Ti-6Al-7Nb钛合金热加工与热处理工艺研究

研究了Ti-6Al-7Nb合金不同热加工与热处理工艺引起的显微组织和力学性能变化,探讨该合金组织变化的特点和性能变化的内在规律。结果表明,在工业化生产条件下,Nb元素添加采用铌钛中间合金,选用适宜的铸锭熔炼工艺参数,可以获得成分均匀、无富Nb偏析的优质铸锭。在两相区锻造或轧制后坯料在700℃～800℃范围内退火,合金组织与性能均能满足ASTM和ISO标准要求。

Ti-13Nb-13Zr钛合金var熔炼各组元挥发趋势分析

基于活度系数计算模型和控制传质系数计算模型，从热力学角度分析Ti-13Nb-13Zr合金熔体中各组元的饱和蒸气压以及熔炼过程中各组元的挥发趋势。结果表明，合金中各组元的挥发损失速率不一，使得熔炼前后合金的成分出现了变化，合理的降低熔体的温度和提高真空室中的压力可以减小熔炼过后合金成分的变化，本结果也为Ti-13Nb-13Zr合金VAR熔炼合金成分的控制提供理论指导。

Ti-13Nb-13Zr钛合金板材热处理组织演变分析

对Ti-13Nb-13Zr钛合金板材固溶和时效热处理的组织变化进行了分析，结果表明，为了得到细小等轴β晶粒，推荐固溶处理制度：700℃／0．5h、水冷或空冷。为了保留过冷β相结构，为后续的时效强化做准备，推荐固溶处理工艺为800℃／0．5h、水冷。为使Ti-13Nb-13Zr钛合金达到良好的组织匹配，并且避免产生恶化合金性能的ω相，推荐热处理制度：固溶800℃／0．5h（水冷）＋时效处理560℃／8h。本结果也为Ti-13Nb-13Zr钛合金技术开发和专业生产提供参考。

热处理对高耐磨性NiTi基合金材料性能的影响

通过光学金相和显微硬度实验的分析方法,研究了热处理制度对高耐磨性NiTi合金材料性能的影响。实验表明,NiTi耐磨材料经过不同的热处理工艺后,材料的硬度变化明显,在800℃×30min/WQ+300℃×240min/FC热处理工艺制度下其硬度值最高;800℃固溶处理后,随着300℃时效时间的延长,材料显微组织鱼骨状晶逐渐增加,线状晶逐渐减少;黑色颗粒状质点逐渐增加,基体得到强化,材料显微硬度逐渐升高。随着冷却速度的增加,材料的晶粒得到细化。

钛镍形状记忆合金加热过程中的晶粒长大行为

通过真空感应炉制备了Ti-50.9Ni(at%)形状记忆合金铸锭,经锻造、轧制及热拉拔至φ2.0 mm丝材。830℃退火后,对其进行42.4%变形量的冷拉拔,然后对冷拉拔后的钛镍合金丝材进行650~950℃加热并保温15~120 min。借助金相显微镜研究了加热温度和时间对Ti-50.9Ni形状记忆合金晶粒尺寸的影响,推导并验证了Ti-50.9Ni形状记忆合金加热过程的晶粒长大模型。结果表明:钛镍合金晶粒尺寸呈抛物线长大,加热温度越高,晶粒长大速率越快。钛镍合金在650~950℃加热时晶粒生长指数n=4.32,晶粒长大激活能Q=195.942 k J/mol,高于晶粒生长指数的理论值。使用建立的晶粒长大模型预测的晶粒尺寸与实测晶粒尺寸吻合良好。

在线退火温度对TiNi合金组织和性能的影响

通过对试样微观组织及力学性能进行实验，研究了在线退火温度对TiNi合金丝材组织和性能的影响。实验表明，TiNi合金丝材经过（750-830℃）×2．3min在线退火处理后，丝材抗拉强度均大于960MPa，屈服强度均大于460MPa，延伸率均大于24．5％，断面收缩率均达到25％以上，830℃×2．3min在线退火处理后延伸率和断面收缩率最高，分别为54．5％和64．0％；说明经过830℃×2．3min在线退火处理后丝材塑性得到改善，达到最优。随着在线退火温度的升高，丝材的显微硬度逐渐降低。由微观组织可以看出，830℃×2．3min在线退火处理后丝材晶粒得到了细化。

NiTi60合金耐磨材料显微组织及硬度的研究

通过光学金相和显微硬度试验的分析方法,研究了热处理对NiTi60耐磨材料性能的影响。实验表明,NiTi60耐磨材料经过不同的热处理工艺后材料的硬度变化明显,在800℃×30min/WQ+300℃×15min/WQ热处理工艺制度下其硬度值最高;800℃固溶处理后,随着时效温度的升高,鱼骨状晶逐渐消失,线状晶逐渐增多,但黑色颗粒状晶逐渐减少,基体不再得到强化,材料显微硬度明显降低。

钛镍耐磨合金材料的研究与应用

综述了钛镍耐磨合金材料的发展状况、应用及研究,就钛镍耐磨材料的优点以及发展前景、市场应用进行了分析。

热处理温度对TiNiCuCo合金的力学性能和形状记忆效应的影响

通过真空感应熔炼制备TiNiCuCo形状记忆合金铸锭,然后经锻造、轧制、热拉拔得到准0.5mm的线材,最后对线材进行300~700℃退火。通过拉伸试验和弯曲回复法等研究了不同温度热处理后TiNiCuCo合金的力学性能和形状记忆效应。结果表明在300~500℃进行热处理,TiNiCuCo合金的抗拉强度和伸长率几乎不发生变化;在600~700℃进行热处理,其抗拉强度显著降低,伸长率显著增大。随着热处理温度的升高,平台应力先减小再增大。在热处理温度为500℃时平台应力最小,为32MPa。平台应变在300~400℃热处理几乎不发生变化,最大值为6.8%。随着热处理温度的升高,平台应变逐渐减小,700℃时平台应变为3.5%。TiNiCuCo合金在300~500℃热处理后具有良好的形状记忆效应;6%~8%弯曲应变后,合金的最大形状回复率可达96%以上。高于500℃进行热处理,合金的最大形状回复率降低。TiNiCuCo合金对温度的响应程度几乎不随热处理温度发生变化。

低间隙TiNiCr形状记忆合金的超弹性研究

研究了时效处理对低间隙TiNiCr形状记忆合金线材超弹性的影响。实验表明,低间隙TiNiCr形状记忆合金线材经300℃×(60～180 min)时效处理以及400℃×(10～30 min)时效处理后,丝材抗拉强度大于1000 MPa;经6%应变加载-卸载后,残余应变量均小于0.3%。经以上工艺处理后,低间隙TiNiCr形状记忆合金线材具有良好的力学性能及超弹性。

近等原子比钛镍合金氩弧焊接接头的组织和性能

借助金相显微镜、拉伸实验和弯曲回复法等手段研究了近等原子比钛镍形状记忆合金氩弧焊接接头的组织和性能。研究结果表明，近等原子比钛镍形状记忆合金氩弧焊接接头的显微组织可分为三个区，分别是粗大柱状晶区、细小柱状晶区和热影响区。由于焊接接头显微组织与母材之间的差别，在相同的应变下，近等原子比钛镍形状记忆合金氩弧焊接接头的回复温度明显高于母材，记忆性能变差。焊接后的近等原子比钛镍形状记忆合金的屈服强度与母材相近，但抗拉强度和延伸率远低于母材。氩弧焊接近等原子比钛镍合金的显微组织在热处理后不会发生明显变化，经过形变后，焊接接头的回复温度与母材仍有差别，显微组织的不同是造成这一现象的原因之一。

Ti-4Al—22V钛合金丝材热处理工艺研究

研究了大气退火、真空退火和在线氩气保护退火三种热处理方式对Ti-4A1-22V钛合金丝材组织及性能的影响。结果表明，大气退火形成均匀的β相组织，塑性较好；真空退火采用炉冷，冷速慢导致β相时效，塑性急剧降低；真空退火采用氩气冷却，β相晶粒较大，塑性较低；在线氩气保护退火，β晶粒均匀细小，塑性高，固溶处理效果最好。

航空用TC18钛合金锻饼的研制

文章介绍了航空用TC18钛合金锻饼的制备工艺,研究了两种不同的双重退火工艺对其组织及性能的影响。结果表明:采用820℃×2h,FC至750℃×2h,AC;580℃×3h,AC的双重退火工艺,TC18钛合金锻饼具有优良的室温力学性能,可得到理想的的强韧度匹配。

钛镍形状记忆合金冷拉拔的加工硬化及再结晶

通过真空感应熔炼制备了Ti-50.9Ni（%,原子分数,下同）形状记忆合金铸锭,铸锭经锻造、轧制及热拉拔至Φ2.0 mm线材,对其退火后进行不同拉拔变形量的冷拉拔,并对不同冷拉拔变形量的丝材进行500-800℃退火。借助拉伸实验、X射线衍射（XRD）和金相显微镜（OM）等手段研究了Ti-50.9Ni形状记忆合金冷拉拔的加工硬化速率和再结晶,得到了Ti-50.9Ni形状记忆合金冷拉拔加工硬化规律及退火温度对冷拉拔Ti-50.9Ni合金显微组织的影响。研究结果表明,Ti-50.9Ni合金的加工硬化速率较高,平均加工硬化速率可达20 MPa·%-1以上,其加工硬化速率dσb/dε曲线分为3个区域。随着冷拉拔变形量的增加,加工硬化速率dσb/dε先降低,然后升高,再降低,在冷拉拔真应变ε分别为0和0.27时出现了极大值,其原因是Ti-50.9Ni合金冷加工时马氏体的产生、生长及相互交织,以及马氏体量随加工量的变化。进行充分冷拉拔变形后的Ti-50.9Ni形状记忆合金的纤维组织在600℃（约为0.55Tm）退火时发生再结晶现象,在700℃时晶粒将发生长大现象,且Ti-50.9Ni合金发生再结晶的临界变形量在10%-20%之间。因此,冷拉拔加工的Ti-50.9Ni形状记忆合金的退火温度宜在600-700℃之间选择。

TiNi形状记忆合金真空感应熔炼工艺的研究

采用真空感应加石墨坩埚的熔炼工艺,研究熔炼时间、坩埚内径和铸锭质量对TiNi合金的化学成分均匀性和杂质C、O含量的影响。结果表明:杂质含量随熔炼时间和熔液比接触反应面积(A/V比)的增加而增加,其中对C含量的影响程度远大于对O含量的影响;同等条件下,A/V之比与坩埚内径、铸锭质量有密切的关系。10～20kg铸锭采用10min+15min的熔炼时间和内径为160mm的坩埚能够熔炼出杂质量较低、成分均匀的合金。

不同应变及失稳准则Ti-50.9Ni合金加工图研究

根据动态材料模型绘制并分析了不同应变及失稳准则下Ti-50．9％Ni（原子分数）形状记忆合金的加工图。结果表明，应变量对等轴组织Ti-50．9％Ni形状记忆合金加工图的影响较大，Ti-50．9％Ni形状记忆合金热加工的非稳定流动区域随着应变量的增大逐渐由低温高应变速率区域向高温及低应变速率区域扩展。在温度为700—800℃、应变速率约为0．001—0．010s^-1和温度为800—950℃、应变速率约为0．005～0．030s11两个区域中，真应变小于0．6时能量耗散效率值田皆大于40％，是适合Ti-50．9％Ni形状记忆合金进行热加工的区域。基于Prasad失稳准则和Murty失稳准则得到的Ti-50．9％Ni形状记忆合金的能量耗散效率等值线分布及塑性失稳区分布相似，且Prasad失稳准则得到的Ti-50．9％Ni形状记忆合金加工失稳区更大一些，而Maim失稳准则确定的Ti-50．9％Ni形状记忆合金进行热加工时的稳定变形区位于中等温度和中等应变速率区域。

Ni含量和第三元素对退火态钛镍合金相变的影响

采用差示扫描量热仪（DSC）分析了不同镍含量（49.7%,50.0%,50.5%,50.8%,50.9%;原子分数）及加入第三元素（Fe,Cu）的退火态钛镍合金的相变特征。结果表明：当Ni含量在49.7%~50.9%范围内变化时,退火态二元钛镍合金相变只存在B2B19＇一阶段相变。加入3%Fe元素后,其退火态相变类型为B19＇RB2二阶段相变。加入5%Cu元素后,其退火态相变类型与二元钛镍合金相似,只出现B2B19＇一阶段相变。对于二元钛镍合金,其各相变温度随着镍含量的增加近似呈线性降低,相变滞后ΔTp随着镍含量的增加而减小,相变滞后ΔTs随着镍含量的增加先增大再减小。马氏体相变峰宽ΔTM和逆马氏体相变峰宽ΔTA在Ni含量为50.2%~50.4%时取得最小值。退火态二元钛镍合金的相变潜热ΔH随着镍含量的增加而下降。加入3%Fe元素的钛镍合金,其相变潜热ΔH为3~5 J·g-1,相转变更易进行。加入5%Cu元素的钛镍合金的相变潜热ΔH与等原子比二元钛镍合金相当,其相变峰宽ΔTM和ΔTA皆低于二元钛镍合金,相变滞后ΔTs和ΔTp更小,分别可达到8.5和24.3℃,更适合制作高精度、快响应热驱动系统。