2,6,12,24周后,试件周围均形成了血管化的包膜,随着植入时间的延长包膜逐渐变薄、透明度增高,包膜内毛细血管的数量增加。肌肉植入组包膜厚度在6,12周时比皮下植入组薄,炎细胞主要是中性粒细胞、巨噬细胞、多核巨细胞、淋巴细胞和浆细胞,随着时间的延长,各类炎细胞的数量逐渐减少,12周后中性粒细胞数量明显减少,淋巴细胞和浆细胞随时间延长数量逐渐变少,24周时均未见中性粒细胞。说明TLE,TLM2新型医用钛合金生物相容性好,具有良好的临床应用前景。

亚稳定β型钛合金的研究进展与应用现状

亚稳定β型钛合金由于具有良好的冷热加工性能,易锻造,可轧制、焊接,还可通过固溶时效热处理工艺获得较高的力学性能和良好的强度与断裂韧性匹配程度,因此成为国内外研究和应用的热点。本文通过介绍国内外亚稳定β型钛合金材料的研究进展与应用,综述了美国、俄罗斯、日本和中国的亚稳定β型钛合金目前所达到的研究和应用水平。

时效处理对近β型钛合金TLM组织与性能的影响

研究了不同时效温度和保温时间对近β型钛合金TLM微观组织和力学性能的影响。结果表明,经β单相区固溶+时效处理后合金微观组织特征为:沉淀α相在晶界两侧沿一定的晶体学位向呈集束状析出,晶内也有大量沉淀α相产生。随着时效温度升高,沉淀α相尺寸逐渐增大且趋于均匀,合金强度降低,塑性增强。当时效温度从480℃升高至510℃时,强化效果最为明显,合金的抗拉强度增量达到最大值184 MPa;当时效温度从510℃升高至540℃时,抗拉强度增量最小,仅63 MPa。随着保温时间的延长,晶界附近析出的集束状α相尺寸明显增大,且在原来未析出区域也有α相产生,分布逐渐趋于均匀。在480℃下进行时效时,随着保温时间增加,合金强度增大,塑性降低;在510℃下进行时效时,合金强度和塑性随保温时间延长变化不明显;在540℃下进行时效时,随着保温时间增加,合金强度减小,塑性增强。

医用β型钛合金中氧元素的作用

低模量β型钛合金作为生物医用材料得到了广阔的发展.国内外研究者发现添加O,N和H等间隙元素能够有效提高β型钛合金的力学性能.其中,O是研究最广泛的间隙元素.以国内外研究结果为基础,综述了O对β型钛合金的显微组织、相变、力学性能和超弹性的影响.O元素能够细化β相晶粒,但过多则会产生偏析.O抑制淬火过程中α″和ω两种马氏体转变.O具有很强的固溶强化作用,显著提高钛合金强度、硬度和耐磨性.O提高β相临界滑移强度和降低Ms点的作用有益于合金的超弹性和形状记忆效应.

近β型钛合金Ti3Zr2Sn3Mo15Nb的形状记忆效应和超弹性研究

采用弯曲和循环拉伸实验研究了新型Ti-3Zr-2Sn-3Mo-15Nb（TLM）钛合金的形状记忆和超弹性特性，探讨了变形温度、总应变和热处理对TLM钛合金形状记忆和超弹性的影响规律。实验结果表明新合金在热轧态和在α＋β两相区固溶处理后比从β单相区固溶处理后具有较高的形变恢复率，最大可恢复应变可达1．8％．随着总变形应变增加，形变恢复率降低。从β相区固溶处理后TLM合金具有较好的超弹性，优于热轧态或时效处理后TLM合金的超弹性能。

近β型钛合金Ti-10V-2Fe-3Al的时效相变研究

Ti-10V-2Fe-3Al合金水淬后,在250—450℃的时效温度范围内,随温度的升高或时间的延长,逐步发生α″→β,ω_a→ω→α,β→β+ω→β+α和β→β+α等相变过程,并波此重叠.当时效温度高于450℃,发生β→β+α转变。考察了时效组织的形态与分布,给出了α相和β相的点阵常数变化与时效温度的关系,以及硬度与时效的关系。

基于Simufact的一种新型β型钛合金无缝管轧制的有限元模拟

以一种新型β型(名义成分:Ti-5.5Mo-5.5V-6.5Cr-3.5Al-3Sn-3Nb)钛合金管材为研究对象,应用Simufact有限元分析软件,通过构建钛合金无缝管三辊和五辊冷轧时的三维模型图并对模型进行简化,阐明了该合金管材的轧制变形基本原理。通过对模拟参数与边界条件的设定,揭示了三/五辊中轧辊圆心沿径向的物理位置随时间变化特征以及管材在轧制过程中壁厚的变化规律,为优化和制定钛合金管材轧制工艺提供理论参考。

Ta、Zr元素对β型钛合金Ti-36Nb-xTa-yZr-0.3O阻尼性能的影响

通过金相分析、动态热机械分析(DMA)等方法,研究了Ta、Zr元素的含量对β型钛合金Ti-36Nb-xTa-yZr-0.3O显微组织及阻尼性能的影响。结果表明,添加Ta、Zr对合金晶粒尺寸基本无影响;添加Ta使合金的偶极子形状因子增大,阻尼值升高,但弛豫激活能与自发有序温度变化不大,使合金峰温与峰宽无明显改变;添加Zr对合金的偶极子形状因子影响较小,阻尼值基本不变,但弛豫激活能与自发有序温度有所增加,合金的峰温和峰宽升高。

激光冲击近β型钛合金的室温拉伸和高周疲劳性能及其断裂机理

目的提高近β钛合金的强度和高周疲劳性能。方法对两相区固溶时效热处理后的TB6和Ti55531钛合金锻态材料表面进行了激光冲击强化(LSP),并对强化前后的试样进行室温拉伸和高周疲劳试验。采用扫描电镜(SEM)对拉伸和高周疲劳断口进行了观察和分析。结果与未LSP的样品相比,LSP后TB6和Ti55531钛合金的抗拉强度(Rm)分别提高了25 MPa和25 MPa,提高比例分别为2.26%和2.02%;屈服强度(Rp0.2)分别降低了48 MPa和30 MPa,降低比例分别为4.58%和2.54%;断面收缩率(A)、延伸率(Z)和弹性模量略有提升。在低应力水平下,LSP后Ti55531合金的疲劳寿命高于TB6合金,而在高应力水平下,TB6合金具有略高于Ti55531合金的疲劳寿命。结论经过和未经LSP的TB6和Ti55531钛合金的拉伸断裂模式均为微孔聚集型韧性断裂与沿晶脆性断裂混合的断裂模式,表面激光冲击不改变其拉伸断裂模式,近β钛合金在不同应力状态的疲劳寿命差异与材料显微组织差异导致的疲劳裂纹萌生和扩展速率不同有关。

β型钛合金相变温度的新型金相测试方法

根据钛合金的相变理论,建立了β型钛合金材料相变温度的新测试方法。首先对合金试样进行预热处理,在理论相变温度以上30~50℃保温40min炉冷至650℃后空冷。然后按照GB/T 23605-2009测试相变温度,晶界板条α体积分数小于1%和等于0%的温度区间即为β型钛合金相变温度区间。TC18,TB6,TB3,TB8钛合金相变温度的测试结果表明该方法切实可行,弥补了标准测试法方法的不足。

高强近β型钛合金电子束焊的焊后热处理

论述了高强近β型钛合金电子束焊的焊后热处理对显微组织、力学性能和断裂特性的影响.随着焊后热处理温度的提高,将引起母材和焊接接头β晶粒中α沉淀相的粗化,并促使在β晶界处粗大的、更加连续的α相的长大.与显微组织的变化相一致,高的焊后热处理温度促进了母材及焊缝区硬度和强度的下降和韧性的提高.并在570℃/24 h,AC时效时达到最佳强韧性匹配.之后,随着时效温度继续升高,韧性反而会降低.

杂质对新型β型钛合金显微组织及其硬度的影响

β型钛合金具有良好的强度、耐腐蚀性和优越的加工性能,尤其高强度和强耐腐蚀性在核电领域有着广泛应用,本文主要通过金相显微镜、扫描电镜、X-衍射和能谱等工具来分析杂质元素C、O等对β型Ti-Nb-Zr合金的组织和硬度影响。C、O等杂质使得合金在α相转变成β相的相变温度提高,扩大α相相区范围,均匀化热处理后将析出α相和微量脆性ω相,使合金的硬度提高,塑性降低,加工性能恶化。