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。

Y/Al-5Ti-1B复合变质对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

在传统铸造Al-Si合金中存在的粗大树枝晶α-Al相以及针状共晶Si严重割裂基体,显著降低合金的力学性能。为细化Al-Si合金的组织,提升其力学性能,本文使用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)以及万能材料试验机,研究了不同添加量Y/Al-5Ti-1B变质剂(Al-5Ti-1B均为2%,稀土Y分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,质量分数)对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响,并探究了其对Al-7Si合金的变质机理。实验结果表明,当Al-5Ti-1B含量为2%、稀土Y含量为0.4%时,变质效果最佳,共晶Si由粗大针状变为细小颗粒状,长和宽分别减小至2.7和0.8μm,相较于未经变质处理的Al-7Si合金,减小了90.6%和4.7%。合金抗拉强度由原来的168.1 MPa提升至209.1 MPa,增加了24.4%。同时伸长率从6.23%提升至9.62%,增长了54.4%。此外,合金的断裂方式也从脆性断裂转变为韧-脆混合断裂。

Al-10Sr和Al-5Ti-0.2C对ZL101合金组织的影响

在ZL10 1合金熔体中分别或同时添加不同量的Al 10Sr和Al 5Ti 0 .2C ,保温不同时间 ,利用光学显微镜和电镜扫描 ,研究了Al 10Sr ,Al 5Ti 0 .2C对ZL10 1合金组织的影响规律。试验结果表明 ,向ZL10 1合金中添加质量分数为 0 .5 %的Al 10Sr ,可使共晶Si从粗大的针、片状转变为细小的短纤维状 ,同时促进了α Al枝晶的形核生长 ,晶粒尺寸在 10 0～ 2 5 0 μm之间。若添加质量分数为 0 .2 %的Al 5Ti 0 .2C ,可使初生α Al晶粒成为 40～ 70 μm的等轴晶 ,对共晶Si也有一定的变质作用。当同时加入Al 10Sr和Al 5Ti 0 .2C时 ,α Al枝晶和共晶Si同时得到细化和变质 ,这主要归功于Al 10Sr和Al 5Ti 0 .2C对ZL10 1合金细化变质的交互作用。

基于机器学习的Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金热加工图预测

为了研究Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金的热变形行为,运用Instron 5869压缩实验机进行热压缩实验。构建了以变形温度、应变速率、应变为输入变量和流变应力为输出变量的6种机器学习模型,预测不同条件下该合金的流变应力值并评估检验模型的预测性能。根据预测表现最好的LSTM神经网络模型的预测数据绘制预测加工图,对照实验加工图评估检验其预测能力。结果表明:预测加工图能够较为准确地反映出Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金在应变为0.499时的可加工区域,与实验加工图的吻合程度较高,该方法能较好地预测Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金的热变形行为。

热处理对Ti-25V-15Cr-2Al-2Mo-0.2C合金组织稳定性的影响

研究了热处理对Ti 2 5V 15Cr 2Al 2Mo 0 .2C阻燃β钛合金组织稳定性的影响。结果表明 ,高温固溶并直接时效处理导致合金 β基体上析出较多的α相沉淀 ,尤其在随后的热暴露组织中形成了恶化合金塑性的连续晶界α膜。然而 ,若在时效前再进行一次低温固溶处理则可明显减少α相的析出数量 ,合金的热稳定性因此而得到显著改善。

SCR技术制备Al-5Ti-0.25C合金的组织演化

利用SCR成形技术,使液固反应法获得的Al 5Ti 0.25C合金在强剪切应力场中凝固成形,制备了高细化活性的Al Ti C晶粒细化剂,对纯Al细化时其晶粒尺寸小于80μm。研究了SCR成形合金的微观结构及其形成机制。结果表明:SCR成形过程中合金熔体受到强烈剪切与热扰动作用,影响了自由晶TiC的迁移行为及TiAl3的溶解析出,从而改变了Al 5Ti 0.25C合金的组织形态;TiC粒子呈弥散分布以及与TiAl3形成二重粒子均能显著提高TiC粒子的形核能力。

光学浮区法制备定向生长Ti-44.5Al-3Nb-0.8Si-0.2C合金

在无籽晶的生长条件下,利用光学浮区定向凝固炉制备了Ti-44.5Al-3Nb-0.8Si-0.2C合金定向试棒。从试棒中切取择优取向的晶粒作为籽晶,引晶自身并成功得到片层界面平行生长方向的定向试棒。结果表明,该试棒的室温屈服强度约为722 MPa,伸长率约为3.9%。SEM观察发现,大量条形硅化物在片层组织中析出。实验结果表明:该合金片层组织具有较好的热稳定性,具备引晶功能,但硅化物的存在使得合金室温塑性略低。

Al-5Ti-0.25C对AZ81镁合金组织与性能的影响

采用金相显微镜、扫描电子显微镜、X-射线衍射仪以及电子万能实验机等设备研究了Al-5Ti-0.25C对AZ81镁合金显微组织及性能的影响。结果表明,加入一定量的Al-5Ti-0.25C,AZ81镁合金的形核方式变为非均质形核,其组织由树枝晶转化为细小均匀的等轴晶,这是由于Al4C3与α-Mg的错配度小于6%,Al4C3作为镁的良好异质结晶晶核,起到细化晶粒的作用。另外,Al-5Ti-0.25C的加入有效地改善了AZ81镁合金的综合力学性能。

Al-5Ti-0.25C-8Sr对AM60B镁合金铸态显微组织及性能的影响

研究了Al-5Ti-0.25C-8Sr对AM60B镁合金显微组织及性能的影响.结果表明:Al-5Ti-0.25C-8Sr对AM60B具有良好的细化和变质效果.添加质量分数为0.1%的Al-5Ti-0.25C-8Sr时,α-Mg显著细化,β相由连续或半连续状转变为颗粒状,平均晶粒尺寸由265μm降低到约78μm;但当Al-5Ti-0.25C-8Sr加入量大于0.1%时,镁合金晶粒有粗化趋势;AM60B的抗拉强度和显微硬度随着Al-5Ti-0.25C-8Sr添加量的增加先升高后下降,当加入量为0.1%时具有最大值.

Al-5Ti-0.2C细化剂对7085铝合金形核及过冷度的影响

在7085铝合金凝固过程中添加不同质量分数的Al-5Ti-0.2C细化剂,对比其铸锭凝固组织,并用DSC测定其凝固过程熔体过冷度,探讨Al-5Ti-0.2C细化剂对铝熔体形核与过冷度的影响。研究结果表明:Al-5Ti-0.2C细化剂能够明显细化晶粒,当细化剂质量分数为0.5%时细化效果最好;细化剂质量分数的差异对DSC曲线中的熔化曲线影响较小,而凝固曲线有明显差异;在凝固过程中增大细化剂质量分数,铝熔体形核过冷度与最大过冷度都呈递减趋势,当细化剂质量分数超过0.5%时,过冷度不再有明显递减趋势;Ti C颗粒是铝熔体异质形核的核心,凝固过程中Ti C颗粒的发生团聚,从而增大形核基底颗粒粒度,减小润湿角与临界形核能,最终减小熔体中形核所需过冷度。

Al-5Ti-0.25C细化剂对2024铝合金组织及力学性能的影响

研究了Al-5Ti-0.25C细化剂对2024铝合金铸态显微组织及力学性能的影响。试验结果表明:未添加细化剂时,2024铝合金显微组织呈粗大的枝晶状,平均尺寸约为150μm;添加Al-5Ti-0.25C后,晶粒为细小的等轴晶。本试验条件下,最佳的细化剂添加量为0.3%,此时,2024铝合金的平均晶粒尺寸为56μm,其力学性能得到显著提高,抗拉强度和延伸率分别为382 MPa、2.60%,与未细化试样相比增幅分别为12.4%、69.9%。

Al-5Ti-0.25C晶粒细化剂对6063铝合金组织性能的影响

试验研究了Al-5Ti-0.25C细化剂对6063铝合金铸锭晶粒尺寸的影响,并分析了其对热挤压行为及挤压材力学性能的影响规律。结果表明,未添加细化剂时,6063铝合金的显微组织主要由平均晶粒尺寸460μm的粗大晶粒构成;添加Al-5Ti-0.25C后,晶粒尺寸明显减小。在热压缩试验中,随着晶粒尺寸的减小,其进入稳态流变阶段时对应的真应力逐渐减小,挤压过程中所需要的挤压力降低,挤压棒材的再结晶晶粒尺寸也随之减小,此外,Al-5Ti-0.25C细化剂还可提高挤压材的硬度、伸长率等力学性能。

固溶时效对Ti-5Al-3V-1Mo-1Zr钛合金钻杆组织演变及力学性能的影响

利用激光共聚焦显微镜(CLSM)、电子扫描显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等手段分析相变点上两阶段固溶时效(TSSA)对Ti-5Al-3V-1Mo-1Zr钛合金钻杆片层组织演变规律及力学性能的影响。结果表明:通过采用相变点上TSSA工艺获得了全片层转变组织,随时效温度的升高,全片层转变组织的晶界α相平均宽度由5.5μm增至9.0μm,集束内的α片层平均宽度由2.75μm增至3.95μm,材料抗拉和屈服强度变化幅度均小于0.15 MPa/℃;与原始挤压态相比,钛合金的冲击功增加74.07%,材料冲击功与α片宽度满足Hall-Petch关系;经(1000℃, 1 h,炉冷(FC))→(600℃, 1 h,空冷(AC))+(550℃, 6 h,AC)热处理后钛合金具有良好的综合性能匹配,其屈服强度为894 MPa,夏比V型缺口冲击功(-20℃)为46 J,伸长率为7.5%。

Al-5Ti-0.25C合金制备工艺及其细化效果研究

目的对机械加工过程中的Al屑和Ti屑进行回收再利用。方法以Al屑和Ti屑为制备Al-5Ti-0.25C合金的原材料,分析Al屑和Ti屑的加料温度、反应温度和反应时间对Al-5Ti-0.25C微观组织的影响,确定最佳制备工艺。在此基础上研究Al-5Ti-0.25C的添加量、细化温度、细化时间和搅拌处理对纯铝的细化效果,确定最佳细化工艺,并与商用杆状Al-5Ti-1B合金对比细化效果。结果最佳制备工艺:加料温度为860℃、反应温度为950℃和反应时间为60 min。最佳细化工艺:Al-5Ti-0.25C合金的质量分数为0.2%、细化温度为730℃和细化时间为2 min,搅拌处理。添加0.2%Al-5Ti-0.25C合金(质量分数)后,纯铝平均晶粒尺寸细化到大约200.2μm。细化时间低于60 min时,Al-5Ti-0.25C合金无明显衰退现象。结论以机械加工产生的Al屑和Ti屑为原材料制备Al-5Ti-0.25C合金,可以有效解决Al屑和Ti屑的回收难题,而且Al-5Ti-0.25C合金的细化效果优于商用杆状Al-5Ti-1B合金。

Al-5Ti-0.2C添加量和细化时间对AlSi12铝合金组织和性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、万能材料试验机研究了Al-5Ti-0.2C细化剂质量分数和细化保持时间对AlSi12铝合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:铝液中加入Al-5Ti-0.2C持续2h合金的细化效果没有明显衰退。Al-5Ti-0.2C细化剂能够明显地细化AlSi12铝合金晶粒;随着细化剂质量分数的增加,铝合金晶粒尺寸明显减小,伸长率提高,尤其是高温伸长率提高明显。通过扫描电镜分析发现,添加细化剂的铝合金断口均为韧性断口,说明添加Al-5Ti-0.2C细化剂的AlSi12铝合金具有强韧性。

Al-Ti-C和Al-Ti-B对7050铝合金微观组织与力学性能的影响

采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)及能谱仪(EDS),结合拉伸力学性能与维氏硬度测试,研究了Al-5Ti-1B和Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂对含Zr的7050铝合金铸态、均匀化态以及时效变形态的微观组织演变规律、第二相析出行为及力学性能的影响。结果表明:在7050合金中,Zr元素会使Al-5Ti-1B和Al-5Ti-0.2C均发生细化"中毒现象",降低晶粒细化剂的细晶效果;与Al-Ti-1B相比,增大Al-Ti-0.2C晶粒细化剂的添加量对于缓解"Zr中毒"现象,细化晶粒更有效,且能够提高合金强度与硬度,并使合金保持较好伸长率;同时,使用Al-5Ti-0.2C晶粒细化剂的7050合金,其第二相的分布较使用Al-5Ti-1B晶粒细化剂更加弥散、均匀。

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。

Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金的高温塑性变形行为

在Gleeble-1500热模拟机上对Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金进行高温热压缩实验,研究该合金在变形温度为750~900℃、应变速率为0.001~1 s 1条件下的流变应力行为。利用光学显微镜分析合金在不同变形条件下的组织演化规律。结果表明：合金的流变应力随着应变速率的增大和变形温度的降低而增大;流变应力随着应变的增加而增大,出现峰值后逐渐趋于平稳;变形过程中的流变应力可用Arrhenius双曲正弦本构关系来描述,平均变形激活能为454.2 kJ/mol;各种变形条件均可细化原始晶粒尺寸。随着温度的升高和应变速率的降低,合金的主要软化机制由动态回复逐渐变为动态再结晶;在（α＋β）相区变形（750~850℃）时,α相对β晶粒的动态再结晶的发生起到阻碍作用。

Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金热加工图及其组织演变

采用热模拟试验机对Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金进行等温压缩试验,获得变形温度为750~900℃和应变速率为0.001~1 s 1时的真应力真应变曲线,并运用修正后的试验数据建立真应变为0.7的热加工图。通过显微组织观察,分析合金的变形机理,确定热变形失稳区。研究结果表明：Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金加工温度范围较宽,当加工温度低于800℃且变形速率大于0.1 s 1时易发生绝热剪切,造成流变失稳;随着变形温度升高,功率耗散因子η有增大趋势,合金的流动软化机制由动态回复逐渐变为动态再结晶,显微组织也随之细化、均匀。