高温退火对铸轧Ti/Al复合板界面组织与性能的影响

采用SEM、EBSD、XRD、微观硬度、室温拉伸实验、T型剥离实验等手段研究高温退火对铸轧Ti/Al复合板界面微观组织与力学性能的影响。结果表明:高温退火(550℃)过程中,Ti基体的微观组织几乎不发生变化,Al基体在退火1 h时全部发生再结晶并开始长大;退火过程中,界面处的扩散层逐渐变厚,并在15 min时生成第二相TiAl_(3),在1 h时第二相TiAl_(3)连接成片,Ti/Al复合板界面的结合强度迅速下降。退火30 min时,铸轧Ti/Al复合板界面的结合强度达到最大值,约为23.6 N/mm;退火1 h时,铸轧Ti/Al复合板的抗拉强度和伸长率达到峰值,分别为236 MPa和27.6%,均高于铸轧态。

退火工艺对Ti/Al复合板组织和性能的影响

针对以纯钛板和工业纯铝为原料铸造复合得到的Ti/Al复合板,采用不同保温时间的退火工艺制度研究了退火时间对Ti/Al复合板的组织和性能的影响。结果表明:随着退火时间延长,在复合界面处的扩散层宽度增大。在退火过程中,Ti-Al系金属间化合物的形成和生长是导致Ti/Al复合界面显微硬度增加、结合强度下降的主要原因。在浇铸温度为700℃、退火温度为550℃、保温2 h退火后,Ti/Al复合板结合强度有较大提升,为最佳退火工艺。

粉末套管法Ti/Al/Ti复合板的界面结合性能

采用粉末套管法,通过“热轧+中间退火+进一步冷轧”工艺制备Ti/Al/Ti复合板。利用扫描电镜、电子探针、能谱仪、XRD分析以及万能实验机,研究不同制备参数下Ti/Al/Ti复合带材的界面形貌、元素分布、物相种类和界面结合强度。结果表明,单一脆性金属间化合物TiAl_(3)的产生会阻碍Ti/Al元素的扩散,扩散层厚度发生减薄。500℃退火,扩散层主要是由扩散形成的冶金结合层,局部区域有少量的金属间化合物TiAl_(3)生成,界面结合强度受冶金结合强度与机械结合强度的动态变化影响,随着压下率升高,结合强度先降低后升高再降低;550℃退火,界面反应增强,TiAl_(3)相逐渐增多,扩散层强度增加,冶金结合强度提高,由14.3 N/mm(500℃)增加至35.1 N/mm(550℃),随着压下率的增大,化合物层破碎程度增加,界面结合强度逐渐降低。

电磁场对水平双辊铸轧Ti/Al/Cu复合板界面结合强度的影响

利用水平双辊铸轧技术制备Ti/Al/Cu复合板,通过在铸轧过程中施加脉冲电场和电磁振荡场,研究不同外场对铸轧复合板界面结合强度的影响。结果表明:电磁场对铸轧过程的稳定性没有影响。施加脉冲电场和电磁振荡场后,Ti/Al界面和Cu/Al界面的扩散层厚度增加,界面结合强度显著提高。施加电磁振荡场后,在铸轧区的液穴内产生交变的电磁体积力。在电磁体积力的作用下,铝熔体内部产生震荡效应并对金属带表面进行冲刷,使金属带表面新形成的晶核脱离。此外,震荡效应使得金属带与铝熔体接触处的温度梯度降低,凝固速度减慢从而延长固-液接触时间。这些作用使得熔体在金属带表面铺展湿润更加充分,促进了原子间的互扩散,从而产生了更多的冶金结合区域并增大了冶金结合的强度。

Ti/Al层状复合板组织和力学性能研究

采用真空热压扩散+轧制复合工艺在不同工艺参数下制备Ti/Al层状复合材料。通过SEM观察、XRD分析以及力学性能试验,研究了Ti/Al复合板的组织和力学性能。结果表明:在500、550℃两种不同热压扩散温度工艺参数下,反应的初生相为Al_3Ti,但是反应层的厚度不同。500℃时,Al_3Ti层的厚度约为1.9μm。550℃时,Al_3Ti厚度约为2.6μm,各层界面处结合状态良好,层间结合紧密。复合板经轧制复合之后具有较高的抗拉强度。钛层的断裂方式为典型的韧性断裂,断裂表面存在大量韧窝;铝层属于解理断裂,铝层断裂表面出现解理面和解理台阶。

冷轧及退火工艺对钛-铝复合板界面结合性能的影响

采用冷轧复合工艺制备了TA1纯钛/4047铝合金复合板。采用拉伸试验测定了Ti/Al冷轧剪切强度以及力学性能,并研究了不同退火温度对界面金属间化合物生长规律的影响。利用扫描电镜测定了界面金属间化合物的厚度。研究结果表明：Ti/Al冷轧临界压下率为40%,压下率大于46.8%时,界面剪切强度要大于55 MPa。在较低的温度退火时,界面形成TiAl和TiAl_2,随着温度的升高,这两种金属化合物逐渐消失,形成了TiAl_3。

波-平轧制钛/铝复合板界面组织特性及性能研究

建立Ti/Al复合板波-平轧与平轧有限元模拟并进行试验,分析不同轧制方式对复合板微观组织及力学性能的影响。结果表明,复合板压下率为40%时翘曲程度较压下率35%更小,波-平轧复合板的等效应力及应变均大于平轧复合板,其结合界面未发现孔洞与裂缝,波峰处界面扩散层厚度为1.8μm,波谷处为2.4μm,而平轧复合板的界面扩散层厚度为1.6μm,并且波-平轧复合板Al板的再结晶程度高于平轧,其抗拉强度、抗弯性能、硬度也高于平轧复合板,但由于加工硬化作用延伸率较低。

热扩散法制备Ti/Al/304L不锈钢复合板的微观组织

用热扩散手段,以Al做中间夹层,在550~650℃温度范围内,2 MPa压力下,真空中保温2 h制造了Ti/Al/304L不锈钢复合板。采用扫描电镜（SEM）研究横截面微观结构,使用能谱线扫描分析截面元素分布,使用X射线衍射（XRD）分析断面相组成。结果表明：热扩散制造Ti/Al/304L不锈钢复合板的工艺温度最好在550℃附近,此时Al中间夹层既起到了阻止Fe元素向Ti基体中扩散形成脆性Fe-Ti金属间化合物,又使Al元素和Fe元素形成了稳定的扩散层。

钛/铝层合板双面电子束焊接接头界面行为及力学性能

钛/铝层状复合板兼具了钛合金高强耐腐蚀和铝合金轻质、价格低廉的多重优势,在航空航天、汽车制造、水下装备等领域具有广泛的潜在应用前景。为探究Ti/Al层状复合构件的连接行为,采用真空电子束焊(EBW)对Ti/Al层状复合板进行焊接,对焊接接头的微观组织、界面行为及力学性能进行了研究。研究结果表明:相比于单面焊,先Al后Ti双面焊可以有效提高Ti/Al层状复合板焊接接头的力学性能,焊接接头界面处无明显缺陷,在焊接接头Ti/Al界面处存在明显的金属间化合物(IMCs)层,化合物的形成顺序分别为TiAl_(3)、TiAl、TiAl_(2)。其中,TiAl_(2)是TiAl作为中间物经过一系列反应的产物。在保持Al层电子束流为43 mA不变条件下,随着Ti层焊接电子束流的增大,焊接接头的抗拉强度和延伸率均呈现先增大后减小的趋势,抗拉强度和延伸率最高可达304.6 MPa和10.4%,达到了母材强度的57%,焊接接头的断裂机制主要为在IMCs位置产生的脆性断裂。