(Ti,Nb)C_(x)复合材料的制备与性能表征

以TiC与过渡族金属Nb为原料,在机械合金化(mechanical alloying,MA)下制备多种非化学计量比的(Ti,Nb)C_(x)聚晶金刚石(polycrystalline diamond,PCD)刀具结合剂。通过X射线衍射仪对复合材料烧结体的物相组成等进行分析,再通过扫描电子显微镜对复合材料的断口形貌进行观察,并用维氏硬度计测量复合材料的硬度和断裂韧性。结果表明:在1300~1700℃的范围内,温度越高TiC和Nb的固溶程度越好;在同一烧结温度下,(Ti,Nb)C_(x)复合材料的硬度随着金属Nb占比变大而逐渐升高;在同一金属Nb占比下,温度越高Nb与TiC的固溶程度越好。同时,(Ti,Nb)C0.5复合材料的力学性能最优,在1600℃时达到硬度最大值23.0 GPa,且其断裂韧性最高为7.20 MPa·m^(1/2)。

轧制态TiZrNbSn合金的再结晶行为

首先对冷轧态Ti-49Zr-21Nb-1.0Sn(TZNS1.0)合金分别在600、650、700、750、800和850℃进行再结晶退火处理10、20、30、60、90和120 min,随后采用光学显微镜(OM)和电子背散射衍射(EBSD)技术分析了热处理后合金的组织演变,计算了合金的再结晶激活能,建立了其再结晶动力学模型。结果表明:随着退火温度的升高,TZNS1.0合金的再结晶形核孕育时间缩短,β晶粒经历了回复、再结晶形核和长大阶段。随着退火时间的增加,合金的晶粒尺寸增大,但长大速度逐渐减小。TZNS1.0合金在750℃再结晶退火后,仅少数区域发生再结晶,大部分区域仍为变形组织,并存在许多小角度晶界、高密度位错和轧制织构。在800℃退火后,再结晶区域呈现大角度晶界,轧制织构和高密度位错被消除。退火温度进一步升高到850℃时,再结晶过程全部完成,合金晶粒明显长大。TZNS1.0合金的再结晶激活能为67.45 kJ/mol,850℃退火处理时,合金的再结晶动力学方程为x=1-e^(-0.05t 0.9)。

退火处理对富Zr型Ti-Zr-Nb-Sn合金显微组织及性能的影响

为了研究退火工艺对冷轧后Ti-49Zr-21Nb-1Sn合金显微组织及性能的影响,对其在850℃分别进行了10、20和40 min的退火处理。借助光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、纳米压痕仪、电化学工作站及X射线光电子能谱(XPS)等研究了不同时间退火后合金的显微组织、力学性能及腐蚀性能。结果表明:随着退火时间的增加,合金的晶粒明显长大,相组成没有发生变化,为单一的β相,合金的弹性恢复轻微升高,塑性指数轻微降低。退火处理后合金的弹性模量、H/E_(r)和H~(3)/E_(r)~(2)值分别在88.4~94 GPa、0.0463~0.0479和0.0088~0.0103 GPa之间变化。极化曲线和阻抗图谱的分析结果表明,随着退火时间的增加,合金的自腐蚀电流密度逐渐增大,容抗弧半径减小,退火10 min时,合金的自腐蚀电流密度最小,容抗弧半径最大,表现出良好的耐蚀性。

形变热处理对Ti-Nb-Zr合金组织及超弹性行为的影响

Ti-Nb-Zr合金具有低弹性模量、高强度以及优异的生物相容性,在生物医用材料领域备受关注。Ti-Nb-Zr合金的超弹性归因于β↔α″相变。综述了Ti-Nb-Zr合金的弹性模量和超弹性的影响因素及变化规律。通过添加合金元素来调整相变温度和滑移临界应力,应力诱发马氏体相变更易发生,β相塑性变形延迟出现,获得更大的相变应变和恢复应变。总结了Ti-Nb-Zr合金的形变热处理与超弹性效应之间的关系和作用机制。冷轧后短时间热处理可以增加位错滑移的临界应力、避免其他相(ω或α相)的生长,保持β相的稳定性、提高合金的恢复应变和超弹性。

锡含量对富Zr型Ti-Zr-Nb合金显微组织及性能的影响

采用非自耗真空电弧炉制备了Ti-49Zr-21Nb-xSn(x=0、0.5、1.0、2.0和4.0 mass%)合金。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、万能试验机、电化学工作站及X射线光电子能谱(XPS)等研究了不同含量Sn元素对合金显微组织、力学性能及腐蚀性能的影响。结果表明:随着Sn元素含量的增加,合金的晶粒明显细化,相组成主要为β相,当Sn元素含量超过2%时,在晶界析出(Ti+Zr)_(5)(Nb+Sn)_(3)相。合金的强度随Sn元素含量的增加先升高后降低,当Sn元素含量为1%时,合金的抗拉强度和屈服强度达到最大,分别为1121和1085 MPa,且伸长率为23.9%。未添加Sn元素时,合金的耐蚀性最佳,添加Sn元素后,合金的耐蚀性逐渐降低,当Sn含量为1%时,合金的自腐蚀电流密度较低,耐蚀性较好。因此,Ti-49Zr-21Nb-1Sn合金具有高的力学性能和较好的腐蚀性能,作为生物医用材料表现出了良好的综合性能。

Mg处理Nb-Ti微合金钢中非金属夹杂物演变机理研究

在工业生产条件下,对Nb-Ti微合金钢进行Mg处理试验,分析了Mg处理条件下,微合金钢中非金属夹杂物的演变规律。结果表明,微合金钢经过铝脱氧产物主要为Al_(2)O_(3)夹杂,进行Ca处理后,Al_(2)O_(3)夹杂减少,转变为CaO-Al_(2)O_(3)夹杂,且部分MnS夹杂转变为CaS夹杂;精炼阶段将Ca处理改为Mg处理后,可将铝脱氧产物Al_(2)O_(3)夹杂变性为MgO-Al_(2)O_(3)夹杂。Mg处理前,夹杂物在LF主要是Al_(2)O_(3)夹杂,进行Mg处理和Ti合金化后,钢中主要夹杂物变为MgO-Al_(2)O_(3)夹杂、MgO夹杂和TiN夹杂,最终在铸坯中的夹杂物为MgO-Al_(2)O_(3)外包裹CaS/MnS和(Nb、Ti)N复合夹杂。对Ca处理和Mg处理的夹杂物尺寸进行对比,夹杂物尺寸主要分布在5μm以内,Mg处理形成的2μm以内的夹杂物占比高于Ca处理工艺,表明镁处理可以较好地细化夹杂物,形成大量弥散分布的细小夹杂,有助于提升钢的综合力学性能。

基于d电子理论的Ti-Nb-Cu三元形状记忆合金性能优化

基于d电子理论设计Ti-Nb-Cu形状记忆合金的相组成,以优化其性能。XRD分析和TEM观察表明,Cu添加导致键级(Bo)和金属d轨道能级(Md)值减小,从而使相组成发生演变。随着Cu含量的增加,相组成的变化可以总结如下:β+α"→β+ω→β+α"+ω→β。随着Cu含量的增加,Ti-Nb-Cu形状记忆合金的屈服强度、极限抗拉强度和伸长率均呈先增大后减小的趋势。通过优化Cu合金元素含量,Ti-Nb-Cu形状记忆合金具有优异的力学性能,其屈服强度为528 MPa,极限抗拉强度为742 MPa,这主要归因于固溶强化、晶粒细化以及析出强化的综合作用。

Ti含量对Nb-Si-Mo-Ti系合金组织性能的影响

为研究Ti含量对Nb-Si系合金组织及性能的影响,以机械球磨和SPS烧结技术结合的方法制备了Nb-16Si-10Mo-x Ti(x=0,2,4,6,8,10)合金,对x不同时的合金在室温、1200℃时的组织及力学性能进行探究。结果表明:Ti含量增多,Ti ss韧性相逐渐增多并聚集,组成相包括Nb ss、Nb 5 Si 3和Ti ss相。室温下,合金弯曲强度、断裂韧性等有所提高,硬度下降,抗压强度先降后增,x=0时,抗压强度最高为2300 MPa,而Nb-Si-Mo-Ti系合金抗压强度最高为2200 MPa,且断裂方式由脆性断裂转变为复合断裂。1200℃下,抗压强度先降后增,x=0时,最高为605 MPa,随Ti含量增加,Nb-Si-Mo-Ti系合金抗压强度最高可达470 MPa,同时有较好塑韧性。1200℃压缩后,组织细化,韧性相沿垂直于压缩方向拉长,硬脆相则被挤压到韧性相内部或表面分布。

缓冲层和保护层对Ta(Ti)/Co/Nb多层膜热稳定性影响

采用磁控溅射法制备底层(BL)/钴(Co)/顶层(CL)三层膜,通过考察Co磁矩(M)与温度(T)的关系,系统分析了不同BL和CL对Co层热稳定性的影响。其中BL和CL分别为非磁性过渡金属钽(Ta)、钛(Ti)和铌(Nb)。研究发现,不同的非磁性底层和顶层材料对Co的热稳定性有着不同的影响,其中Ti作为BL和CL时Co的热稳定性最好。此外,与BL相比,CL在Co层的M-T具有更重要的影响,相同的CL其Co具有类似M-T曲线。实验结果可以解释为非磁性BL和CL与Co之间存在的耦合相互作用。这揭示出在纳米级多层膜中,通常用于促进晶体结构和防止氧化的底部非磁性缓冲层和顶部保护层可能对其相邻的磁性层的磁性能产生影响。

中碳CrMo钢中Ti、Nb液析形貌及生成机理分析

通过观察微合金Ti、Nb、V在42CrMo钢连铸坯中的液析形貌,以及液析经加热轧制后的变化,同时,采用热力学计算的方式推导液析生成机理。结果表明,在含w[Ti]0.012%、w[Nb]0.030%、w[V]0.030%、w[N]0.003 5%的42CrMo钢410 mm×530 mm连铸坯中,可观察到Ti、Nb以复合碳氮化物的形式析出,形成微米级液析,w[Ti]较高(70%~83%)的多呈多边形块状,w[Nb]较高(70%~85%)的多呈薄膜状或不规则块状,液析中基本不含V元素;Ti和Nb的碳氮化物液析可互溶并共同生长,Nb含量较高的液析以Ti含量较高的液析为核心长大为块状,部分液析以含硫夹杂物为核心形核并长大;连铸坯心部的碳氮化物液析较多,并且尺寸较大(最长达35μm),连铸坯表面的数量较少,尺寸较小(10μm以下);连铸坯经1 200℃加热并轧制后,液析可部分回溶,数量减少,尺寸减小,并且在轧制过程中破碎。

Nb含量对多孔Ti-Nb合金组织与力学性能的影响

利用真空烧结技术制备获得不同含量Nb元素的多孔Ti-Nb合金,研究Nb元素含量对多孔Ti-Nb合金孔隙形貌、孔隙率、显微组织、弹性模量以及耐磨损性能的影响。结果表明:随着Nb元素含量的增加,多孔Ti-Nb合金的孔隙形貌无明显变化,其孔隙率逐渐增加。多孔Ti-Nb合金主要由α相和β相组成,其中,由于Nb元素中β相稳定作用,随着Nb元素含量的增加,合金中β相的体积分数显著增加,合金的抗压强度和弹性模量逐渐降低。多孔Ti-Nb合金在模拟体液(SBF)中的耐磨性主要受合金中β相和α相体积比的影响,当β相和α相体积比超过61.7/38.3时,合金的耐磨性逐渐提高。

高温氧化及时效处理对Ti-20Nb合金性能的影响研究

目的研究Ti-Nb二元亚稳β钛合金高温氧化及时效处理后合金的微观组织、相变特性以及力学性能,同时确定析出相与时效温度的对应关系,并分析析出相对合金性能的影响,为进一步提升Ti-Nb综合服役性能提供理论与工艺参考。方法在β相单相区及双相区分别进行高温氧化与时效处理,结合OM、SEM以及TEM等手段分析热处理后的微观组织演变,采用DSC对热处理后的相变进行测试。在此基础上,在室温下进行拉伸性能测试并结合硬度测试综合分析合金的力学性能。结果Ti-20Nb合金在单相区高温氧化1 h后从表面至中心形成了多层微观结构,包括TiO2及Nb2O5氧化物、α+β相以及α”相,并在升降温时相继发生了α”→β相变及β→iso-ω相变。继续对氧化后合金进行300、400、500℃的30 min时效处理,产生了弥散分布的iso-ω相以及α相的竞争析出,并抑制了α”→β相变以及β→iso-ω相变。同时发现在500℃时效30 min条件下力学性能提升效果最佳,实现了高强度(σb=953.6 MPa)和高断裂伸长率(δ=11%),并获得了较低弹性模量(E=62.5 GPa)。结论经过单相区高温氧化的Ti-20Nb合金具有复杂的多层结构特征,升温时仍可以发生多步相变。在高温氧化基础上进一步时效后,合金中主要析出相为iso-ω与α相,二者相互竞争析出,并共同抑制马氏体相变。同时大量iso-ω析出相易使合金发生脆断,同时提高其弹性模量,而α相可明显提升合金综合力学性能。

热处理工艺对Nb-Ti-Al基低密度铌合金力学性能及组织形貌的影响

将Nb-Ti-Al基低密度铌合金在不同的高温条件下进行热加工处理,并对合金涂层后的试样在1300℃高温熔烧30 min,利用INSTRON4505型万能试验机、金相显微镜、扫描电镜和能谱分析仪对热处理后试样的室温(25℃)力学性能(抗拉强度бb、屈服强度б0.2和延伸率)、金相组织、断口形貌等进行了对比分析。结果表明,当熔烧温度(t≥900℃)每升高100℃,抗拉强度下降9.23%,屈服强度下降9.11%,延伸率下降9.59%,晶粒度增大比例为21.43%,在熔烧温度高于1200℃时试样仅测出抗拉强度值就断裂了,表现出铌合金试样随着熔烧温度梯度的升高,样品基材的力学性能下降,晶粒度和硬度不断增大,塑性和韧性不断下降的规律。

制备Si-Cr-Y高温抗氧化涂层适用于低密度Nb-Ti-Al合金

针对低密度Nb-Ti-Al合金抗氧化性能需求,开展了Si-Cr-Y抗氧化涂层研究,利用SEM、EDS、电阻内热法等手段分析了制备的硅系涂层高温抗氧化性能和微观结构在氧化前后的变化。结果表明,1200℃下涂层抗氧化寿命达到133 h,室温~1200℃空冷热震大于15000次;涂层与基体之间形成一层扩散阻氧层,保证了涂层与基体之间的结合强度;在高温大气环境下,涂层表面形成一层隔绝氧气的SiO2保护层,从而表现出Si-Cr-Y涂层具有良好的抗氧化性能。

Nb-Mo-V-TiO_(2)低温脱硝催化剂及其硫酸氢铵分解性能

通过浸渍法制备一系列Nb掺杂V-Mo-Ti催化剂,研究V_(2)O_(5)负载量及Nb掺杂量对催化剂低温脱硝活性的影响,并测试其硫酸氢铵分解性能。采用XRD、N_(2)吸附-脱附、H_(2)-TPR、NH_(3)-TPD、IR等测试手段对催化剂进行表征。结果表明,Nb掺杂促进了V-Mo-Ti的氧化还原性能,提升催化剂的表面酸性,使催化剂具有更加优异的低温脱硝性能;当空速5 000 h^(-1),反应温度180℃时,1.5Nb-6V-3Mo-Ti催化剂的脱硝效率达到100%。同时Nb掺杂提升了催化剂NO氧化能力,促进硫酸氢氨与NO反应的进行,提升催化剂的低温抗水硫中毒性能。

Nb-Ti-Al高温Nb合金氧化行为的研究

用真空电弧熔炼制备了 β(Nb - 35Ti- 6A1)和 β +δ(Nb - 30Ti- 15A1、Nb - 15Ti- 11Al)Nb台金 ,研究了 3种Nb合金 10 0 0℃静止空气中的连续氧化行为 ,采用金相显微镜、XRD和SEM分析了氧化膜的结构和组成 .研究表明 ,由Nb2 O5,金红石TiO2 和 -A12 O3 组成的混合氧化膜具有一定的保护作用 ,3种Nb -Ti-Al合金氧化动力学曲线均遵循抛物线规律 ;Nb - 35Ti- 6Al中的富Ti偏析区发生内氧化 ,而Nb - 30Ti- 15Al和Nb - 15Ti- 11Al中δ相的存在有利于降低氧在基体中的溶解和扩散 ,使β +δ两相合金的氧化性能优于 β单相合金 .

Nb、Ti对高强度耐候钢组织和性能的影响

为模拟CSP(紧凑式带材生产 )工艺 ,由实验室 10kg真空感应炉冶炼后轧成 6mm钢板 ,试验研究了Nb、Ti对成分 (% )为 0 0 6 0～ 0 0 76C ,0 2 5～ 0 31Cu ,0 4 5～ 0 5 6Cr,0 2 9～ 0 30Ni的 4 0 0MPa和 4 6 0MPa级高强度耐候钢组织和性能的影响。结果表明 ,含 0 0 3%Ti钢σs 和σb 分别为 4 5 0MPa和 5 4 5MPa ,含 0 0 3%Nb、0 0 2 %Ti钢σs 和σb 分别为 5 5 0MPa和 6 15MPa ,不含Nb、Ti钢σs 和σb 仅为 375MPa和 4 80MPa。 4 0 0MPa级耐候钢的组织为铁素体 +少量珠光体 ,含Ti钢的主要析出物为CuS2 (2 0～ 2 5nm)和TiN(80nm) ,含Nb、Ti4 6 0MPa级钢的组织主要为粒状贝氏体 ,析出物CuS2 和 (NbTi)CN(30～ 6 0nm) ,从而提高了钢的强度。

高钛低碳钢中Nb、Ti的析出行为

通过热力学计算和实验观察,对一种高钛含铌钢中Nb、Ti的析出行为进行研究。结果表明:实验钢中的铌的氮化物和碳化物在液相和凝固过程中不能生成;氮化钛在凝固过程中析出,碳化钛在凝固末期形成;在奥氏体相中,实验钢中的Nb、Ti碳氮化物析出的先后顺序为TiN>Nb(CN)>NbC>TiC;铸坯中的析出相主要为氮化钛,而成品板材的二相粒子均为Ti、Nb复合的C、N化物。

含Nb、V、Ti钢连铸坯中碳、氮化物的析出及钢的高温塑性

在１０－３ｓ－１应变速率下对含铌、含铌钛和含铌钒钛钢连铸坯试样的高温塑性进行了测定。高温下拉伸试样中主要以ＴｉＮ的析出为主，在９００℃左右，铌的碳氮化物析出达到高峰，钒的析出温度低于钛、铌，在７００℃时仍有相当数量的钒析出。试样中主要有３类碳、氮化物析出：①高温下析出的块状ＴｉＮ；②９００℃附近析出的微细动态析出产物（此类析出物造成钢塑性的急剧降低）；③依附在ＴｉＮ颗粒上生成的复合析出物。含较多铌、钒的试样γ→α先共析转变延迟。

Nb-Ti-Al高温合金的再结晶动力学和晶粒长大行为

研究了Nb-Ti-Al高温合金的静态再结晶行为及晶粒长大行为,并通过实验得出了再结晶动力学和晶粒长大方程。结果表明:冷轧变形后,合金在880～1000℃进行退火处理,可获得均匀、细小的晶粒,再结晶晶粒体积分数与退火时间的关系可用Avrami方程进行描述。随着冷轧变形量的增加,再结晶激活能逐渐减小,其范围为274.05～198.45 kJ/mol。在850～1000℃的温度范围内,研究了加热温度和时间对合金晶粒尺寸变化的影响。