冷轧变形量对Ti-3Al-2.5V钛合金管微观结构及拉伸性能的影响

研究了冷轧变形量对Ti-3Al-2.5V钛合金管拉伸性能的影响。用光学显微镜观察不同变形量的钛合金管显微组织,并用拉伸试验机对拉伸性能进行测试。结果表明,随着变形量的增加,钛合金管长条状组织和晶体择优取向越来越明显。冷轧形变量从30%提高到70%,拉伸强度略有提高,但应变显著降低。750℃是钛管的再结晶温度,微观结构将完全恢复到平衡状态,实验测得的再结晶温度与计算值相符。研究结果对高性能Ti-3Al-2.5V钛合金管的发展和生产过程的稳定十分重要。

Ti-6Al-4V ELI钛合金的宽温域(-253~350℃)力学性能研究

钛及钛合金是一种重要的太空金属材料,在航空航天领域发挥重要的作用。研究了Ti-6Al-4V ELI钛合金在室温(20℃)、高温(350℃)以及超低温(-253℃)环境下的拉伸力学性能,比较了Ti-6Al-4V ELI钛合金在不同温度下的力学性能指标,分析了其断口形貌特征。结果表明,Ti-6Al-4V ELI钛合金在超低温下表现出较高的力学性能,抗拉强度可达1900 MPa以上,其断口形貌呈现脆性断裂特点。在室温和高温下,Ti-6Al-4V ELI钛合金表现出良好的塑性和韧性,具有较为明显的韧性断裂特点。因其良好的宽温域力学性能,Ti-6Al-4V ELI钛合金是未来发展航天航空领域必不可少的重要金属材料。

体育器材用Ti-3Al-2.5V钛合金的FSW接头组织与性能研究

采用搅拌摩擦焊方法,进行5 mm厚体育器材用的Ti-3Al-2.5V钛合金对接焊试验,并通过OM,TEM,SEM,维氏硬度计和力学性能测试仪进行了显微组织、表面硬度、拉伸性能和冲击性能的测试与分析。结果表明,接头焊核区由动态再结晶α和薄片状α+β组成;接头最低硬度位于前进侧热影响区处;接头系数达95%,接头冲击吸收功达到母材的112%。

热处理制度对Ti-3Al-2.5V钛合金带材组织及性能的影响

Ti-3Al-2.5V合金是一种近α,α-β型的低合金成分的合金,在管材制品中,它是最适合,用的最广泛的钛合金,本文研究了在20辊可逆式冷轧机生产出的0.254mm成品Ti-3Al-2.5V钛合金带材在硬态及620℃~740℃热处理制度下的显微组织与性能,优选出合适的热处理温度范围为620~660℃。

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。

高强Ti-3Al-2.5V合金管材的组织与性能

采用冷轧方法,通过设计不同的变形率和退火温度,研究了Ti-3Al-2.5V钛合金管材的显微组织和力学性能,探索了该合金的一种高强高韧管材的制备工艺。结果表明,当退火温度低于550℃时,Ti-3Al-2.5V合金管的再结晶程度相当低;当退火温度达700℃时,管材发生完全再结晶。合金管材力学性能的剧烈变化集中在退火温度为550～650℃之间。经工艺优化,当变形率为51.1%且退火制度为550℃×90min,或者变形率为68.5%～80.2%且退火制度为600℃×90min时,Ti-3Al-2.5V合金管材的抗拉强度≥862MPa,屈服强度≥724MPa,伸长率≥12%。

激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的微纳压痕尺寸效应

目的研究不同状态激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的纳米压痕尺寸效应。方法对原始态合金分别进行600、700、800、900℃退火处理,利用扫描电子显微镜观察原始态和4种退火态合金的显微组织。基于纳米压痕技术测量原始态及4种退火态合金的纳米硬度和弹性模量。基于比例试样阻力模型、Nix-Gao模型和Meyer定律对纳米硬度进行函数拟合。结果随着退火温度的升高,原始态组织从魏氏体逐渐演变为网篮组织。5种形态的Ti-6Al-4V合金的硬度和弹性模量均出现随压入深度的增加而减小的现象,表现出典型的压痕尺寸效应,基于试验测得的原始态及4种退火态合金的纳米硬度分别为3.66、4.36、3.96、3.88、4.77 GPa,弹性模量分别为113.1、125.2、102.1、100.3、108.7 GPa;基于比例试样阻力模型计算的纳米硬度分别为3.53、4.34、3.92、3.52、4.04 GPa;基于Nix-Gao模型计算的纳米硬度分别为3.68、3.94、4.07、3.85、4.47 GPa;基于Meyer定律拟合出的迈耶指数分别为1.75、1.86、1.82、1.80、1.81,均小于2,均表现为正压痕尺寸效应。结论激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的硬度及弹性模量均有典型的压痕尺寸效应;3种模型均能较好地描述原始态和退火态合金的压痕尺寸效应,Nix-Gao模型直接建立了纳米硬度和压痕深度的关系,其拟合结果更接近于试验结果,计算的硬度值也最为准确。

Ti-23Al-14Nb-3V合金电子束焊接接头的显微组织及力学性能

本文利用合适的电子束焊工艺参数在Ｔｉ２３Ａｌ１４Ｎｂ３Ｖ合金中得到了基本无缺陷的电子束焊件，焊件熔合区的组织主要为胞状晶，无显著的宏观偏析，热影响区的晶粒长大明显。熔合区和热影响区的硬度显著高于母材，焊缝中心区在整个焊缝部分硬度最低。对焊件接头的拉伸试验表明，熔合区和热影响区的强度较高，变形主要在母材进行，塑性变形特征明显，最高塑性指标达１０．７％，而熔合区为脆性解理断裂，塑性特征很少，解理裂纹起源于晶界或相界。最后，采用同样的焊接工艺实现了对试验零件的焊接。

Ti-2Al-2.5Zr合金在300℃碱性水中氧化的表面分析

利用原位 AES深度分析 ,XRD,和 XPS方法研究了 Ti- 2 Al- 2 .5 Zr合金在 30 0℃碱性水中氧化 130 0 0 h所形成的氧化膜的结构、成分和价态 ,及其随深度的变化。结果表明 ,氧化膜是由板钛型 Ti O2 、Al2 Ti O5(Ti O2 ·Al2 O3) ,Ti3O5,Ti2 O3和 Ti O所组成 ,氧化膜由表面到基体基本是按以上顺序交迭构成。通过 XPS和原位 AES分析发现钛合金表面形成由 Ti O2 ,Al2 Ti O5(Ti O2 ·Al2 O3) ,Ti3O5组成的较为稳定的厚约 80 0 nm的 Ti4 + (Ti O2 )层 ,随深度的增加出现了 Ti3+ (Ti3O5,Ti2 O3)和 Ti2 + (Ti O) ,直至基体 ,氧化膜总厚度约 30 0 0 nm。

选区激光熔化Ti-6Al-4V合金在模拟乏燃料后处理环境中的腐蚀行为

研究选区激光熔化(SLM)制备的Ti-6Al-4V合金在乏燃料后处理环境中的腐蚀行为。借助光学显微镜、X射线衍射、扫描电子显微镜、电子背散射衍射以及电化学测试等手段研究SLMTi-6Al-4V合金的显微组织及耐蚀性。结果表明,相较于铸造合金,SLM Ti-6Al-4V合金在含氧化性离子的6 mol/L热硝酸溶液中的耐腐蚀性更好。进一步分析表明,SLMTi-6Al-4V合金具有α'+β的微观结构,β-Ti相含量较高且分布均匀,同时其晶粒尺寸较小、晶界密度较高,这种微观结构可提高其在含氧化性离子的硝酸中的钝化能力以及耐腐蚀性。SLM Ti-6Al-4V合金有望在乏燃料后处理过程中得到广泛应用。

Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo合金的压缩超塑性

对Ti 2 4Al 14Nb 3V 0 5Mo合金的超塑压缩变形行为进行了研究·结果表明 ,该合金的最佳超塑温度为 980℃ ,最佳应变速率范围为 (2× 10 -4 ～ 2× 10 -3 )s-1· 在超塑变形过程中 ,条状O相和α2 相中发生了动态再结晶和等轴化过程 ;B2相中发生了动态回复·新形成的硬相等轴晶粒可在软的基体中滑动和转动 ,造成的应力集中由B2相中的位错运动松弛·

3D打印Ti-6Al-4V钛合金表面纳米孔洞制备技术

目的通过3D打印技术制得钛合金,并构建出微米级多孔粗糙表面,再通过阳极氧化表面处理技术在微米级多孔粗糙表面构建出纳米级结构。方法首先,通过高压水处理与酸蚀处理相结合的方法,对3D打印钛合金表面进行前处理,去除不良结合的球形粉末颗粒,降低3D打印钛合金表面的粗糙度及各向异性。然后,通过阳极氧化处理,在3D打印钛合金表面制备出具有纳米级孔洞的TiO_(2)类骨膜层。结果3D打印钛合金表面存在较大的各向异性,导致后续的电化学过程中电场放电不均匀,形成的TiO_(2)类骨膜层稳定性差,而阳极氧化的前处理方法可有效解决这些问题。此外,纳米多孔结构抑制了阳极氧化处理中不稳定放电现象的发生,保证了膜层表面颜色的均匀性,且使膜层与钛或钛合金结合牢固,可在3D打印钛合金表面构建纳米级膜层结构。结论该工艺方法制备的3D打印钛合金表面膜层的成膜速率和稳定性较好,膜层呈三维网状结构,大孔内附有小孔。该结构有利于细胞在其表面更好地粘附、分化和增殖,是理想的医用植入材料。

2种3D打印用雾化Ti-6Al-4V合金粉末的对比研究

分别利用水冷铜坩埚真空感应熔炼气雾化(VIGA-CC)和等离子旋转电极(PREP)2种技术制备出球形Ti-6Al-4V合金粉末,利用扫描电子显微镜(SEM)、同步辐射CT扫描-三维重建和脉冲炉-质谱仪联机仪器等分析手段对不同粒径的Ti-6Al-4V合金粉末的孔洞缺陷、氩气含量、硬度进行表征。结果表明,VIGA-CC粉末粒度分布宽,细粉收得率较高,粉末粒度分布在40~180μm之间;PREP粉末粒度分布较窄,主要集中在110~180μm之间。Ti-6Al-4V合金粉末内部的孔隙率、气体含量和孔尺寸随着粉末粒度的增大而增大,且相同粒径范围内VIGA-CC粉末的气孔率多于PREP粉末;随着粉末粒径的减小,粉末截面组织逐渐细化,硬度值逐渐升高,整体上VIGA-CC粉末的硬度值高于PREP粉末。

激光选区熔化生物医用Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为

分析了SLM Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为及相应的微观组织和断口形貌,设置与SLM试样化学成分相同的轧制态Ti-6Al-4V合金进行对比研究.采用X射线衍射(XRD)、结合电子背散射衍射(EBSD)的扫描电子显微镜(SEM)对合金的微观组织进行分析.结果表明,三点弯曲疲劳裂纹起始于准解理断裂表面附近的应力集中,随后向内扩展.SLM成形Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳寿命高于轧制成形Ti-6Al-4V合金,SLM Ti-6Al-4V合金内部孔洞缺陷导致表面附近应力集中,促进疲劳裂纹形核;而SLM Ti-6Al-4V合金中随机取向的α+β晶粒、二次裂纹和孔洞延缓了裂纹扩展,提高了疲劳寿命.对于轧制态Ti-6Al-4V合金,由大量近似取向α晶粒组成的宏观区引起应力集中,形成微裂纹,导致疲劳裂纹形核,而且宏观区对裂纹扩展的阻碍作用较小,不利于材料的疲劳寿命.

Ti_3Al基合金与Ti-6Al-4V合金TLP连接接头的组织转变

采用TiZrNiCu合金作为中间层材料研究了Ti3Al基合金与Ti-6Al-4V合金的瞬间液相(TLP)扩散连接接头成分、组织转变及显微硬度。研究结果表明,连接温度和连接时间对接头成分和组织有较大的影响。随着连接温度的提高和连接时间的延长,接头中元素分布趋于均匀,连接区宽度增大。连接温度为850℃和900℃时,液相的残留使得接头中存在Ti-Cu金属间化合物。当连接温度为950℃,连接时间为30min时,等温凝固的完成使Ti-Cu金属间化合物从接头中消失。随着连接温度的提高和连接时间的延长,接头连接区硬度降低。当连接温度为950℃,连接时间为30min时,接头硬度分布较均匀。

低成本制备Ti-3Al-2V合金精密铸件的可行性研究

用精密铸造方法制备的形状复杂的Ti-3Al-2V合金零部件综合性能良好。为进一步降低Ti-3Al-2V合金精密铸件成本,采用3种不同的原料(1海绵钛、铝钒中间合金、纯铝丝和铝箔,2回收的Ti-3Al-2V合金料,3回收的Ti-6Al-4V合金、纯钛料),分别经真空自耗电弧炉熔炼、真空凝壳炉重熔、离心浇注等工序得到Ti-3Al-2V合金精密铸件,并分析了铸件的化学成分,测试了铸件的室温拉伸性能。结果表明,3种不同原料制备的精密铸件,其化学成分和退火后的室温拉伸性能均能满足客户要求;如果控制好回收料的处理工序,合理地使用回收料,可进一步降低Ti-3Al-2V合金精密铸件的成本,有望在汽车、高铁等许多民用领域替代钢材而得到广泛应用。

加工硬化率法研究Ti-10V-2Al-3Fe合金β区变形动态再结晶的临界条件

采用Thermecmaster-Z型热/力模拟试验机在变形温度为825～1125℃,应变速率为0.001～1 s^(-1)条件下对Ti-10V-2Al-3Fe合金进行热模拟压缩实验,分析了热变形参数对其流变行为的影响,并通过加工硬化率方法研究了该合金的动态再结晶临界条件。结果表明:合金的流变应力随变形温度的降低或应变速率的提高而增大;通过lnθ～ε曲线出现拐点及dlnθ/dε～ε曲线出现最小值判据,确定了该合金的动态再结晶临界应变;动态再结晶临界应变随应变速率的增大及变形温度的降低而增加;Z参数方程能较好地反映合金动态再结晶临界应变与热变形条件间的关系,动态再结晶临界应变与Z参数间的关系可表示为ε_c=2.6735×10^(-2)Z^(0.0817);临界应变与峰值应变之间存在线性关系,即ε_c=0.508ε_p。

选区激光熔化成形Ti-6Al-4V钛合金的研究进展

Ti-6Al-4V钛合金具备良好的生物相容性、较小的密度以及较高的比强度而常用于航空领域和生物医学领域。选区激光熔化技术作为一种增材制造技术能够制备复杂的零件而被大量用于成形钛合金。选区激光熔化成形的钛合金相比于传统工艺有着更加优异的强度,但是塑性较差。如何制备出成型质量好、力学性能优异的钛合金依然是选区激光熔化技术面临的挑战。基于此,本文结合国内外研究现状,综述了选区激光熔化成形钛合金的进展,包括工艺参数和能量密度以及制备过程中所产生的缺陷对合金性能的影响,探讨了缺陷产生的原因;并总结了后处理对成形试样的拉伸性能和疲劳性能的影响;最后对增材制造钛合金的进一步研究方向进行了展望。

三重热处理对径向锻造Ti-6Al-4V钛合金组织和性能的影响

研究了几种三重热处理制度对径向锻造Ti-6Al-4V钛合金棒材组织和性能的影响。结果表明,在接近相变点进行三重热处理时,组织为网篮状组织;第一重热处理形成的网篮组织,经过两相区的二重固溶和三重时效后组织状态变化不大;随着固溶温度的增加,合金的强度逐渐上升,且距相变点越近,增加的幅度越大;伸长率和断面收缩率有下降趋势,在接近相变点时,下降幅度更大。在两相区进行三重热处理时,Ti-6Al-4V钛合金组织是典型的双态组织,包括近等轴α相和β转变组织,β转变组织内部为针状的次生α相和残余β相;当固溶温度在920~950℃时,强度和塑性呈现出良好的匹配关系,在热处理制度为950℃/1 h,AC+950℃/1 h,OQ+560℃/4 h,AC时,材料获得最佳高强度和高塑性匹配关系。

激光重熔对激光粉末床熔合制备Ti-6Al-4V合金热稳定性的影响机制研究

研究了激光重熔(LR)对激光粉末床熔合(LPBF)制备Ti-6Al-4V合金的组织性能和热稳定性的影响。结果表明,LR处理后,LRed-Ti-6Al-4V钛合金样品内α′相热稳定性显著提升,β-Ti相出现的温度点由500℃升至700℃。热处理后,LPBF-Ti-6Al-4V钛合金内晶粒持续生长,700℃以上出现明显的“短棒状”和“粗层片状”特征;而LRed-Ti-6Al-4V样品表层熔化区内晶粒仍维持等轴特征,700℃以上的熔化区和热影响区内呈现较为均匀细小的针状组织。两组样品的表面显微硬度值随温度升高而不断降低,并且分别在700℃和850℃显著下降,β-Ti晶粒的迅速粗化是引起硬度下降的主要原因。