添加La对Ti-6Al-4V-1.5Mn合金组织与性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti-6Al-4V-1.5Mn-xLa(x=1、1.5、2和2.5,mass%)合金,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等研究了合金经固溶时效处理后的微观组织和性能。结果表明:添加稀土元素La后,Ti-6Al-4V-1.5Mn合金的组织出现了明显的细化现象,组织中存在弥散分布的稀土氧化物La_(2)O_(3),对基体起到弥散强化的作用。随稀土元素La含量的增加,合金的抗拉强度和伸长率先增加后降低,当La元素含量为2%时,合金的抗拉强度和伸长率最佳,拉伸断口为准解理断裂。

铸态Ti-6Al-4V-0.1B合金的热变形行为及加工图

在Gleeble-1500热模拟试验机上进行高温压缩试验,研究了变形温度为1000～1100℃,初始应变速率为0.01～1 s-1的铸态Ti-6Al-4V-0.1B合金的变形行为。基于动态材料模型建立了加工图,并观察了变形组织。结果表明:该合金为热敏感和应力敏感型合金,热变形的最佳变形参数为1050～1100℃,应变速率在0.1～1 s-1之间。铸态大变形区组织为沿着变形方向拉长的原始β晶粒,晶粒组织内部出现针状马氏体,TiB相在变形的过程中出现折断,并沿着加工流线分布。

添加Nd元素对Ti-6Al-4V-2Cr合金组织细化的影响

采用冷等静压–真空烧结法制备Ti-6Al-4V-2Cr-1Nd合金,然后进行固溶及时效热处理,通过实验与最小错配度理论计算,研究Nd元素对该合金组织细化的影响,并分析细化机理。结果表明,添加1%(质量分数)的稀土元素Nd后,析出相Nd2O3能有效促进晶粒细化。二维错配度的计算结果证明析出相Nd2O3是有效的形核剂,可促进非均匀形核,增加形核率,从而使晶粒细化。通过对合金试样薄区进行高分辨率观察,发现另一种絮状的、非常细小的、弥散分布的Nd2Ti4O11相,由于其界面错配度较低,也可作为非均匀形核的核心,促进形核,起到细化晶粒的作用。

机械用粉末锻造Ti-6Al-4V-1Nb合金的性能研究

采用不同的粉末锻造温度制备了机械用Ti-6Al-4V-1Nb合金,并进行了力学性能和磨损性能的测试与分析。结果表明:随粉末锻造温度从1250℃增加到1370℃,试样的屈服强度先增大后减小,断后伸长率和磨损体积先减小后增大,试样的耐磨损性能先提高后下降。机械用Ti-6Al-4V-1Nb合金的粉末锻造温度优选为1310℃。

Y_2O_3对Ti-6Al-4V合金表面原位自生TiC-TiB_2颗粒增强涂层结合力的影响

研究了稀土氧化物Y_2O_3对Ti-6Al-4V合金表面原位自生Ti C-Ti B_2颗粒增强涂层结合力的影响。结果表明,在Al-B4C体系涂层中添加少量稀土氧化物Y_2O_3不仅可大幅提高内/外层界面结合强度,而且改变了涂层的破环方式。

固溶/时效对Ti-6Al-4V-0.5Fe合金的力学及电化学性能的影响

对Ti-6Al-4V-0.5Fe合金进行固溶/时效处理试验,并对其热处理前后的组织形貌进行观察,测试合金力学性能(拉伸力学性能和显微硬度)。采用激光共聚焦显微镜观察硬度压痕的三维形貌,同时测试了合金在海水和Hank’s模拟人体体液中的耐腐蚀性能。结果表明,时效温度影响合金α相的尺寸和β相的含量,Ti-6Al-4V-0.5Fe合金450℃和500℃时效处理后提升了强度,但塑性下降。固溶/时效处理可明显提升合金的显微硬度。通过500℃时效处理后,合金在海水中的耐腐蚀性能良好,550℃时效处理后合金在Hank’s模拟人体体液中的耐腐蚀性能有较明显提升。

固溶过程中冷却速率对Ti-6Al-4V-0.5Fe合金组织和力学性能的影响

对Ti-6Al-4V-0.5Fe热轧合金依次进行860℃退火处理和950℃固溶处理试验,并且在固溶处理过程中采用不同的冷却速率,之后使用光学显微镜观察不同热处理状态的微观组织形貌,测试合金的拉伸性能和显微硬度,并采用激光共聚焦显微镜观察硬度压痕的三维形貌。结果表明,退火处理未能明显改变合金的组织形貌,但降低了合金的显微硬度,减少了合金在轧制过程中的加工硬化程度。合金经950℃固溶处理(水冷)后,存在等轴组织,由等轴α相和晶间β相组成,且组织均匀细小,合金可获得较高的显微硬度。固溶处理能够调控合金的组织,为进一步通过时效处理提高该合金的力学性能提供条件。

不同热处理条件下Ti-6Al-4V-0.1B合金的组织和性能

研究了不同热处理条件下两相区轧制的Ti-6Al-4V-0.1B合金棒材的组织和性能。研究结果表明,α+β相区热处理后获得等轴组织或双态组织,随着热处理温度的升高,初生α相含量降低;β相区热处理后获得魏氏组织,原始β晶粒及α集束的尺寸随着热处理温度的升高而增大。在拉伸变形时,魏氏组织的强度高于双态组织,但塑性明显低于后者。900℃/1 h,AC+540℃/8 h,AC和1 080℃/1 h,AC+540℃/8 h,AC处理之后获得等轴组织和魏氏组织,具有该组织类型合金最佳的强度和塑性匹配,在拉伸载荷的作用下,TiB相与基体之间存在很好的结合力,TiB相在拉伸过程中传递载荷。

固溶温度对Ti-6Al-4V-4Mo合金组织与力学性能的影响

对Ti-6Al-4V-4Mo合金进行不同温度固溶+550℃×6 h时效处理,研究了不同温度固溶处理对Ti-6Al-4V-4Mo合金组织与力学性能的影响。结果表明:在800~860℃,随着固溶温度的升高,时效处理后Ti-6Al-4V-4Mo合金中析出的弥散相逐渐增多,晶粒未明显长大。固溶温度达到890℃时,时效处理合金中的弥散相发生聚集,晶粒有长大趋势。在800~920℃,随着固溶温度的升高,时效处理后Ti-6Al-4V-4Mo合金的抗拉强度、屈服强度逐渐升高,伸长率逐渐降低。860℃固溶+550℃×6 h时效处理Ti-6Al-4V-4Mo合金强塑性匹配最佳,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为1124 MPa、996 MPa和14.6%。

Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb合金的热变形行为及组织演变研究

采用Gleeble-3800动态模拟实验机,研究了亚稳β钛合金Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb在变形温度700~900℃、应变速率0.001~1s^(-1)、变形量10%~50%的热变形行为,分析了该合金在热变形过程中的组织性能演变规律。结果表明:随变形量的增加,合金的流动应力曲线变化不大,主变形区组织畸变程度增大,且变形晶的动态再结晶增加;随变形温度的增加,合金的峰值应力及稳态流变应力呈降低趋势,组织变形趋于均匀分布,动态再结晶程度亦增加,且因应力诱发相变导致组织在稍低于相变点的790℃完全转化为β相;随应变速率增加,合金的峰值应力及稳态流变应力增加,组织变形不均匀程度增加,动态再结晶程度降低。该合金为变形温度、应变速率敏感型材料,其温度敏感性随应变速率的增加而逐渐增强,应变速率敏感性随温度的增加而逐渐减弱。

添加Nd元素对Ti-6Al-4V-2Cr组织与性能的影响

本试验采用冷等静压法及粉末冶金法制备钛合金,消除了成分偏析对合金性能的影响。在Ti-6Al-4V-2Cr中加入稀土Nd元素并进行热处理,运用光学显微镜、XRD和TEM对其组织和性能进行观察和分析。通过观察发现合金的组织为均匀的α+β相。运用XRD和TEM观察发现,晶界和晶内均有Nd2O3析出物,Nd2O3的出现细化了晶粒,提高了形核率,降低了晶粒尺寸。运用精密万能试验机进行了力学性能测试,当Nd元素含量为1%时,合金的综合力学性能最好,合金的抗拉强度提高了10.7%,伸长率提高了49.1%。

添加Y元素对Ti-6Al-4V-2Cr-1.5Mo合金组织和力学性能的影响

通过OM、SEM、XRD和TEM对热处理态Ti-6Al-4V-2Cr-1.5Mo-xY(x=0.1,0.5,1.0,1.5,质量分数)合金的组织和力学性能进行分析,发现添加稀土Y元素后,合金的组织得到了明显的细化,产生的稀土氧化物Y_(2)O_(3)弥散分布在基体中;且当Y元素的添加量为0.5%时,合金的强度、硬度和伸长率最好,性能最优。对热处理态的Ti-6Al-4V-2Cr-1.5Mo-0.5Y进行分析,发现析出相Y_(2)O_(3)与基体α-Ti之间的错配度为0.141 3,属于半共格界面。

固溶时效处理对钻杆用Ti-6Al-4V-1Mo-1Zr合金组织及性能的影响

采用力学性能测试、组织观察等方法研究了固溶时效热处理工艺对钻杆用Ti-6Al-4V-1Mo-1Zr合金显微组织和力学性能的影响。研究结果表明,两相区固溶时效后实验材料得到双态组织,初生α相体积分数随固溶温度升高而减少,β转变组织及次生α相尺寸和体积分数随固溶温度升高而增加;相变点以上固溶时效后实验材料得到片层组织,使断裂过程中裂纹路径发生偏转,提高了裂纹的扩展路径,增大了冲击过程中钛合金可吸收的能量,提高了钛合金的冲击韧性;两阶段固溶时效热处理后的钛合金屈服强度达932 MPa以上、伸长率为14.1%、冲击功大于45 J,具备良好的强韧性匹配。

Ti-6Al-4V-0.1B钛合金的热压缩变形行为

作为一种新型合金,Ti-6Al-4V-0.1B合金显示了较好的塑性成形能力及应用前景。通过真空感应凝壳熔炼方法制备了Ti-6Al-4V-0.1B合金铸锭,随后在850~985℃的温度范围内和0.001~1 s-1的应变速率范围内对Ti-6Al-4V-0.1B合金进行热压缩测试。运用真应力-真应变曲线研究了合金的流动行为。利用光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射技术(EBSD)对合金显微组织进行了表征。研究结果显示,Ti-6Al-4V-0.1B合金的流动应力对温度和应变速率都是敏感的,且温度对流动应力的影响比应变速率大。与基体合金相比,Ti-6Al-4V-0.1B合金具有更高的应力指数和应变激活能,这归因于分布在晶界处的TiB增加了原子扩散的阻力,减慢了热变形动态软化过程。热压缩过程中,初生α相发生了明显的球化,球化过程也受变形温度和应变速率的影响。由于TiB与基体之间的应变不匹配导致了高应变速率下合金基体的开裂,随后裂纹沿着定向排列的TiB粒子扩展,因此Ti-6Al-4V-0.1B合金的热加工过程应在低应变速率下进行。

热处理对石油管材用Ti-6Al-4V-0.5Ni-0.05Ru钛合金组织和性能的影响

为了满足中国严酷的油气勘探开发环境下对石油管材的需求,开发了新型Ti-6Al-4V-0.5Ni-0.05Ru钛合金,但这种新型钛合金的加工制备和热处理工艺有待进一步研究。本实验使用光学显微镜,力学性能测试,电子背散射衍射分析和透射电子显微镜等手段系统研究了不同热轧工艺和热处理制度对Ti-6Al-4V-0.5Ni-0.05Ru钛合金组织和力学性能的影响。研究表明,在α+β两相区(940℃)和β单相区(1000℃)经过80%变形量轧制后,该合金板材具有较好的塑形变形能力,未发现宏观裂纹。在α+β两相区热轧后,单级退火处理虽一定程度上能使组织均匀化,但晶粒仍较大,且轧板纵横向组织仍有较大差异;β单相区热轧后,显微组织比α+β两相区(940℃)热轧后晶粒更小且分布均匀,纵横向组织形貌基本相同。对于不同的热轧温度,采用双级退火处理都可以获得更为细小和均匀的组织,可以在一定程度上提高强度,但降低了板材的韧性。随着单级退火温度的升高,不同温度下热轧板材的抗拉强度下降,冲击功和冲击韧性逐步上升。在同样的热处理工艺下,提高热轧温度,即采用1000℃热轧且850℃单级退火工艺,可以获得较好的强度和韧性匹配。

双时效对Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb合金显微组织和力学性能的影响

研究了固溶、固溶后单时效以及固溶后双时效处理对Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb合金组织和力学性能的影响。结果表明,820℃下固溶0.5 h后,合金中的α相完全溶解;单/双时效合金的硬度均随时效时间增加先升高后降低;合金经300℃/8 h+500℃/8 h双时效处理后可达到4580 MPa的峰值硬度(HV),1462 MPa抗拉强度以及3.4%延伸率,其强度比原始合金高6%,也高于单时效合金。界面能计算结果表明ω相使α相形核的阻力降低50%,促进了α相的析出并细化α板条,从而提升合金的硬度,强度及塑性。

Y元素对铸造Ti-6Al-4V合金微观组织与力学性能的影响

研究了Y元素合金化对铸造Ti-6Al-4V合金微观组织与力学性能的影响。铸态合金微观组织与力学性能分别利用金相显微镜、扫描电镜、透射电镜和拉伸试验进行表征。结果显示,Ti-6Al-4V合金呈现典型的魏氏组织特征。添加Y元素后,合金中形成Y2O3颗粒并分布在初生β晶粒的晶界处,同时在晶界两侧形成平行的α/β层片结构,而晶粒内部形成相互交叉的α/β层片结构,即Y2O3明显改变了Ti基体片层组织形貌。相比于Ti-6Al-4V合金,添加Y元素之后,合金的屈服强度和抗拉强度稍有提高,但是平行的α/β层片结构和Y2O3颗粒引起合金由解理断裂向沿晶断裂转变,进而导致延伸率显著减小。所以,Ti基体微观组织变化对合金力学性能同样具有重要作用。

Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb合金的热变形行为及热加工图

基于等温恒应变速率热压缩实验,探究了新型Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb合金在变形温度700~900℃、应变速率0.001~1.000 s;条件下的热变形行为。通过真应力-真应变曲线分析了变形参数对合金力学性能的影响规律,选用修正的Arrhenuis双曲正弦函数模型推导了耦合应变的本构方程,基于动态材料模型及Prassd流变失稳准则构建了热加工图。结果表明:Ti-45651合金为温度、应变速率敏感型材料,其峰值应力及稳态流变应力随变形温度的增加逐渐降低,随应变速率的增大呈增加趋势。流变曲线在两相区呈动态再结晶型,在β单相区为动态回复型。本构方程计算可得两相区平均热变形激活能为280.023 kJ·mol^(-1),远大于纯钛的自激活能,说明两相区的热变形软化机制以动态再结晶为主。β单相区平均热变形激活能为202.564 kJ·mol^(-1),稍大于纯钛的自激活能,说明其软化机制以动态回复为主。该合金的公共失稳区为700~800℃,0.010~1.000 s;和850~870℃,0.320~1.000 s^(-1),该区域的功率耗散效率(η)低至0.15,且有绝热剪切带等失稳组织出现;其公共峰值变形区为700~770℃,0.001~0.010 s;和790~810℃,0.001~0.0032 s^(-1),该区域η值高达0.57,且因动态再结晶的充分进行,其中心主变形区无剧烈变形晶粒。

固溶时效对Ti-6Al-4V-1.5Mn合金组织与性能的影响

采用冷等静压法和粉末冶金法制备Ti-6Al-4V-1.5Mn钛合金,并利用光学显微镜、XRD、SEM、TEM和拉伸试验机等手段对固溶时效处理后合金的组织和力学性能进行观察和分析。结果表明：试验合金经950℃×40 min固溶处理后,合金基体的组织主要为板条状的α相和细小的α＇相。随着固溶温度的增加,试验合金的抗拉强度和伸长率均增加,当在950℃固溶40 min时,试验合金的具有最佳的力学性能。当试验合金经950℃×40 min固溶处理后,随后在不同的温度下进行保温6 h时效处理。随着时效温度升高,试验合金的抗拉强度和伸长率均减少,其中试验合金在460℃时效6 h时具有最佳的力学性能,并对其拉伸断口的组织分析可知,韧窝的数量最多。最后由TEM和XRD分析了最佳固溶时效工艺处理后的样品,基体组织主要为α-Ti和β-Ti,并在XRD图谱中存在较为明显的衍射峰。

石油管用Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金高温流变行为及预测模型研究

通过使用Gleeble-3500热模拟试验机进行等温单轴压缩试验,研究了Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金在温度800到1100℃,应变速率0.01到10 s-1条件下的高温流变行为。结果表明,Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金的峰值应力随着变形温度的降低以及变形速率的增大而增大,软化机制在950℃以下为动态回复,在950℃以上为动态再结晶。通过使用线性回归的方法建立了Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金的Arrhenius本构模型,计算得到该合金的热激活能为720.477 kJ/mol,应变速率敏感指数为4.809。通过引入应变对材料常数α、n、A和Q的影响,建立了考虑应变的流变应力预测模型,通过对试验值和预测值的比对,相关系数达到96.9%,说明该模型具有较好的预测精度。