多层膜离子束混合研究亚稳合金形成和理论模型的进展(英文)

迄今为止，已经研究了大约90个二元金属系统的多层膜离子束混合，获得了许多非晶态合金（金属玻璃）。离子束混合不仅能在负生成热的，通常认为是易玻璃化的系统中合成金属玻璃，而且在正生成热的非玻璃系统，甚至在正生成热很大的互不固溶系统中也合成了金属玻璃。对此，用Miedema的生成热模型构造了二元金属系统的自由能图。在考虑了多层膜中的界面自由能后，提出了一个统一的热力学模型。对正生成热的系统，界面自由能使多层膜提高到比非晶相高的能态，从而有可能形成玻璃。而界面能对于负生成热提供的非晶化驱动力的影响可以忽略。另外，离子束混合也获得了五种结构类型的亚稳晶相（MX）。并从实验观察到的MX相和母相之间晶体学关系推导出MX相形成的原运动机制。自由能图包括了计算的MX相的自由能曲线后就更为完整了，可以用来预言离子束混合中有关合金相的形成。作者提出了用稳态退火实验来校验计算的自由能图在一些重要成份点的相对能态的合理性。实验表明，合金相的演化次序与计算推演的结果符合得很好，从而证实了Miedema理论的适用性。界面的概念也适用于同样开始于多层膜的固态反应技术。在一些正生成热的系统中，通过适当设计使多层膜中包含足够份额的界面，稳态退火确实获得了新的金属玻璃?

经热处理的Fe_(80)Cu_(20)亚稳合金的电阻特性研究

采用机械合金化方法制备了Fe80 Cu2 0 亚稳合金粉末 ,压制成片状后分别在 1 5 0℃、2 5 0℃、5 0 0℃进行了热处理 ,对 5 0 0℃处理的样品进行了低温电阻测量 .结果表理 ,样品的电阻表现为类似近藤效应的现象 .

经热处理的Fe_(50)Cu_(50)亚稳合金的电阻特性研究

采用机械合金化方法制备了Ｆｅ５０Ｃｕ５０亚稳合金粉末，压制成片状后分别在２５０℃、６００℃进行了热处理，对热处理后的样品进行了低温电阻测量。结果表明，样品的电阻表现为负的温度系数，且经２５０℃热处理的Ｆｅ５０Ｃｕ５０样品表现出比６００℃热处理的样品更大的负温度系数．

高Al含量的亚稳β型Ti-Al-Mo-Nb-V系列钛合金的组织与力学性能

目前,亚稳β钛合金的成分朝着更高Al含量和更高β稳定元素含量的方向发展,本工作基于典型亚稳β钛合金β-21S和TB18的成分设计思路,添加了更高含量的Al元素,同时添加了Mo、Nb、V三种β稳定元素,设计并利用铜模吸铸法制备了高Al含量的亚稳β型Ti-Al-(Mo,Nb,V)系列钛合金。结果表明,Ti-6.5Al-1.5V-11.5Mo-2.8Nb合金在吸铸态下的β相结构达到临界稳定状态。此时,该合金的拉伸屈服强度为623 MPa,延伸率为16.6%,其屈服强度略低于对标合金TB18,但延伸率明显高于同系列合金和TB18合金,具有最佳的综合力学性能。此外,该合金液固温区为31℃,在同系列合金中最低,且明显低于对标合金TB18的液固温区238℃。

高强亚稳β钛合金的变形损伤行为研究现状

亚稳β钛合金具有密度小、比强度高、可塑性好以及优良的耐腐蚀等力学和物理学性能,已经广泛应用在航空航天、生物医学和石油化工等领域。为实现对新一代高强度、高塑性钛合金的研发与应用,必须明确亚稳β钛合金力学性能与其变形损伤行为之间的联系。文章分析了亚稳β钛合金在变形损伤过程中的组织演变,概述了亚稳β钛合金的各种变形行为及各变形之间的联系,总结了不同的变形行为影响下对亚稳β合金力学性能的提升;然后阐述了亚稳β钛合金在动载荷下的损伤行为及其内部的组织演变,探讨了微观损伤对合金强化与失效之间的联系,以期对新型钛合金的研发与优化提出新见解。

间隙强化FeMnCoCr亚稳高熵合金及其低温/临氢服役性能研究进展

以马氏体/孪晶相变为主要变形机制的FeMnCoCr系亚稳高熵合金以其优异的综合力学性能,倍受结构材料研究领域的关注,在氢能储运、吸能保护和深空深海等领域极具应用潜力,尤其是深低温/临氢等复杂服役场景增多,复杂的场景对金属结构材料提出了更严苛的性能要求。非金属元素间隙/置换强化是进一步提升该体系力学性能的主要手段,马氏体相变诱导塑性变形机制和多种复杂界面结构为拓展其在低温/临氢环境服役带来可能。本文围绕显微组织、精细结构和力学性能的最新研究进展,首先概述了近年来FeMnCoCr亚稳高熵合金发展动态,然后总结了几类常用非金属元素间隙/置换亚稳高熵合金调控方法和强化机理,最后概括了FeMnCoCr系亚稳高熵合金在低温/临氢服役环境中的影响机制,并展望了FeMnCoCr系亚稳高熵合金未来的研究方向和发展趋势。

一种新型高强度亚稳β钛合金Ti-B20

以‘临界钼当量条件下的多元强化’为原则设计了1种新型的高强度亚稳β钛合金Ti-B20,并研究了该合金热轧棒材(φ12mm^20mm)在不同热处理条件下的拉伸性能及显微组织。同现有的一些亚稳β钛合金相比,该合金时效处理时的响应快、析出相分布均匀、硬化效应高,并且高温时效时没有发现无析出区;合金在β相变点以下固溶加时效处理有利于保持合金的塑性,在500℃~600℃的温度范围内时效时可以获得优良的强度和塑性匹配(UTS:1200MPa^1500MPa;EL:8%~18%);而对热加工后的合金直接时效能产生更高的强化效果。

基于d电子合金设计方法的生物医用新型亚稳β钛合金的设计及性能研究

依据d电子合金设计方法,采用无细胞毒性的合金元素Nb和Zr,从理论上设计了一种具有较低弹性模量的生物医用新型亚稳β钛合金Ti-35Nb-10Zr,并研究了该合金铸锭的基本力学性能。结果表明:该合金的弹性模量值低于传统的用于体内植入的Ti-6Al-4V合金,有望成为一种比较有前途的新型体内植入材料。

热处理对亚稳β钛合金显微组织与性能的影响

采用XRD、SEM、TEM、常温拉伸及蠕变等手段,对成分为Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe-0.1B-0.1C的新型亚稳β钛合金展开了研究,分析了热处理对合金显微组织、力学性能及蠕变行为的影响。经过固溶时效处理后,合金的显微组织中析出了大量针状次生α相,次生α相与β基体保持着Burgers位向关系与半共格界面,显著强化了合金基体,合金的最高屈服强度达到1444 MPa,同时具有4.2%的伸长率。分析蠕变实验结果认为,蠕变断裂是由晶界上分布的α相所引起的应力释放断裂机制主导的。晶界α相的破碎会引入更多可能引起孔洞及裂纹产生的位置,使合金的抗蠕变性能恶化。因而,经过固溶+300℃时效处理后,合金β晶界上α相呈连续长条状分布,使合金具有最长的蠕变寿命。

热处理对1种新型亚稳定β钛合金组织与性能的影响

研究了1种新型的亚稳定β钛合金(Ti-B20)在不同热处理制度下的显微组织与拉伸和冲击性能.结果表明,热处理制度的改变能显著影响该合金的显微组织和强化行为.固溶温度是影响合金时效后塑性的首要因素,而时效温度是影响强度的主要原因.时效温度降低,析出相更加细小,因此合金强度升高.而粗大的晶粒及连续的晶界容易产生应力集中,因此合金经β固溶时效后具有较低的塑性和冲击值.通过在β相变点下固溶,然后在550℃-600℃之间合适的温度下时效处理,可以获得强度,塑性和冲击韧性的良好配合.

三种新型亚稳β钛合金在人工模拟体液中的腐蚀行为

目的:评估所设计的3种合金在人造生理环境中的耐腐蚀性能。方法:实验于2006-06在河北工业大学生物实验室完成。观察3种基于d-电子合金设计方法设计的具有较低弹性模量的新型亚稳β钛合金Ti35Nb10Zr、Ti35Nb8Zr2Mo、Ti20Nb15Zr10Mo和对比合金Ti6Al4V在Hank’s人工模拟体液中的电化学行为,分析合金铸锭的自腐蚀电位Ecorr随时间变化的关系曲线及阳极极化曲线。结果:①在浸入Hank’s人工模拟体液40min后,所设计的Ti35Nb10Zr合金具有最低的自腐蚀电位值,为-252mV,Ti35Nb8Zr2Mo、Ti20Nb15Zr10Mo的自腐蚀电位值则较高,分别为-217mV和-165mV。而对比合金Ti6Al4V则具有最高的自腐蚀电位值,为-98mV。②从阳极极化曲线得到的自腐蚀电流密度(腐蚀速率)Icorr值来看,Ti35Nb8Zr2Mo具有最大的Icorr值,为14.84mA/m2,其次分别为Ti20Nb15Zr10Mo(6.03mA/m2)和Ti35Nb10Zr(1.38mA/m2)。而Ti6Al4V则具有最小的Icorr值,为0.70mA/m2。③从腐蚀前的合金铸锭及Ti6Al4V(锻态)的扫描电镜照片看,所设计的3种合金铸锭表面均较锻态Ti6Al4V粗糙。结论:Mo含量的多少对于合金的耐腐蚀倾向大小具有一定作用。动电位极化曲线以及用于耐腐蚀实验的合金试样腐蚀前的扫描电镜照片表明影响合金耐蚀性的因素除化学成分外,合金的表面状况(粗糙度不同)可能也起到了重要作用。

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。

亚稳β-Ti合金设计方法

获得具有优异性能的亚稳β-Ti合金需要添加多种元素进行合金化,而如何有效进行合金的成分设计是亚稳β-Ti合金合金化的关键。系统总结了多组元亚稳β-Ti合金的设计方法,包括Mo当量法、电子理论法、计算机模拟计算法以及基于"团簇+连接原子"结构模型的设计方法,其中基于团簇结构模型的设计方法是从局域微观原子结构出发进行合金成分设计,为合金设计开辟了新的设计思想。

Fe-C-Cr-Mn亚稳奥氏体基铸造合金的摩擦磨损表层特性

研究了 Fe- 1 .85 C- 8.0 3Cr- 3.5 5 Mn亚稳奥氏体基铸造合金的摩擦磨损表层特性 ,在较低的摩擦应力作用下 ,表层即可应变诱发α和ε马氏体。马氏体转变量随奥氏体形变量增加而增大 ,硬度也提高。由原奥氏体引起的表面硬度提高的原因 :α和ε马氏体的形成 ;产生大量的位错和层错。在滑动磨损试验时 ,该合金的耐磨性高于 2 5 % Cr马氏体基白口铸铁。

亚稳β钛合金的设计方法及室温变形机制的研究进展

本文介绍了当前亚稳β钛合金中的一些设计方法,包括合金元素法、[Mo]当量、d电子合金设计和e/a电子浓度等,概述了当前亚稳β钛合金中变形机制的一些研究进展,如滑移、机械孪晶和应力诱发相变,并对其变形机制之间的相互联系以及变形机制和合金力学性能之间的关系进行总结,最后讨论了不同因素对变形机制的影响,包括β相稳定性、变形过程、晶粒取向与尺寸以及第二相等。

铸态亚稳β钛合金高应变速率动态再结晶机理

针对铸态亚稳β型Ti-5553钛合金,基于热模拟试验,研究了合金在高温高应变速率条件下的热变形行为,并发现了一种全新的动态再结晶机制。结合多种材料表征技术,揭示了新动态再结晶机制的微观组织演变机理,并分析了变形参数对再结晶行为的影响。结果表明:亚稳β钛合金在高温高速率条件下的显著动态软化是动态再结晶和流变失稳共同作用的结果,动态再结晶产生新晶粒的形核位置、尺寸和组织占比都对热变形参数有较高的敏感性。本文发现和揭示的新动态再结晶机制是连续和不连续这两种常见机制混合而成的耦合机制,既包含了引发不连续动态再结晶的晶界应变集中效应,又包括了连续动态再结晶的亚晶旋转形核过程。

亚稳β钛合金的变形孪晶和应力诱发相变

亚稳β钛合金的力学性能与其变形机制密切相关。在稳定性很高的β基体中位错滑移是唯一的变形机制,而随着β基体稳定性的降低,除位错滑移之外的其他变形机制如{112}<111>变形孪晶、应力诱发β→ω相变、{332}<113>变形孪晶以及应力诱发β→α″相变等变形机制会逐渐产生。这些变形机制可以导致孪晶/相变诱导塑性的效应,能显著提高相应合金的加工硬化率和塑性。近年来关于这些变形机制的研究取得了重要进展,不同变形机制之间尤其是变形孪晶与应力诱发相变之间的内在联系被揭示出来,为现有合金的性能优化和新型合金的设计开发提供了重要的理论指导。本文综述了这些研究进展,并对其中存在的一些不足进行了分析。

快速固结粉末冶金亚稳β钛合金的热加工性与组织性能

本研究设计了一种低成本短流程粉末冶金固结与加工技术制备了亚稳β型Ti-5553合金,主要包括快速粉末热压、单道次锻压和简单退火热处理。研究揭示了合金在加工过程中的组织演变机理、力学性能优化机理和组织性能关系。结果表明:经过在1275℃流动氩气气氛环境的快速热压,所得固结态合金相对密度高、宏微观组织均匀,无明显缺陷。经过单道次锻压及快速退火处理后,合金的微观组织和力学性能得以调控和优化,其微观组织和力学性能都对热处理温度的变化有较高的敏感性。当热处理温度为700℃和750℃时,合金展现出良好的强塑性匹配,抗拉强度和伸长率分别为1335 MPa和6.6%、1215 MPa和7.2%,原因是多级析出相的组织结构可同时稳固合金的力学性能强化效果、提高合金的均匀协调变形能力,使合金具有高强度和可接受的塑性。

亚稳β型Ti-25Nb-25Ta合金{332}〈113〉变形孪晶交互作用的电子显微研究

本文利用TEM(透射电子显微镜)的表征方法,对亚稳β型Ti-25Nb-25Ta合金塑性变形过程中{332}〈113〉孪晶交互作用区域的局域变形结构进行了细致的表征和分析.结果表明:入射孪晶撞击到阻碍孪晶形成截停组态可以产生强交互作用,导致局域孪晶取向及结构的明显变化.一方面入射孪晶的单侧{332}孪晶界由于受到高应力的影响逐渐向低能的{112}孪晶关系过渡,与之对应的孪晶界退缩,使得{332}〈113〉孪晶界回撤区域成为取向与基体相差13°~16°的过渡区.另一方面在交互作用区域高应力的作用下,在交互作用界面附近的孪生区域形成了{332}〈113〉二次孪晶,{112}〈111〉孪晶及扭折带.

亚稳β型Ti⁃Nb⁃(Zr)合金的力学性能与微观结构研究

本文对亚稳β型Ti-26Nb-2Zr(at.%)、Ti-26Nb(at.%)、Ti-22Nb-4Zr(at.%)和Ti-18Nb-8Zr(at.%)合金的力学性能和微观结构进行了研究,并探讨了Zr元素的添加对Ti-Nb-Zr合金力学性能影响的作用机理。结果表明:添加Zr元素可以提高Ti-Nb-Zr合金的抗拉强度和塑性,但Zr元素替代相同原子比的Ti元素与替代相同原子比的Nb元素的作用机理不同。分析认为在一定原子比范围内,当Zr元素替代相同原子比的Ti元素时,合金的β相稳定性提高,Zr元素的添加对合金起到固溶强化的作用;而当Zr元素替代相同原子比的Nb元素时,随着Zr元素含量的增大、Nb元素含量的减少,合金的β相稳定性降低,塑性变形过程中应力诱发相变与变形孪晶易产生,合金的强度与塑性得到提高。Ti-Nb-(Zr)合金室温塑性变形过程中,{332}〈113〉变形孪晶起主导作用,在合金晶粒内部产生多种{332}〈113〉孪晶变体,不同孪晶变体之间会发生交互作用,为了进一步协调应力会在粗大的{332}〈113〉一次孪晶中形成{332}〈113〉二次孪晶。