高铌TiAl/Ti600合金电子束焊接头组织与性能

对高铌TiAl/Ti600合金进行了电子束焊接试验以便对高温钛合金与高铌TiAl合金高质焊接提供理论及试验依据,采用金相显微镜、扫描电子显微镜及X射线衍射仪等设备对焊接试样进行了分析.结果表明,高铌TiAl/Ti600接头极易产生裂纹缺陷.接头焊缝主要形成细针状α2-Ti3Al相及α-Ti相,而高铌TiAl侧热影响区呈现板条状及等轴组织形貌,Ti600侧热影响区为针状α'相.接头焊缝区硬度最大,达到586 HV,Ti600侧向高铌TiAl侧过渡过程中硬度逐渐增大,由焊缝到两侧热影响区硬度过渡梯度较大.高铌TiAl/Ti600电子束焊接头室温抗拉强度可达516 MPa,且接头断裂于偏高铌TiAl侧焊缝区,断裂性质为典型的脆性解理断裂,呈现穿晶断裂特征.

Ti600合金的高温本构方程

采用热模拟压缩试验研究了Ti600合金在变形温度为800～1100℃、应变速率为0.001～10s-1范围内应力-应变曲线的变化规律。研究结果表明:Ti600高温钛合金热变形的流变应力随温度的升高和应变速率的降低而减小;随着应变的增大,合金的真应力-真应变曲线在经历了明显的加工硬化阶段后达到最大值,然后渐渐出现流变“软化”现象。以经典的双曲正弦形式的模型为基础建立了Ti600合金热变形的本构方程,同时也通过对数据回归处理确定了合金不同温度下的应力指数n、应变激活能Q等数值。

稀土元素Y对Ti600合金组织和性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和力学性能测试设备,研究了稀土Y对Ti600合金显微组织和性能的影响。结果发现,稀土Y可以细化合金的显微组织和晶粒。稀土Y对Ti600合金的室温拉伸强度影响不大,但可改善其塑性。另外稀土Y可以改变合金在热暴露过程中析出相的分布和尺寸,以及合金中的位错组态,对提高合金的热稳定性和蠕变抗力有利。

热氢处理对Ti600合金的组织演变和硬度的影响

研究了热氢处理对Ti600合金组织演变和硬度的影响.结果表明:热氢处理后,在Ti600合金中析出具有四方结构的硅化物粒子S_3(0.357%H)和六方结构的硅化物粒子S_1(0.497%H).在氢的质量分数为0.357%和0.497%的试样中均发现有面心立方(fcc)的氢化物,并且随着氢含量的提高氢化物表现出明显细化的趋势.Ti600合金的硬度随着氢含量的提高而提高,其主要原因是氢化物、硅化物粒子以及晶格缺陷的存在.

Ti600合金置氢处理后热塑性研究

研究了不同含氢量对Ti600合金的热塑性及力学性能的影响规律。分析了变形温度、变形程度和应变速率对流动应力的影响。研究发现,Ti600合金置氢处理后,峰值应力明显降低,对应变速率的敏感程度有所降低,对温度变化的敏感程度降低。当氢含量为0.2%时Ti600合金表现出较低的变形抗力和较好的成形性能。

置氢Ti600合金热变形本构关系

基于热模拟压缩试验数据,通过共线性诊断、变量筛选、回归分析等过程,建立了置氢Ti600合金热变形的本构关系。结果表明:回归计算值与试验值吻合较好,所建立的本构关系能够描述置氢Ti600合金热变形过程中应变、应变速率、变形温度对流变应力的影响规律。

近α型Ti600合金吸氢热力学的研究

根据钛合金吸氢的热力学性质,通过管式氢处理炉,在不同的温度条件下利用连续多步吸氢法进行Ti600合金的吸氢热力学试验,建立不同温度条件下的PCT热力学曲线。研究结果表明:Ti600合金吸氢的平衡氢压随氢含量和温度的增加而增加,在较低温度下,PCT曲线存在一个很短的平台;当吸入Ti600合金中的氢超过其溶解度时,生成氢化物相,氢在氢化物相中的溶解度与其平衡氢压满足Sieverts’定律;根据Van’t Hoff定律,近α型的Ti600合金中αH→氢化物相变的焓变和熵变分别为-55.99 k J/mol和-131.585 J/(K·mol)。

Ti600合金吸氢的动力学特性

采用定容变压法测定不同初始氢分压下Ti600合金的吸氢动力学特性,研究不同氢含量下的微观组织。结果表明,随着氢含量的增加,初生α相和β相的形状、大小、分布及两相的比例均发生变化,Ti600合金的微观组织变得模糊,α相与β相相界模糊。Ti600合金在750℃下置氢时,吸氢过程只表现为第2吸氢阶段。在初始吸氢阶段,其Avrami指数n>1,表现为多级反应;充氢结束后200s时,氢化反应的Avrami指数n接近1,说明氢在合金内的扩散是氢化反应的速率控制步骤。

加工工艺对Ti600合金棒材性能的影响

通过对精锻、自由锻、旋锻及热轧4种加工方式获得的Ti600合金棒材在3种不同的热处理制度下进行处理,再测试室温拉伸性能及蠕变性能,研究不同加工工艺对Ti600合金棒材性能的影响。研究结果表明,在同一种热处理制度下,加工工艺对材料的室温拉伸性能及蠕变性能并无太大影响,但是4种工艺加工的棒材在1060℃,1h,AC+650℃,8h,AC都具有较低的室温塑性,而在1005℃,1h,AC+650℃,8h,AC虽具有好的室温塑性但抗蠕变性能较差。只有经过1020℃,1h,AC+650℃,8h,AC处理,才能使其室温性能与蠕变性能获得良好的匹配。

热暴露温度对Ti600合金表面氧化动力学及组织性能的影响

为提高Ti600合金表面的抗氧化性能,通过试验方法研究了热暴露温度对Ti600合金表面氧化动力学及组织性能的影响。结果表明:Ti600合金基体内形成了均匀分布的小尺寸晶粒,并形成了许多片状结构的α+β共晶相。温度200℃与400℃试样重量增加不明显;温度升至600℃时合金抗氧化能力明显下降。随加热时间的增加,依然可以获得明显增重。在400℃时形成大角度晶界的数量相对于600℃更少,提高温度能够促进回复与再结晶过程的更快进行。以不同温度进行循环处理后合金都包含等轴α晶以及呈现片状分布的α+β共晶结构。当温度升高后,形成了更大的晶粒,晶粒尺寸与分布形态也变得更加均匀。加热温度上升后合金中形成了更多TiO2相,经过600℃热暴露后合金表层生成了TiO2与α-Al2O32种组织。当温度达到200℃与400℃时,在氧化膜中形成金红石(TiO2)结构。随着温度升高至600℃,生成更大尺寸的晶粒,产生了具有立方结构的Al2O3氧化物。

NaAlO2浓度对发动机用Ti600合金微弧氧化层组织及摩擦性的影响

为了提高发动机用Ti600合金的表面的抗氧化性,对其表面进行恒流模式微弧氧化处理,研究NaAlO2浓度对Ti600合金微弧氧化层组织及摩擦性的影响。研究结果表明:在最初的3 min时间内,电压发生了快速上升的现象,之后变的平稳。氧化层形成了许多微孔结构,在表面形成了具有不连续部分特点的氧化物。NaAlO2浓度越高生成的氧化层越均匀。试样表面生成了致密与疏松结构两种氧化膜组织,达到了良好冶金相容的效果。Ti600合金经过微弧处理可以获得良好的减摩效果,得到了具有致密组织结构的较厚微弧氧化膜,达到了更优的耐磨性。当NaAlO2浓度12 g/L时,形成疏松的氧化层,在磨损期间较易被磨损破坏,形成平整的磨痕。

烧结温度对粉末冶金Ti600合金组织与力学性能的影响

采用混合元素粉末法,通过冷等静压成形和真空烧结,制备Ti600合金(名义成分为Ti-6Al-2.8Sn-4Zr-0.5Mo-0.4Si-0.1Y),研究烧结温度对合金显微组织以及密度与力学性能的影响。结果表明,烧结温度为1 100℃时,合金组织为杂乱无章的α层片组织,而在1 200℃下烧结时α层片组织开始规则排列,形成α丛束,当烧结温度达到1 300℃时,α层片组织基本都形成α丛束。在合金组织中Zr元素和Mo元素固溶于β-Ti相,Al元素固溶于α-Ti相,Si元素富集于析出物,Sn、Y元素分布均匀。随烧结温度升高,合金中孔隙和α-Ti相数量逐渐减少,β-Ti相数量逐渐增加,合金的致密度提高,力学性能明显提升,1 300℃温度下烧结的合金致密度为92.8%,硬度(HV)为324.0,抗拉强度和伸长率分别为622.6 MPa和5.0%。

氢含量及工艺参数对Ti600合金激活能的影响

通过热模拟实验研究了含氢量及工艺参数对Ti600合金的激活能及高温性能的影响。结果表明,当w(H)>0.2%且逐渐增加时,由于此时氢元素的固溶强化作用大于其对β相的稳定作用,流变应力回升。在分析变形温度、变形程度、和应变速率对流动应力的影响的基础上,依据Arrhenius方程对实验数据进行回归,得到了Ti600合金在w(H)=0.2%时的激活能,为钛合金置氢工艺的进一步研究提供了理论依据。

加工工艺对Ti600合金板材组织性能的影响

测试了Ti600高温钛合金板材在不同加工及热处理状态下的室温拉伸及高温蠕变性能,分析对比了热机械处理工艺TMP(thermomechanicalprocess)对合金板材组织性能的影响规律与内在机制;另外还研究了Ti600合金板材焊接后热处理工艺对组织性能的影响。结果表明:采用热机械处理工艺(TMP)可获得充分生长的片层状团束组织(colonystructure),这种类型的组织显著提高了合金的高温蠕变抗力;板材焊接后应选择β区固溶热处理,以获得良好的室温与高温性能。

Ti600合金的性能与显微组织的研究

Ｔｉ６００ 合金是一种新型近α高温钛合金，其名义成分为Ｔｉ－６Ａｌ－２．８Ｓｎ－４Ｚｒ－０．５Ｍｏ－０．４Ｓｉ－０．１Ｙ（ｗ ｔ％ ）。测试了该合金在热暴露前后拉伸性能和蠕变性能，并进行了透射电镜和光学显微镜观察。研究结果表明：合金的机械性能优异，与美国Ｔｉ１１００ 性能水平相当；在常规热处理条件下，合金组织是一种典型的针状组织，该组织具有良好的抗蠕变性能。Ｔｉ６００ 合金热暴露后，合金中存在的α２ 相（Ｔｉ３Ａｌ）和Ｓ２ 相（Ｔｉ５Ｓｉ３）使合金的室温塑性降低。讨论稀土氧化物对合金显微组织及性能的影响，表明稀土的加入对改善合金蠕变性能有较大作用。

Ti600合金板材的轧制工艺与电子束焊接性能研究

测试研究了Ti600高温钛合金板材在不同加工及热处理状态下的室温拉伸及高温蠕变性能,分析对比了热机械处理工艺(thermom echan ical process-TMP)与常规加工热处理对合金板材组织形态特征与性能的影响规律与内在机制;另外还对Ti600合金板材的焊接性能进行了研究。结果表明:采用热机械处理工艺(TMP)可获得充分生长的片层状团束组织(colony structure),这种类型的组织显著提高了合金的高温蠕变性能。而且合金经电子束焊接后仍然具有良好的综合性能。

Ti600合金中硅化物与蠕变性能关系的研究

研究了Ti600高温钛合金在固溶处理过程中,不同冷却速率对组织结构的影响及结构与性能之间的关系。重点考察冷却速度对抗蠕变强度的影响,以确定最合适的热处理制度。实验内容包括:观察α片层宽度与晶间α形貌随冷却速度的变化规律;测试不同状态下棒材的高温蠕变性能;分析组织特征与性能之间的相互关系;测定了Ti600合金中硅化物的溶解温度,研究硅化物对合金晶粒尺寸的影响规律。结果表明,在固溶处理过程中,随着冷却速率的增加,α片层宽度减小,硅化物对合金晶粒长大具有明显的抑制作用。当合金在硅化物溶解温度以下进行固溶处理时,其晶粒尺寸的增加比较缓慢,而当固溶温度一旦超过硅化物溶解温度,其晶粒尺寸则迅速增大。研究得出,合金的固溶处理温度处在相变点与硅化物溶解温度之间,合金可获得良好的综合性能。

内燃机用激光增材Ti600合金缺陷表征及其疲劳行为分析

通过准原位疲劳方法测试了选择性激光熔化(SLM)成形态Ti600合金的抗疲劳特性,对合金疲劳损伤机制与裂纹的变化特征进行研究,分析疲劳断口中形成的裂纹尺寸与分布形态。研究结果表明:直径在50μm以内的缺陷频率达到86%,大部分介于12~35μm范围内。缺陷球度频率符合正态分布,缺陷球度低于0.9,基本都介于0.4~0.64范围内。当等效直径逐渐提高后,表现出更大分散性。Ti600合金高周疲劳产生了三个不同的组织区域,包括裂纹源、裂纹扩展与断裂区共三类,疲劳裂都是从试样的表面区域开始萌生,再扩展为半椭圆的外形,形成了平整的断口组织。以SLM成形方法制得的Ti600合金缺陷球度基本都小于0.65,表现出明显的扁平度,同时形成了较大的缺陷与复杂的几何外形。缺陷断口微观结构主要形成了气孔与未熔两种缺陷类型。

氢对Ti600合金切削加工性能影响的试验研究

通过对不同氢含量Ti600合金试件进行车削试验,测量切削力和加工后表面粗糙度并观察切屑形貌,研究了氢对Ti600合金切削加工性的影响。试验结果表明:随氢含量增加,Ti600合金的切削加工性提高,并且有一个最佳氢含量范围;超过该氢含量范围,随氢含量增加,Ti600合金切削加工性变差。

一种Ti600钛合金球形粉及其制备方法和用途

摘要:本发明提供一种Ti600合金球形粉制备方法及其用途。采用不同的混合方式将二氧化钛、氧化铝、氧化锡、二氧化锆、二氧化硅、氧化钼和氧化钇等原料混合,并依次通过第一还原、第一湿法处理和第二还原、第二湿法处理实现各种元素在钛基体中的均匀分布,从而得到球形度高、氧含量低的Ti600合金球形粉。本发明中所述的制备方法所需设备更为简单、工艺过程成本较低且易于实现,具有较高的工业利用价值。