奥氏体中的纳米沉淀物对Nb—Ti微合金钢连续冷却过程中铁素体转变开始温度的影响

本文通过采用热膨胀方法研究了在无形变和热形变Nb—Ti微合金钢连续冷却过程中的转变特点，在Nb—Ti钢中，Ti含量从0变化到0．031％，而Nb含量保持不变。在不同冷却速度下，根据得到的连续冷却转变（CCT）曲线，测量了热膨胀曲线。对于无形变Nh—Ti钢，试验结果发现：铁素体转变开始温度（Ar3）随着钛含量增加到0．015％而减少，当钛含量范围介于0．015％～0．027％之间时，铁素体转变温度大幅降低。对于热形变Nb—Ti钢，当钛含量小于0．027％时，虬温度没有明显差别，但是当钛含量大于0．027％时，Ar3温度明显降低。为了阐明Ar3温度的变化，需要考虑奥氏体晶粒尺寸（Dr）、Nb—Ti沉淀物和残余应变。根据试验结果，开发了无形变和热形变Nb—Ti微合金的Ar3计算数学模型。

Al,Ti和Nb对Fe-Ni-Cr-Co-Nb—Ti-Al合金铸态组织的影响

对低Al，高Ti,Nb（合金A）和高AI、低Ti，Nb（合金B）两种成分特征的Fe－Ni－Cr－Co－Nb－Ti－Al合金宏观和微观铸态组织的观察分析表明，合金A凝固速度较快，柱状晶区较大：两青枝晶间及铸态晶界上都分布着较多块（厚片）状富含Nb和Ti的MC和Laves相多晶体；合金B柱状晶区晶界Laves相较多；合金A晶界MC和Laves相附近析出魏氏体状γ’和η相及胞状η相；合金B中γ′的尺寸仅约为合金A的1／10研究了凝固过程中，两者晶界MC和Laves相的形成机制和差异，以及两者等轴晶区和往状晶区晶界附近魏氏体状。

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。

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。

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-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。

Ti-Zr-Nb固溶体合金动态压缩强度的机器学习模型优化

Ti-Zr-Nb固溶体合金具有优异的强塑性匹配和撞击释能活性,在杀爆战斗部毁伤元和聚能战斗部药型罩材料领域极具应用价值.为了实现Ti-Zr-Nb合金及类似固溶体合金的动态力学性能精准预测,并支撑战斗部材料的精准设计与成分优化,采用粉末冶金法制备了56种Ti-Zr-Nb合金,并测试了材料的动态压缩强度,在此基础上开展了Ti-Zr-Nb合金动态压缩强度预测的机器学习模型优化、主控参量筛选研究,优化后的模型实现了合金动态压缩强度的预测误差<8%,并揭示了影响合金动态压缩强度的3个关键主控参量及权重排序:Δχ>G>δG.采用优化后的模型成功设计了具有更高动态压缩强度的合金成分,经试验验证,所设计的材料动态压缩强度达到3100 MPa,高于同类固溶体合金.

再结晶区变形后冷却速率对Nb-V-Ti-N微合金钢组织演变及力学性能的影响

利用Gleeble-3800热/力模拟机研究了Nb-V-Ti-N微合金钢的动态连续冷却转变规律,并探讨了再结晶区变形后冷速对其组织及性能的影响。结果表明:当冷速由0.1℃/s增大至30℃/s时,实验钢发生铁素体、珠光体、贝氏体和马氏体相变,冷速区间分别为0.1~30℃/s、0.1~8℃/s、3~30℃/s和15~30℃/s;随着冷速的增大,铁素体、珠光体和贝氏体相变温度分别由785、682和498℃降低到625、553和415℃,而马氏体相变温度则由342℃升高为365℃。当冷速由3℃/s增大至8、20和30℃/s时,钢中大角度晶界占比由0.734不断减少到0.509;平均有效晶粒尺寸先由10.62μm减小到7.46μm后增大到9.61μm,最小值在20℃/s获得;平均KAM值先由0.419°略降低到0.407°后升高到0.691°,最小值在8℃/s获得。此外,当冷速由0.1℃/s增大至30℃/s,实验钢的显微硬度由(197±23.3)HV0.1逐渐增加到(316±11.8)HV0.1,屈服强度由(475±67.1)MPa增加到(818±33.9)MPa。分析可知,为了获得良好的强度-韧性配合,实验钢再结晶区变形后适宜的冷速为8℃/s。

变形工艺参数对Nb-Ti微合金钢再结晶的影响

通过热压缩实验研究了应变量及加热温度对Nb-Ti微合金钢的再结晶行为及变形后相变产物的影响。结果表明:当加热温度为1100℃时,奥氏体晶粒尺寸不均匀,导致压缩过程中各晶粒的应变累积不均匀,当总应变量为0.380时即发生了动态再结晶;奥氏体加热温度为1050和1000℃时,动态再结晶的临界应变量分别为0.668和0.552;当变形温度为850℃,应变量超过0.552时,试样在道次间隔发生静态再结晶;奥氏体化1100℃保温后压缩样品的冷却相变显微组织为贝氏体和准多边形铁素体,而1050℃和1000℃奥氏体化保温后压缩样品冷却相变后显微组织均为多边形铁素体,1000℃奥氏体化保温后压缩样品冷却相变后多边形铁素体晶粒尺寸更细小(2~5μm)。

Nb-Ti-Fe合金的组织和耐腐蚀性能及置氢前后的显微硬度研究

Nb-Ti-Fe滤氢合金膜具有高的氢渗透性能和价格较低的优势而受到广泛关注。然而,截至目前,关于该合金膜耐腐蚀性能的研究较少有人报道,合金组织和耐腐蚀性能之间的关系尚未建立。基于此,本工作对Nb-Ti-Fe氢分离合金的显微组织、耐腐蚀性能和置氢前后显微硬度开展了一系列研究。研究结果表明:Nb_(10)Ti_(50+x)Fe_(40-x)和Nb_(15)Ti_(45+x)Fe_(40-x)(x=0,5,10,15)两组合金中,当x<10,合金显微组织由初生α-Nb相和共晶(α-Nb+TiFe)相构成,当x>10,合金显微组织中初生相为TiFe相。当x=10时,少量的初生α-Nb相存在于Nb_(10)Ti_(60)Fe_(30)中,但该相在Nb_(15)Ti_(55)Fe_(30)合金中消失,取而代之的是共晶(α-Nb+TiFe)相。其次,上述合金经电化学腐蚀后,表面生成一层极薄的氧化物覆盖层,组分为Nb_(2)O_(5)、TiO_(2)、Nb_(2)C和Fe_(2)O_(3),腐蚀性能与相种类、成分紧密相关,Nb_(10)Ti_(65)Fe_(2)5合金(4#)的耐腐蚀性能较强,含有FeNb相较多的Nb_(15)Ti_(45)Fe_(40)合金(5#)耐腐蚀性能最低。另外,上述合金的置氢性能随着Ti/Fe原子比的增加而逐渐提高,相反,其维氏硬度值先降低而后增加,合金的平均硬度值分布在520HV~570HV之间,且组织中各相显微硬度值排列顺序由小到大为共晶(α-Nb+TiFe)、TiFe、α-Nb、FeNb,置氢后合金硬度降低原因是氢原子的引入促进位错增殖以及促使双扭折形核造成内部缺陷。

Nb/V/Ti微合金化对20MnSi钢组织和力学性能影响

采用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)技术和室温拉伸测试等研究了Nb、V、Ti微合金化元素对20MnSi钢显微组织和力学性能的影响。结果表明:Nb、V、Ti微合金化及其所形成的第二相粒子可以阻碍试验钢的晶界迁移、细化晶粒尺寸,经热轧-空冷后晶粒明显细化,晶粒尺寸可达12级,综合力学性能明显优于20MnSi穿水钢筋,并达到新国标中400 MPa级钢筋所要求的性能指标。根据理论模型计算,晶界强化、固溶强化和位错强化增量分别约占屈服强度的54%、22%和17%,而由于微合金化元素含量较低且所形成的第二相粒子体积分数较低,析出强化增量在试验钢屈服强度中的占比仅约7%,表明Nb、V、Ti微合金化设计而导致的晶粒细化对试验钢力学性能提升所产生的贡献十分显著。