超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的强化行为及模型

基于XRD、OM、SEM和TEM分析,研究超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的组织演变及强化行为。结果表明,位错强化和析出强化效应对该合金的屈服强度影响较大。冷轧+再结晶+冷轧+双时效组合工艺可获得1518 MPa的最高屈服强度,这主要归因于显微组织中的高密度残存位错及密集而细小的次生α相。建立复合强化模型,其预测误差在16.6%以内。此外,研究发现次生α相体积分数的增加可以不断强化晶内区域,这使得沿晶断裂开始出现并逐渐占据整个断裂面。

冷变形及时效对Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si钛合金组织和性能的影响

通过金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电子拉伸试验机等研究了冷变形和时效处理对Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si钛合金组织和性能的影响。结果表明:合金冷变形过程中没有发生相的转变。随着冷变形量的增加,合金的晶格逐渐向<011>方向旋转。合金冷变形后时效会析出均匀分布的细小针状α相,α相与β基体具有非常良好的共格关系,这有助于合金性能的提升。冷变形时效合金以时效析出强化为主,形变强化为辅。冷变形会促进时效析出,冷变形量越大,时效析出强化效果也越明显。60%冷变形时效处理的合金最大抗拉强度达到了1786 MPa。

PF-LBM耦合模型下Al-Cu合金的枝晶生长和气泡形成

基于Shan-Chen多相流的格子玻尔兹曼方法模拟复杂多相流系统,探索气泡在液相中的生长和运动.研究了Al-4.0wt.%Cu合金在凝固过程中枝晶与气泡的相互作用,各向异性对凝固组织的影响以及枝晶与气泡共存时溶液密度的变化情况.结果表明:在定向凝固枝晶生长模型中,气泡先在枝晶底部析出,压差导致气泡上升,流动的过程中会与枝晶产生相互作用且会出现气泡合并与消失的情况,在枝晶间密集通道处大气泡会变成蠕虫形状.模拟区域的高长比会影响枝晶和气泡的生长情况,当高长比较小时更容易产生短而小的气泡,高长比较大时更容易产生蠕虫状气泡.在等轴枝晶生长模型中,气泡在枝晶间析出,随着枝晶的生长,气泡同样会发生合并与消失的情况,并且在受到挤压时发生形变.

微量钪对Al-3%Cu合金组织与性能的影响

采用硬度、拉伸性能测试、金相组织观察、扫描电镜与能谱分析以及X 射线衍射等方法 ,研究了微量稀土元素Sc对Al 3%Cu合金组织与性能的影响。结果表明 ,稀土元素Sc能够强烈地细化Al Cu合金的晶粒 ,改善枝晶网胞。微量Sc元素添加到Al 3%Cu合金中 ,合金的抗拉强度σb 和屈服强度σ0 2 均有所提高 (Δσ约为 30MPa) ,对合金的伸长率几乎没有影响 ;微量Sc元素添加到Al 3%Cu合金中 ,除部分固溶于Al基体中外 ,大部分与Al形成对合金起强化作用的Al3Sc共格相 ,对合金起强化作用 ,没有发现其他相 ,包括W (AlCuSc)相生成。

In situ study on columnar-equiaxed transition and anaxial columnar dendrite growth of Al-15%Cu alloy by synchrotron radiography

Directional solidification of Al-15% （mass fraction） Cu alloy was investigated by in situ and real time radiography which was performed by Shanghai synchrotron radiation facility （SSRF）. The imaging results reveal that columnar to equiaxed transition （CET） is provoked by external thermal disturbance. The detaching and floating of fragments of dendrite arms are the prelude of the transition when the solute boundary layer in front of the solid-liquid interface is thin. And the dendrite triangular tip is the fracture sensitive zone. When the conditions are suitable, new dendrites can sprout and grow up. This kind of dendrite has no obvious stem and is named anaxial columnar dendrites.

定向凝固Al-4.5%Cu合金枝晶组织与抽拉速率的关系

用自制下拉式定向凝固设备,在一定的温度梯度下,在20-220μm/s的抽拉速率范围制备定向凝固Al-4.5%Cu合金,并对其微观组织、特别是一次枝晶间距随抽拉速率的变化规律进行研究。结果表明:定向凝固微观组织随抽拉速率的增大呈细化趋势,其一次枝晶间距减小;当抽拉速率小于100μm/s时,枝晶间距随抽拉速率而减小的幅度较大;当抽拉速率大于100μm/s时,枝晶间距减小幅度较为平缓。在综合分析抽拉速率、界面生长速率、温度梯度等影响因素的基础上,推导出界面局域平衡条件下预测定向凝固次枝晶间距的理论模型,该模型能够较为准确地反映定向凝固一次枝晶间距随抽拉速率在100-220μm/s范围的变化规律,为定向凝固工艺获得特定组织而预先选配合适的工艺参数提供理论参考。

定向凝固Al-38.5%Cu合金中Al_2Cu相的小平面特性

采用定向凝固技术,研究了Al-38.5wt%Cu合金中,Al2Cu相的生长行为。结果发现,在凝固速度较低时,过共晶Al-Cu合金中初生Al2Cu相形貌大部分有明显的拐角,观察其平面,有的呈矩形,呈现小平面生长特性,随着凝固速度的提高,初生Al2Cu相的结晶特性由小平面向非小平面转化;而α-Al相与Al2Cu相共生生长时,Al2Cu相择优生长特性消弱,与α-Al相耦合生长,呈现非小平面-非小平面生长。

Ti-24Al-15Nb-1.5Mo合金的超塑性能及超塑变形时的组织演化

研究了Ti-24Al-15Nb-1.5Mo合金在900～1020℃,3.3×10-4～3.3×10-2s-1条件下进行的超塑性拉伸性能结果表明:除温度900℃,应变速率3.3×10-2s-1外,合金都显示出超塑性,延伸率范围为105%～1570%,最佳变形温度为980℃,最佳应变速率为3.3×10-4s-1,在此条件下拉伸时,延伸率达到最大值1570%。应变速率对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo合金的组织演化有显著影响。在较高应变速率下变形,α2相尺寸先随温度升高至940℃有所减小,之后则随温度的升高有所粗化;而在较低的应变速率下变形,α2相呈粗化且不均匀的趋势,高的延伸率与大晶粒周围镶嵌许多小颗粒能有效协调变形。

Ti-15Al-7C合金热处理过程中碳化物形态变化研究

用熔铸法制备了TiCP/Ti-15Al复合材料,并通过SEM,XRD,EDX等手段,对合金铸态及热处理态的相组成及碳化物形态进行了研究。结果表明:合金在β-Ti(1300℃)区域热处理时,TiC枝晶首先从根部溶断,并逐步成为颗粒状;在α-Ti+β-Ti+TiC三相区(1100℃)域热处理时,TiC枝晶部分溶解成为秃枝状同时析出了大量板片状Ti3AlC,均匀分布在基体中。(0001)α-Ti面与(111)Ti3AlC面的晶格错配度很小,可形成共格界面,因此狖0001狚α-Ti面的层错形成的ABC…堆垛层,可成为Ti3AlC的晶胚,Ti3AlC晶胚生长时沿〈110〉方向的生长阻力小,而沿〈111〉方向的生长阻力大,因此易生长成成簇规则分布的板片状物。Ti3AlC晶胚生长时会以自动分支的方式调节Ti3AlC片的厚度和片间距。

试样尺寸对定向凝固Al-4%Cu合金固/液界面特征的影响

采用定向凝固方法研究不同试样尺寸对Al-4%Cu合金凝固固/液界面特征的影响。结果表明:当凝固速率v=1μm/s时,小尺寸试样的平界面更加平直;当v=5μm/s时,随着试样尺寸的增大,界面形态分别为浅胞—深胞—初始枝晶,同时,试样边缘的组织比中心的组织更不稳定;在相同凝固速率下,小尺寸试样的温度梯度较大,促使界面稳定性提高;试样尺寸的增大引起径向温差增大,促进溶质流动,使试样边缘产生溶质富集,从而使平界面弯曲;由于试样中心排出的溶质大部分流向界面前沿糊状区的液相中,而枝晶糊状区的液相比胞晶的多,因而形成的枝晶界面弯曲程度比胞晶的小。

改造Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金焊缝组织与增强连接界面性能的工艺

研究近等温锻造+梯度热处理工艺对Ti-24Al-15Nb-1.5Mo/TC11双合金焊接接头的显微硬度变化、合金元素扩散趋势、显微组织特征和拉伸性能的影响。结果表明:近等温锻造+梯度热处理能使焊接接头得到强化。经近等温锻造和梯度热处理后焊缝熔合区形成的马氏体α′和α″相分解为α(α2)+β的平衡组织;TC11合金热影响区的魏氏组织转变为网篮组织;试样具有良好的500℃高温综合性能(σb:840MPa,δ:18.5%,ψ:65%)。

La对定向凝固Al-4.5%Cu合金热疲劳性能的影响

采用自约束热疲劳试验机,对加入La的定向凝固Al-4.5%Cu合金进行热疲劳性能试验。结果表明,加入适量La对定向凝固Al-4.5%Cu合金的热疲劳性能有不同程度提高,其中,加入0.3%La的热疲劳试样疲劳性能较佳,达到热疲劳裂纹萌生所需的热疲劳循环次数最多;通过热疲劳循环次数与主裂纹长度的动态关系图,发现热疲劳裂纹的扩展有别于一般由机械交变载荷造成的常温疲劳,呈现先快后慢,阶段性扩展。

定向凝固Al-38.5%Cu合金中带状组织的形成机理

在温度梯度为260 K·cm^(-1)和凝固速率为1μm·s^(-1)条件下,对Al-38.5%Cu合金凝固组织中存在的Al_2Cu单相和Al/Al_2Cu共晶相交替生长带状组织的形成机理进行了研究。结果表明:带状组织的产生与合金定向凝固界面前沿的溶质分布有关,形成的原因是合金未达到稳态凝固,凝固速率和合金成分一直处于变化之中;在单相和共晶相的带状组织中,合金凝固速率在单相中随着界面前液相溶质含量的增加而逐渐减小,而在共晶相中随着界面前沿液相溶质含量的增加而逐渐增大。

试样尺寸对Al-4.5%Cu合金定向凝固组织和界面稳定性的影响

在传统Bridgeman方法下,利用Al-4.5%Cu合金内外同心嵌套试样,研究了自然对流对凝固过程及组织的影响。试验结果显示,温度梯度和抽拉速率均相同的定向凝固试样,尺寸较大试样的组织呈规则胞状或树枝状时,对应尺寸较小试样组织胞晶尖端发生分叉或杂乱树枝状,表明尺寸较小的试样液-固界面稳定性较差。较小试样尺寸限制了液相中自然对流致使溶质原子液-固界面处大量富集是凝固组织不规则与液-固界面不稳定的主要原因。

Ti-25Al-15Nb-1Mo合金的高温变形行为研究

利用Gleeble-3800型热模拟试验机对经过真空熔炼的Ti-25Al-15Nb-1Mo合金进行了等温压缩实验,研究了在1100~1200℃及0.1~0.5 s^-1应变速率下的高温流变曲线、微观组织演变以及不同区域的硬度变化趋势。结果表明:合金在高温变形过程中,真应力-应变曲线呈现出单峰特征,应变速率的降低或温度的升高都会使合金的流动应力降低;热变形使组织由粗大O板条和原始的B2相混合组织演变为单一B2再结晶组织。造成该合金流变软化和组织演变的主要原因是B2组织发生了动态再结晶。再结晶区的硬度值最小可至350 HV,与动态再结晶有关。

熔体热历史对Al-10%Cu合金组织和性能的影响

Al-Cu合金是工业上应用广泛的合金.为了提高Al-10%Cu合金的力学性能,研究了熔体过热处理和高低温熔体混合处理对Al-10%Cu合金组织和性能的影响.结果发现:过热处理和高低温熔体混合处理能细化Al-10%Cu合金的凝固组织、提高其力学性能.熔体在900℃下过热处理后,其抗拉强度和延伸率最大,分别为171.9MPa和2.87%.高低温熔体混合处理对合金组织和性能的影响明显强于熔体过热处理.高低温熔体混合处理后,Al-10%Cu合金的抗拉强度和延伸率分别被提高到231.9MPa和3.62%.

强磁场与交变电流的复合作用对Al-4.5%Cu合金凝固组织的影响

研究强磁场（0—10T）与工频（f=50Hz）交变电流（0-10A）的复合作用对Al-4．5mass％Cu合金凝固组织的影响。发现在施加垂直于磁场方向的交变电流时，会使电极间液态金属在电磁压力P作用下产生波动，导致合金凝固时枝晶组织的生长被打碎，出现等轴晶和颗粒状晶。在10T磁感应强度下，交变电流越大，波动越强，越易生成等轴晶和颗粒状晶；在10A交变电流下，磁感应强度增加到4T以后，等轴晶未随磁场的增加而完全转变成颗粒状晶；当P^→相同时，磁感应强度小的，容易出现等轴晶和颗粒状晶。

交替变向电磁场对Al-5%Cu合金缩孔和缩松的影响

利用自行研制的交替变向电磁场凝固装置,采用对比实验方法研究了交替变向电磁场对Al5%Cu合金晶粒度、集中缩孔、分散缩孔和缩松以及致密度的影响规律及机理。结果表明:交变电磁场对Al5%Cu合金晶粒形貌和晶粒尺寸产生明显的影响;随着磁场强度的增加,合金晶粒形貌由粗大的柱状晶转变为细小的等轴晶,晶粒尺寸由30.2mm降低到0.2mm;在0.2T强场下试样集中缩孔相对深度缩小了10倍左右,分散缩孔和缩松数量明显减少,铸件的致密度提高了2.9%。

高纯Al-0.5%Cu合金的轧制织构

采用取向分布函数(ODF)研究轧制形变量对高纯A l-0.5%Cu合金织构的影响。结果表明,30%轧制变形量主要有{112}<351>,50%时{114}<110>织构,70%时出现了较强的铜式织构{211}<111>和{111}纤维织构,在形变量达到90%后,由于出现了剪切力,织构为非常强烈的旋转立方{001}<110>。分析A l-0.5%Cu合金的α和β线,发现随着变形量的增大,织构向C取向聚集。

Ti-24Al-15Nb-1.5Mo合金的β晶粒长大行为研究

研究了不同等温退火温度下Ti-24Al-15Nb-1.5Mo合金的β晶粒长大行为。结果表明,合金的β晶粒尺寸是时间和温度的函数,并呈现Hillert分布的统计分布规律。随着等温退火时间的延长,晶粒的生长速度呈现降低的趋势,生长指数n的范围为0.42~0.44。随着等温退火时间的延长,合金的生长激活能呈现增大的趋势,范围在86.8~126.7 kJ·mol^-1。