激光熔覆TF550阻燃钛合金的组织和性能研究

研究了工艺参数对激光熔覆TF550阻燃钛合金成形质量的影响,以及微观组织和力学性能演变规律。结果表明,对试样成形的影响因素主次为激光功率>扫描速度>送粉率。不同激光功率下的激光熔覆TF550阻燃钛合金块体试样顶部及底部均由等轴Prior-β晶粒组成,中间区域为粗大的柱状Prior-β晶粒。随着激光功率的增大,各区域的晶粒尺寸也随之增大。激光熔覆TF550阻燃钛合金试样的显微组织主要由鸡爪状的TiC相、点状的Ti_(5)Si_(3)以及针状的α组成。激光熔覆TF550试样的平均显微硬度均呈现出沉积区>热影响区>基材的规律。激光熔覆TF550试样水平方向的抗拉强度以及屈服强度均略高于锻件,但伸长率仅为锻件的72%,其断口形貌呈现出混合断裂的特征。

模拟环境下TB12阻燃钛合金燃烧特征与应用设计

采用摩擦试验方法在模拟航空发动机压气机环境下对TB12阻燃钛合金的起燃和扩散燃烧等特性进行了研究。结果表明,TB12阻燃钛合金在摩擦生热作用下会发生燃烧,表现为转静子试验件初始碰磨会引发突然燃烧,局部燃烧烧损使得试验件的高度尺寸减小,但其对扩散燃烧不敏感,燃烧快速停止,未发生类似与TC4钛合金的持续扩散燃烧现象。TB12阻燃钛合金燃烧产物具有较强的黏附性能、较高的强度、润滑功能和导热系数低的特点,黏附在试验件表面可降低摩擦生热量,阻止摩擦热向基体传导,减少了转静子试验件再次引发燃烧的可能性。根据TB12阻燃钛合金燃烧特点,在航空发动机中设计应用于压气机静子叶片,初始碰磨引发TB12阻燃钛合金叶片局部烧损后快速停止,形成的燃烧产物将阻止静子叶片与转子鼓筒直接碰磨,可降低因鼓筒失稳鼓包以及鼓包与悬臂静子叶片碰磨导致航空发动机钛火这一故障风险。

Ti-V-Cr系阻燃钛合金应用研究进展

阻燃钛合金是为了应对航空发动机钛火隐患而研制高温结构材料。经过近十年的发展,研发出500℃(Ti40)和550℃(TF550)两个耐温级别的Ti-V-Cr系阻燃钛合金,并且在Ti-V-Cr系阻燃钛合金工业铸锭熔炼、挤压开坯、棒材锻造及环锻件轧制等工艺技术方面取得了较大进展。通过拓展摩擦点火实验技术,建立了以P-co曲线定量表征钛合金抗点燃性能的测试方法,测试结果表明,Ti40与TF550阻燃钛合金具有接近的抗点燃性能。综合考虑原材料成本、综合性能和制造工艺等多方面的因素,Ti40和TF550阻燃钛合金各具优势。

阻燃钛合金的研究和发展

综述了阻燃钛合金的阻燃机理、阻燃合金体系和阻燃性能评价方法,介绍了研究现状及发展趋势,并对我国阻燃钛合金的发展提出了一些建议。

摩擦点火Ti-V-Cr阻燃钛合金燃烧产物的组织特征

采用摩擦氧浓度实验方法,结合原位观察、扫描电镜、能谱仪和X一射线衍射分析,系统研究Ti-V-Cr阻燃钛合金燃烧产物的微观组织形貌、燃烧反应过程的合金元素分布规律及微观机理.结果表明:Ti-V-Cr阻燃钛合金燃烧过程发出闪亮耀眼的白光,具有典型金属燃烧的火焰特征.燃烧产物主要有TiO_2,V_2O_5和Cr_2O_3三种氧化物,该混合氧化物以分散颗粒和致密连续体存在.分散颗粒为规则的球形;致密连续燃烧产物的微观组织具有分区特征,从合金基体至燃烧表面依次为过渡区、热影响区、熔凝区和燃烧区.其中,过渡区存在一些微小的颗粒状凸起,且有一定方向性;热影响区中形成大量V基固溶体相和少量的Ti基固溶体相,V基固溶体相上存在Ti的含量远高于基体的针状析出物;熔凝区中,大量的Ti基固溶体中存在少量的V基固溶体;燃烧区主要为Ti,V和Cr的氧化物混合物.热影响区的V基固溶体相降低了Ti元素向熔凝区的迁移速率,减慢了燃烧区Ti与O的优先反应;燃烧区形成的TiO_2,V_2O_5和Cr_2O_3混合氧化物和熔凝区O在Ti中大量固溶共同终止了O向合金基体的继续扩散,从而使Ti-V-Cr阻燃钛合金表现出优异的阻燃功能性.

高度稳定化β型阻燃钛合金Ti40的氧化和氧化层剥落机理

对高度稳定化β型阻燃钛合金 Ti40的氧化机理和氧化层剥落机理进行研究表明 :合金氧化增重随温度升高明显增加 ,至 10 5 0℃反而降低 ;6 0 0℃的氧化膜主要为 Ti O2 和 V2 O5 ,高于 70 0℃氧化 ,因 V2 O5 的挥发 ,氧化膜主要为 Ti O2 ,随温度升高 ,氧化物晶粒粗化 ,氧化膜疏松多孔 ,与基体黏附性降低 ,不低于 90 0℃时开裂和剥落 ,不低于 80 0℃氧化 ,氧化层疏松处还存在 Si O化合物 ,温度升高 ,Si O数量增多 ,由圆球形变为星形 ,至 10 5 0℃随氧化层剥落而消失 ;剥落后的基体氧化层仍为疏松状 ,有不连续分布的 Cr2 O3膜存在。同时还分析了 Ti40合金不抗氧化的原因及氧化机理 ,提出了氧化机理模型。在分析氧化膜内应力产生及内应力释放机制基础上 ,提出了 Ti40合金氧化层开裂、剥落机理。

β型Ti40阻燃钛合金高温长期作用的第二相及其对性能的影响

研究了β型 Ti4 0阻燃钛合金高温长期作用的第二相及其对性能影响。 Ti4 0合金高温长期作用后 ,从β相中析出 Ti5Si3相和α相 ;采用常规锻造工艺不高于 5 4 0℃热暴露 10 0 h,Ti5Si3相沿晶界不连续分布 ,降低合金热稳定性能 ;70 0℃热暴露 10 0 h,Ti5Si3相明显 ,大大降低合金热稳定性能 ,合金呈脆性沿晶界断裂 ;采用等温锻造工艺5 4 0℃热暴露 10 0 h,晶内析出粗大的 Ti5Si3相和α相 ,热稳定性能严重降低 ,呈宏观脆性断裂。采用常规锻造工艺合适的热处理制度 ,5 4 0℃ ,10 0 h,2 5 0 MPa蠕变作用后 Ti5Si3相沿晶界不连续分布 ,合金有较好的蠕变性能 ;若热处理工艺不当 ,合金中有大量粗大的棒状 Ti5Si3相和α相析出 ,Ti5Si3相沿晶界连续分布 ,合金的蠕变抗力明显降低 ;采用等温锻造工艺蠕变作用后 ,合金中析出大量粗大的α相 ,合金蠕变抗力也明显降低。

Ti40阻燃钛合金的基础研究

阻燃钛合金具有重要的应用前景,Ti40合金是我国研制的新型阻燃钛合金。重点综述Ti40合金的基础理论研究结果,如变形机理、氧化机理、阻燃机理等。

Ti-40阻燃钛合金中的第二相

研究了 Ti- 40 (Ti- 2 5 V- 15 Cr- 0 .2 Si)阻燃钛合金中的第二相及其对合金性能的影响。研究结果表明 :固溶温度升高 ,Ti40合金中析出第二相的趋势增大 ;低于 85 0℃固溶 ,合金中没有第二相析出 ,高于 85 0℃固溶 ,合金中析出棒状α相和少量 Ti5Si3相 ;910℃固溶 +6 0 0℃时效 ,合金存在的第二相有α和 Ti5Si3相 ;86 0℃固溶 +6 0 0℃时效 ,合金仅存在 Ti5Si3相 ,固溶时效态存在的第二相对合金的性能没有明显影响 ;5 40℃ ,10 0 h热暴露 ,合金中存在粗大的各种形态的α相和 Ti5Si3析出物 。

Ti-Cu表面阻燃钛合金研究

利用双层辉光离子渗金属技术,在Ti-6Al-4V的表面渗入Cu元素,在其表面形成Ti-Cu阻燃合金层。阻燃合金层的成分及硬度呈梯度分布,显微组织为基体组织加弥散分布的Ti2Cu金属间化合物。初步阻燃试验证明,渗铜合金层起到了预期的阻燃效果。

系阻燃钛合金的非等温氧化行为及阻燃性能预测

采用TGA/DSC实验方法,结合XRD,SEM和EDS分析,系统研究Ti-V,Ti-V-Cr合金的非等温氧化行为及氧化产物的微观结构,并探讨V和Cr元素对Ti-V-Cr阻燃钛合金抗非等温氧化性的影响机制。结果表明:从室温至1723K温度区间内,随着V元素含量的增加,Ti-V合金的抗非等温氧化性显著降低,氧化膜厚度从168μm增加至370μm,Ti-35V合金氧化膜厚度约为Ti-25V的1.45倍;Ti-V-Cr合金的抗非等温氧化性逐渐提高且差异较小,氧化膜厚度从110μm减小至85μm,Ti-35V-15Cr合金的氧化膜厚度比Ti-25V-15Cr降低约15.5%。Ti-V-Cr阻燃钛合金的抗非等温氧化性显著高于Ti-V合金,主要因为非等温氧化过程形成的液态相V_2O_5极大地释放了氧化膜的内应力,提高了氧化膜与合金基体的结合性,并与Cr_2O_3,TiO_2共同阻止了O向合金基体的大量扩散。非等温氧化增重曲线及氧化膜厚度作为特征参数定量描述了Ti-V-Cr阻燃钛合金的抗非等温氧化性,与摩擦着火实验结果相一致,从而预测了合金的阻燃性能。

阻燃钛合金

介绍了现有几种阻燃钛合金的发展、物理机械性能、应用、阻燃性能检测方法及尚需解决的问题等。阻燃，钛合金。

热处理对Ti40阻燃钛合金热稳定性能的影响

针对Ti40合金,设计了5种热处理工艺,并将5种工艺归为3类:中温退火、高温淬火+预时效+时效及高温退火+中温退火+时效。分别测试了Ti40合金在3类热处理工艺下的室温力学性能及500℃、550℃热暴露100h的热稳定性能,并分析了合金的微观组织。结果表明,不同的热处理工艺下,合金室温力学性能相差不大,而热稳定性能变化较大;直接中低温退火后合金的热稳定性能最好,其原因主要是由于中低温退火后,合金组织中保留一部分锻造的高密度位错等缺陷,并且晶界曲折不平,这使得在热暴露过程中,单位晶界析出物的数量减少,弱化了晶界析出物对合金热稳定性能的不利影响。

两种Ti-V-Cr阻燃钛合金的热稳定性能

研究了Ti-35V-15Cr(A)和Ti-25V-15Cr(B)两合金在不同温度、时间和拉应力条件下热暴露后的热稳定性能。结果表明,随着热暴露温度升高,合金性能恶化。600℃热暴露,B合金性能恶化的根本原因是表面氧化,A合金则是由于表面氧化与组织变化的共同作用。热暴露时间延长,合金塑性下降;热暴露拉应力增大,合金塑性有所提高;A合金540℃热稳定性较B合金差,两合金540℃热暴露塑性下降的主要原因来自于热暴露过程中微观组织的变化,其次为表面氧化。高钒含量A合金中的α相比低钒含量B合金中的α相更易聚集于晶界。晶界α相的析出和长大,是合金性能恶化并发生沿晶断裂的主要原因。

V元素对Ti-V-Cr系阻燃钛合金热强性的影响

配制不同V含量的3种阻燃钛合金,分别测试其在不同热暴露和蠕变工艺下的热稳定性能和蠕变性能,并观察其显微组织。结果表明,随V元素含量的增加,合金热稳定性能和抗蠕变性能提高,并且V元素的含量对热稳定性能和蠕变性能的影响存在一个最佳含量,小于该含量时,V元素含量对热稳定性能和抗蠕变性能影响较大,大于该含量时,含量增加对其性能影响不大。在讨论中指出,V元素对热稳定性能和蠕变性能的影响主要表现在对β相稳定性的影响,对TiCr2相形成过程的影响和与空位的相互作用三个方面,并详细论述了其机理。

两种Ti-V-Cr系阻燃钛合金在450℃～650℃下的高温氧化行为

研究了稳定β型钛合金ZT1(Ti-25V-15Cr)和ZT2(Ti-35V-15Cr)在450℃～650℃温区内氧化时的氧化行为。研究结果表明:在低于500℃氧化时,合金氧化的主导因素是合金中钛元素的氧化;高于500℃氧化时,合金中的钒元素以钒氧化物的形式存在是合金氧化的控制因素。

Ti-V-Cr阻燃钛合金的微观组织

采用金相、Ｘ射线衍射和透射电镜研究了ＴｉＶＣｒ阻燃钛合金的微观组织，利用金属液滴实验法测试了合金的阻燃性能。结果表明：ＴｉＶＣｒ系合金具有很好的阻燃性能。该系合金为单一的等轴β组织，不存在第二相析出物，合金元素Ｖ含量升高以及Ａｌ的加入并不影响合金的微观组织特征；经４００℃，１００ｈ热暴露后，合金仍为单一的β组织。

阻燃钛合金的高温氧化行为

研究了阻燃钛合金ＡｌｏｙＣ在６００℃～９００℃范围内的氧化行为。氧化增重试验及ＸＲＤ，ＳＥＭ，ＸＰＳ和ＥＰＭＡ的分析结果表明，在７００℃以上，氧化速度随温度升高而快速增长，９００℃的氧化速度近似于线性规律，氧化增重比常规高温钛合金和钛铝金属间化合物大得多。其原因主要是：（１）由于Ｃｒ含量较低，以及Ｃｒ同Ｏ的亲合力小于Ｔｉ同Ｏ的亲合力，在６００℃以上表面不能形成保护性Ｃｒ２Ｏ３膜；（２）在７００℃以上，由于Ｖ２Ｏ５氧化物的挥发作用，在金属－氧化物界面产生Ｖ元素浓度的梯度分布。

Ti40阻燃钛合金的高温蠕变行为

计算了Ti40合金在不同应力、不同温度下的稳态蠕变速率、应力指数及在460℃～540℃范围内蠕变激活能Q=94.0kJ/mol,并在此基础上研究了其蠕变强化机制。实验结果表明:该合金在此温度范围内的蠕变受位错和扩散双重机制控制,晶界移动对蠕变也有一定的贡献。在目前实验条件下,Ti40合金在620℃蠕变性能较差。

WSTi3515S阻燃钛合金的工程化制备及力学性能研究

WSTi3515S合金作为一种新型阻燃钛合金,关于其工程化应用的研究刚刚开始。对比分析了由西部超导材料科技股份有限公司生产的WSTi3515S合金?300 mm大规格棒材以及55 mm×270 mm×1 200 mm板坯不同方向的显微组织、室温及高温性能等。结果表明:WSTi3515S阻燃钛合金的可探性好,具有1 000 MPa级的室温强度,且540℃高温拉伸、高温蠕变、高温持久以及热稳定性等性能良好,均可满足工程化应用标准的要求。