热处理对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金组织和性能的影响

研究了普通退火、固溶热处理、β热处理、固溶时效、等温退火和双重退火六种热处理工艺对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金棒材组织和性能的影响。结果表明:采用普通退火或等温退火时都可以获得等轴组织,棒材在普通退火后具有较高的强度和较低的冲击韧性,在等温退火后强度最低,而冲击韧性最高;采用固溶处理、固溶时效或双重退火时均可获得双态组织,棒材在固溶处理后具有略低的强度和较高的冲击韧性,固溶时效后具有最高的强度和最低的冲击韧性,双重退火后能够获得最佳的强度和冲击韧性;采用β热处理则获得粗大的魏氏组织,材料的冲击韧性很高,但塑性降低非常严重。

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金片层组织热加工行为

利用Gleeble-1500热模拟试验机对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金片层组织进行热压缩实验,实验温度为850~1050℃,应变速率为0.01~1 s-1,变形量为60%。实验结果表明,热加工温度一定时,流变应力随变形量和应变速率的增加而急剧增加直至达到峰值,然后下降,最后趋于平缓,这是由加工硬化和动态再结晶所致。应变速率恒定时,随着变形温度的上升,流变应力随之降低。绘制应力-应变曲线,计算其热变形激活能Q为748.845 k J·mol-1,构建本构方程,并在动态材料模型的基础上建立了热加工图。并通过加工图确定3个失稳区,变形温度为980~1030℃、应变速率为0.3~1 s-1时合金发生剪切,形成绝热剪切带。结合加工图,确定了适合的加工区域,即加工温度为970~1010℃,应变速率为0.03~0.07 s-1。

退火温度对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金组织及力学性能的影响

研究了退火温度对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金组织和力学性能的影响。结果表明:随着退火温度升高,初生α相含量降低,2°~15°小角度晶界逐渐减少;退火温度较高时,退火过程中发生了α相→β相→α相的相变,<0001>∥横向织构消失。随着退火温度升高,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金屈服强度逐渐降低,抗拉强度、延伸率先升高后降低。退火温度升高后,片层组织比例升高,裂纹扩展功占冲击吸收功的比例增大,材料韧性提升。

基于TiH_(2)原料的粉末冶金Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的组织与性能研究

目的研究烧结工艺对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金组织演变及力学性能的影响。方法以TiH_(2)粉末为原料,采用粉末冶金工艺制备低成本高性能的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金,分析合金在不同烧结条件下组织与性能的变化规律。结果TiH_(2)的脱氢温度区间集中在450~700℃;Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的烧结过程可分为缓慢致密化、快速致密化、全致密化3个阶段。随着烧结温度的升高与保温时间的延长,试样基体中的等轴α-Ti含量减小,而层片状组织结构的体积分数增大;同时,材料的孔隙率降低,孔洞的圆整度提高,而孔隙半径减小。在1250℃下保温烧结4 h后,可制得相对致密度为97.5%的合金试样,其压缩屈服强度σb为1140 MPa,而压缩应变δ为24%。结论相比于保温时间,烧结温度对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的烧结行为有着更加显著的影响,合理选择烧结参数可制得高致密高性能的钛材。

新型Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(Ti80)合金焊接工艺研究

结合新型钛合金Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo化学成分、金相组织和性能,分析了其焊接特点,制定了焊接和焊后热处理试验方案,完成了新型钛合金Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo焊接和热处理工艺试验。对其焊接接头进行的外观检查、射线检测、力学性能试验、金相组织分析的结果表明,新型钛合金Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo具有良好的焊接性能和更好的潜在使用价值。

氧元素对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金热变形组织及性能的影响

通过严格控制合金熔炼过程原料中杂质元素含量并添加TiO_2来熔炼出实验所需不同氧元素含量的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金铸锭。在Gleeble-3800热模拟试验机上对不同氧含量的钛合金铸锭进行热压缩实验,获得不同温度和变形速率下热压缩变形的应力-应变曲线。通过分析热变形应力应变曲线、计算本征常数,获得氧含量(质量分数)为0. 04%、0. 14%的Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金的热变形本构方程。观察金相组织后发现,提高氧元素含量会显著提高合金热变形激活能,抑制合金塑性变形;但适当的氧含量又可以促进合金发生动态再结晶,使得发生动态再结晶所需要的温度降低,发生再结晶的变形速率也有所提高。促进钛合金动态再结晶形核同时,拓宽钛合金热变形过程的加工温度、变形速率的范围;但过量的氧含量也会造成合金热变形过程中流变失稳导致加工区域变小。因此在工业生产过程中需要根据具体的热加工工艺,将合金中杂质元素氧的含量控制在一个合理的范围之内,从而取得更加优异的综合性能。

元素添加方式对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金性能的影响

通过研究元素添加方式对粉末冶金Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(Ti80)合金微观组织和力学性能的影响,探索了提高粉末冶金Ti80合金材料性能的途径和方法。结果表明:要得到相对密度大于97%的粉末冶金烧结坯,Al必须以NbAl、ZrAl、MoAl、MoAlTi等中间合金方式进行添加;Nb、Zr可以单质或中间合金方式添加;Mo需要以MoAl或MoAlTi中间合金方式添加。Ti不能完全以TiH2的方式添加;当Ti以纯Ti粉方式添加时,拉伸断口没有裂纹产生;当Ti以TiH2方式添加时,断口有显著的裂纹产生;H是裂纹产生的主要原因。当元素以合适的方式添加时,Ti80合金烧结件的性能可达到:σb=890～1020MPa,σ0.1=755～875MPa,σ0.2=785～895MPa,δ5=5.5%～9.0%,ψ=11%～20%,与锻态性能相比,强度性能有显著提高,而塑性降低。

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金热变形行为及加工图（英文）

利用Gleeble-3800热模拟试验机,在变形温度为820~1060℃及应变速率为0.001~1 s^(-1)参数范围内对Ti-6Al-3Nb-2Zr^(-1)Mo钛合金进行等温恒应变速率压缩试验。建立了该合金的高温变形本构方程,得到两相区和单相区的表面激活能分别为764.714和126.936k J/mol。基于动态材料模型(DMM)和Prasad失稳准则建立了应变为0.4和0.7时的热加工图。分析加工图发现:Ti-6Al-3Nb-2Zr^(-1)Mo钛合金在840~1060℃,应变速率为0.001~0.1 s^(-1)之间主要发生动态再结晶(DRX)/球化,此区间变形时耗散率峰值51%分别出现在940℃/0.001 s^(-1)和880℃/1 s^(-1),其变形后微观组织演变机制与热加工图匹配较好,当变形发生在820℃,较高应变速率(≥1 s^(-1))下该合金加工时易发生流变失稳现象。

基于BP网络Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金等温压缩流变应力预测

通过对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金820~970℃,0.001~1 s^(-1)条件下的热模拟压缩试验,得到不同变形条件下的高温变形真应力-真应变曲线。基于此实验数据建立了该合金BP-ANN本构预测模型和传统的回归模型。结果表明:2个模型的最大相对误差分别为4.35%和13.9%,平均绝对误差AARE分别为1.42%和6.53%,说明BP-ANN模型具有较优异的预测能力,此模型可作为Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金高温变形本构模型。

激光冲击强化对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金组织与性能的影响

激光冲击强化(Lasershockpeening,LSP)是一种新颖的非弹丸撞击式表面改性技术。利用LSP对片层组织Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(Ti80)钛合金进行表面处理,并研究了LSP对其微观组织、力学性能及耐腐蚀性能的影响。LSP处理后Ti80钛合金发生了严重的塑性变形,表层片层组织中形成了位错缠结、形变孪晶及层错等晶体亚结构缺陷,晶粒发生细化。LSP处理后表层显微硬度提高了21.7%,残余压应力达到最大值(-334 MPa),且显微硬度和残余压应力都随深度的增加呈现梯度变化特征。LSP处理后产生的加工硬化、细晶强化和残余压应力的作用改善了拉伸性能,断口形貌中的韧窝变得大而深且解理面变少。晶粒细化为钝化膜的形成提供更多的形核位置,同时杂质不容易在晶界偏析,延缓晶间腐蚀;高密度位错阻碍电子转移,降低腐蚀电流密度,使Ti80钛合金在5mol/L HCL溶液中的耐腐蚀性能得到明显提高。

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金在低温高应变速率下的变形行为

在变形温度为193~298 K、应变速率为2000~3000 s^(-1)的范围内,对Ti6321钛合金进行动态压缩试验,研究温度和应变速率对材料力学性能和变形行为的影响。采用光学显微镜(OM)、透射电子显微镜(TEM)和电子背散射衍射(EBSD)表征和分析了合金的微观结构演变。结果表明,随着温度的降低和应变速率的增加,Ti6321钛合金的动态屈服强度和平均流动应力均增大,而断裂应变明显降低。采用Johnson-Cook本构方程预测了Ti6321钛合金在低温高应变速率下的力学行为,拟合结果与实验结果吻合较好。微观结构分析表明,随着变形温度的降低,{1121}和{1011}2种孪晶的含量明显增加,即变形机制逐渐由孪晶的辅助作用转变为孪晶占主导地位。

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金双态组织的热加工行为

在Gleeble^(-1)500D热模拟实验机上对Ti-6Al-3Nb-2Zr^(-1)Mo合金双态组织进行热模拟实验,变形温度为850~1050℃,应变速率为0.010~1.000 s^(-1),变形量为60%;根据不同条件下的应力峰值计算得其热变形激活能Q为786.609 kJ·m^(-1),并构建本构方程,最后在动态模型的基础上建立热加工图;利用金相显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)观察其显微组织。实验结果表明,材料在热加工过程中会出现2个失稳区:变形温度为860~920℃、应变速率为0.075~0.330 s^(-1)和变形温度为940~1030℃、应变速率为0.010~0.058 s^(-1);1个加工稳定区:变形温度为920~1000℃、应变速率为0.048~0.280 s^(-1)。变形温度为900℃、应变速率为0.10 s^(-1)时,合金变形容易发生失稳;变形温度为1000℃、应变速率为0.050 s^(-1)时,合金会出现绝热剪切带,从而导致材料在使用过程中失效;变形温度为950℃、应变速率为0.100 s^(-1)时,合金的塑性和强度适中,疲劳强度和韧性提高,具有良好的综合力学性能。

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金室温压缩蠕变行为及位错类型研究

研究Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金在不同外加应力下的室温压缩蠕变行为,拟合了蠕变曲线,计算出蠕变发生第二阶段的临界值,并对不同应力水平压缩后的合金显微组织进行TEM观察,研究其位错滑移类型。结果表明:室温条件下,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金压缩蠕变-时间曲线符合时间强化指数模型,该合金发生蠕变第二阶段的临界值为518 MPa,这为深海装备的安全设计提供了依据。Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金室温压缩蠕变机制主要是位错滑移,其中基面滑移最容易启动,其次是柱面滑移和锥面滑移。结合微观组织分析与蠕变曲线可以判断锥面滑移对蠕变有较大贡献。

低弹性模量医用钛合金梯度复合材料对小鼠成纤维细胞L929增殖的影响

目的:探索低弹性模量医用钛合金梯度复合材料对小鼠成纤维L929细胞形态及增殖率的影响。方法:制备低弹性模量医用Ti-27Nb-6Zr-5Mo合金(钛合金)试件、经氧化处理的钛合金(氧化层)试件、经氧化处理并在表面等离子喷涂钽涂层的钛合金(钽涂层)试件。利用3种试件的浸提液体外培养L929细胞,分为钛合金组、氧化层组和钽涂层组,同时以用含体积分数10%胎牛血清的RPMI 1640培养基培养的细胞作为阴性对照组,以体积分数0.6%苯酚溶液培养的细胞作为阳性对照组。细胞培养第1、3、5天,倒置相差显微镜下观察细胞形态,采用MTT法检测细胞的增殖率。结果:钛合金组、氧化层组和钽涂层组L929细胞形态均正常,生长良好;同一时间点各组间A值比较差异有统计学意义(P<0.05),钽涂层组A值最大;钛合金组、氧化层组、钽涂层组和阴性对照组A值均随着培养时间的延长而增加(P<0.05);低弹性模量医用钛合金梯度复合材料试件毒性分级为0或1级。结论:低弹性模量医用钛合金梯度复合材料可促进L929细胞增殖且无细胞毒性。