Ti-45Al-8.5Nb-W-Mo-Y合金的组织转变

研究了Ti-45Al-8.5Nb-W-Mo-Y合金的相结构.该合金铸态组织大部分由α2+γ片层域团组成,同时含有少量的B2+ω相.经过1200℃,2h处理后,B2相全部转变成ω相.合金经过70%～80%热变形后,组织由等轴γ晶粒,残余高温B2+ω相,少量的变形片层域团α2+γ片层组成.变形组织再经过1280℃,2h的热处理,其中高温相大幅度减少,同时α2板条增加.挤压态组织由弯曲的片层及少量的等轴γ晶粒组成.循环热处理技术细化组织.

Ti-48Al-2Cr-2Nb钝化膜的电化学性能及形成机理

探究Ti-48Al-2Cr-2Nb合金钝化膜的耐腐蚀性和形成机理对提高电解加工过程中的抗杂散腐蚀具有重要意义。通过极化曲线确定了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的钝化电位,采用X射线光电子能谱确定了钝化膜的成分与结构,并运用电化学阻抗谱和Mott-Schottky理论分析了钝化膜的电化学性能。结果表明,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在NaNO_(3)电解液中钝化电位区间为0.079~1.896V,钝化膜主要成分为Al_(2)O_(3)、TiO_(2)及少量的Nb_(2)O_(5),呈双层多孔结构,具有良好的耐腐蚀性。钝化膜具有n型半导体特性,载流子密度随钝化电位的增加而降低。最后,构建了钝化膜形成示意图,揭示了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金钝化膜的形成机理与成相膜理论相符,以半球体模型延展并形成独立的相。

Ti-22Al-25Nb合金盘件B2/β锻工艺优化

采用有限元模拟分析了Ti-22Al-25Nb合金复杂截面盘件的B2/β锻成形过程,发现简单饼坯作为预制坯成形工艺不合理,模锻后盘件应变不均匀显著:鼔筒与辐板连接位置应变过大,而鼔筒端部应变过小,可能造成组织不均匀。通过模拟对预制坯进行了优化,模锻工艺优化后整个锻件的应变均匀性得到显著改善。采用优化后的工艺进行Ti-22Al-25Nb合金盘件锻造试验,所得的盘锻件组织为板条组织,且不同位置组织均匀性较好。

Ti-45Al-10Nb合金的高温氧化行为

研究了Ti-45Al-10Nb(原子分数,％)合金在800～960℃在氧气和空气中的氧化行为。结果表明,该合金具有较好的高温抗氧化性能,其氧化增重速率与铁基耐热不锈钢相似或略优。与Ti-50Al合金相反,Ti-45Al-10Nb合金在空气中的氧化增重速率明显低于在纯氧中的氧化增重速率。X射线衍射与能谱分析表明,Ti-45Al-10Nb合金在氧气中的氧化产物主要有TiO_2和Al_2O_3,但在空气中的氧化产物中有TiN相。这是降低氧化速率的主要原因,同时,合金元素Nb稳定了氧化层中的TiN相,因而提高了合金在空气中的抗氧化性能。

时效温度对Ti-22Al-25Nb合金棒材力学性能的影响

时效温度是影响Ti-22Al-25Nb合金力学性能的重要因素。采用单因素变量法研究了时效温度对Ti-22Al-25Nb合金棒材拉伸性能的影响。结果表明,在800~850℃温度范围内时效,800℃时效的Ti-22Al-25Nb合金棒材,强度高,塑性低,850℃时效的Ti-22Al-25Nb合金棒材的强度低,塑性高。820℃时效的棒材的强度和塑性获得最佳匹配,综合考虑合金棒材的强度与塑性,试验范围内的最佳时效温度为820℃。

变形量对Ti-22Al-25Nb合金环形锻件组织与拉伸性能的影响

以Ti-22Al-25Nb合金环形锻件为研究对象,观察了不同变形量的环形锻件微观组织,研究了变形量对锻件室温拉伸性能、室温缺口敏感性和高温拉伸性能的影响,分析了断口特征。结果表明:随着变形量的增加,压扁B2晶粒的长短轴之比显著增加,一次初生板条O相含量明显增加,晶界析出相更加断续。变形量的增加同时提高合金的强度和伸长率。当变形量为50%时,环件试样达到了最佳的强度和塑性匹配。因B2晶粒尺寸减小的晶界强化作用和晶界析出相的不连续是合金的强度和塑性升高的主要原因。室温拉伸断口特征以解理刻面为主。随变形量增加,室温拉伸断口上二次裂纹增加,塑性断裂特征增加。

磁场对双相Ti-48Al-2Cr-2Nb合金电解加工表面微观形貌的影响

为揭示电解加工表面成形规律,建立电-磁-热-流多场耦合微观材料模型,从电流密度分布、粗糙度、微观形貌等几个方面,动态跟踪阳极微观表面成形过程,揭示Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在不同磁场条件下,电解加工微观表面的动态演变规律及影响机制,并通过实验验证仿真结果。仿真结果表明:电解加工微观表面成形是一个表面膜生成与溶解的复杂竞争过程,在加工过程中,微观表面反复经历粗化与抛光阶段。无磁场作用时,表面粗糙度为0.121μm,多重分形谱的谱面积为0.0030;有磁场作用时,表面粗糙度为0.118μm,谱面积为0.0023。实验结果证实:无磁场时,表面粗糙度为1.16μm,多重分形谱的谱宽为0.87,谱面积为1.468;有磁场时,表面粗糙度为0.93μm,谱宽为0.84,谱面积为1.388。仿真结果与实验结果吻合,磁场降低了加工表面粗糙度,使表面微观形貌变简单、均匀,同时提高了加工稳定性。

钨对铸态Ti-45Al-8Cr-2Nb合金的高温性能影响

采用高温拉伸测试及显微组织观察,研究了微量钨对铸态Ti-45Al-8Cr-2Nb(原子百分比)合金的高温性能影响。结果表明,在基体合金中添加2%W,能使铸态合金的最大伸长率降低,而最大伸长率相应的温度向高温方向移动;高温变形过程中,晶粒滑动的协调过程由晶界扩散转化为体扩散;含钨的合金在800℃时的伸长率从0.62%提高到90%。

热处理工艺对电子束选区熔化Ti-48Al-2Cr-2Nb合金组织性能的影响

对电子束选区熔化Ti-48Al-2Cr-2Nb合金热处理后的组织演变和力学性能进行研究。结果表明:随着热处理温度的提高,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的细小双态组织和等轴γ条带组织逐渐发生粗化,并且向层片组织转变。当热处理工艺为1290℃/4 h、1315℃/1.5 h和1335℃/0.5 h时,合金的主要组织分别为双态组织、近层片组织和全层片组织。其中,等轴γ条带的平均宽度由沉积态的28.5μm分别增大至115.5、291.4、332.5μm。组织粗化使得纵向试样的平均抗拉强度由沉积态的698 MPa分别下降至541、461、390 MPa,延伸率无明显变化。此外,所有热处理工艺下横向试样的力学性能均优于纵向试样,这是由于粗化的等轴γ条带与基体中双态组织的界面结合强度较弱。随着热处理温度的升高,横向试样与纵向试样抗拉强度的差值逐渐增大,在1335℃/0.5 h时达到最大值102 MPa。

Ti-22Al-25Nb合金热处理后不同相含量的比较及其对合金显微硬度的影响

通过对Ti-22Al-25Nb合金设计不同的热处理工艺路线,分别得到β/B2相和O相的两相合金及β/B2相、α_(2)相和O相的三相合金;借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和维氏显微硬度计,研究合金在不同热处理工艺下的组织演变、物相、相含量及显微硬度。结果表明:随着热处理温度的降低,由β/B2相和O相两相组成的Ti-22Al-25Nb合金中,O相和β/B2相的晶粒尺寸都逐渐增大;O相的体积分数逐渐增加,而β/B2相的体积分数逐渐减少;合金的显微硬度逐渐增加。随着热处理温度的降低,由β/B2相、α_(2)相和O相三相组成的Ti-22Al-25Nb合金中,α_(2)相和O相的晶粒尺寸都逐渐增大,而β/B2相的晶粒尺寸逐渐减小;α_(2)相和O相的体积分数逐渐增加,而β/B2相的体积分数逐渐减少;合金的显微硬度逐渐增加。这一研究结果为进一步获得综合性能优异的Ti-22Al-25Nb合金提供了数据参考。

紧固件用Ti-45Nb合金丝材的性能评价

研究不同规格的Ti-45Nb合金丝材的显微组织和力学性能。结果表明:随着Ti-45Nb合金丝材尺寸的增大,其抗拉强度不断降低,但屈服强度和剪切强度不断增加,而显微组织以及拉伸塑性的变化幅度不是很明显;经热暴露后的Ti-45Nb合金丝材,拉伸强度明显增加,但拉伸塑性的下降也比较明显;不同规格的Ti-45Nb合金丝材经过冷顶锻测试后的样品表面均没有宏观裂纹萌生,表明材料具有良好的冷成形性能。

Ti-22Al-27Nb合金平衡相结构预测

在Ti Al Nb三元系热力学数据库基础上 ,运用相图计算技术预测了Ti2 AlNb基合金Ti 2 2Al 2 7Nb的相比例和相组成等平衡相结构信息 ,并揭示了该合金相结构的演化过程 ,与实验结果吻合较好。随着温度的变化 ,该合金中存在的平衡相也随之变化 :在 10 5 0℃以上全部转变为B2相 ,在 10 0 0～ 15 0 0℃之间α2 +B2两相共存 ,在 843～ 10 0 0℃之间为α2 +B2 +O1三相共存 ,在 75 0～ 843℃之间为α2 +B2 +O2三相共存 ,在 72 7～ 75 0℃之间为O2 +B2两相共存 ,在 72 7℃以下全部转变为O2相。

Ti-22Al-25Nb与TC11异种钛合金的线性摩擦焊接

通过Ti-22Al-25Nb(Ti2AlNb基合金)与TC11((α+β)钛合金)的线性摩擦焊接,研究焊接工艺参数对接头外貌及界面结合率的影响,观察接头附近显微组织,并测试了其显微硬度。结果表明,随着焊接工艺参数,如摩擦时间、摩擦频率和摩擦压力的提高,接头的结合率显著提高;在焊接和随后的冷却过程中,TC11合金侧的热影响区域发生了α→β→α′相变,形成的大量针状马氏体α′相使焊缝区的显微硬度值显著增大;Ti-22Al-25Nb合金侧的热影响区域主要发生了(O,α2)→B2/β相变,随着O相和α2相的减少,该区域金属的显微硬度值显著降低。在合适的工艺条件下,线性摩擦焊接Ti-22Al-25Nb合金与TC11合金能够形成质量完好的焊接接头。

Ti-22Al-25Nb合金热变形行为研究

在温度940～1000℃、应变速率10-2～50s-1、最大变形程度50%条件下利用Gleeble-1500型热模拟试验机对Ti-22Al-25Nb合金的高温流动应力变化规律进行了研究,分析了热变形参数对流动应力的影响规律,并利用Zener-Hollomon参数建立了该合金的本构关系。试验结果表明,应变速率的降低或温度的升高都会使合金的流动应力降低;变形过程中产生的流动软化现象与温升效应和组织变化有关;高应变速率(≥10s-1)条件下发生的应力不连续屈服现象与晶界突然增殖大量可动位错有关,与固溶原子的钉扎无关。

Ni-Al涂层对Ti-22Al-26Nb合金抗氧化性能的影响

采用爆炸喷涂技术在Ti-22Al-26Nb(原子分数, ％)基体上制备了Ni-68.5Al(原子分数, ％)合金涂层,涂层在 退火后与基体结合良好.XRD分析表明,退火后涂层主要由β-NiAl以及少量Al3Ti和Al3Nb组成.研究了Ni-Al涂层 对Ti-22Al-26Nb合金在800℃静态空气中氧化性能的影响. Ti-22Al-26Nb合金氧化后主要生成了疏桧多孔的TiO2, 其抗高温氧化性能很差.施加Ni-Al涂层后,高温下生成了一层致密的Al2O3,氧化动力学曲线满足抛物线规律,抗氯化性能 显著提高.

应用人工神经网络建立Ti-22Al-25Nb合金高温本构关系模型

本构方程是描述材料变形的基本信息和有限元模拟中不可缺少的数学模型,反映了流动应力与应变、应变速率以及温度之间的相互关系。文章运用Gleeble-1500热模拟机对Ti-22Al-25Nb钛合金试样进行等温压缩变形试验,以试验所得数据(变形温度940℃～1030℃,应变速率0.001s-1～1s-1)为基础,采用BP神经网络的方法建立了该合金的高温本构关系,并与传统回归拟合的方法计算出的结果进行了对比。结果表明,BP神经网络本构关系模型的预测精度明显优于传统公式的计算结果,而且模型还可以很好地描述该合金在高温变形时,各热力学参数之间的复杂非线性关系,为该合金本构关系方程模型的建立,提供了一种便捷有效的方法。

钇对Ti-23Al-25Nb合金热处理组织及性能的影响

采用DTA分析Ti-23Al-25Nb合金和Ti-23Al-25Nb-0.36Y合金的相变特征,并根据DTA曲线特征制定热处理工艺,用SEM,XRD分析热处理后合金试样的显微组织及相组成,用TEM分析原始组织中钇的存在形式,用Instron-5569万能材料试验机进行室温压缩试验。结果表明,钇在原始组织中以Y2O3形式存在;钇没有改变Ti-23Al-25Nb合金的相变温度;加入钇后,在1320℃淬火,B2相晶粒比较粗大,随着淬火温度的降低,O相增加,并且O相板条变细而杂乱,有利于提高合金的塑性和抗蠕变性能;加入钇后,合金强度提高,原因是第二相粒子Y2O3弥散强化的结果。

Ti-24Al-17Nb合金的激光焊接

研究了Ti- 2 4Al - 17Nb合金的激光焊接及其接头的力学性能。研究结果表明 ,连续激光氦气双面保护可以获得保护效果可靠、无缺陷、成型良好的焊接接头。焊接热输入增大不利于接头的纵向弯曲塑性 ,而接头的横向拉伸强度与母材基本相同 ,塑性可以接近母材的塑性 ,达到 14 %～ 17%。

β锻造Ti-22Al-25Nb合金的组织转变与拉伸性能

采用SEM等方法观察经β相区温度锻造的Ti-22Al-25Nb合金在β相转变点以下不同热处理过程中的微观组织转变,测试所得组织状态下的合金拉伸性能。对该合金的微观组织转变规律以及与拉伸性能的关系和机理进行分析。结果表明,在固溶处理过程中,组织中原有的α2相颗粒和O相板条因溶解而减少,B2相基体含量相应增大;固溶处理温度升高可加剧各相含量的变化趋势,并在这一过程中伴随着B2相的再结晶且α2相和O相的存在对B2相的再结晶有限制作用;在时效过程中,O相以细小二次板条形式从B2相基体中析出,或在残留的α2相颗粒周边以块状形式生成。该合金经不同固溶+时效处理后均具有良好的室温及高温拉伸性能;且因固溶温度升高造成细小O相二次板条含量增多而使合金呈强度升高、塑性下降的趋势,其中以1000℃固溶+800℃时效处理的状态具有强度和塑性的最佳匹配。

评价Ti-6Al-7Nb合金的细胞相容性及其组织相容性

目的:评价Ti-6Al-7Nb合金的细胞相容性和组织相容性。方法:实验于2006-05/10在解放军第四军医大学口腔生物学实验室完成。实验分组:①细胞毒性试验:按照GB/T16886.5-2003《医疗器械生物学评价》体外细胞毒性的试验方法进行。分为5组:Ti-6Al-7Nb合金组、Ti-6Al-4V合金组、纯钛组、纯铅组、空白对照组。将对数生长期的L-929细胞用胰蛋白酶消化后制备成浓度为1×107L-1的细胞悬液,接种于培养板,待细胞贴壁生长后弃去原培养液。磷酸盐缓冲液冲洗后分别加入4种金属材料的浸提液和空白对照组的DMEM培养液。培养1,3,5,7d在倒置相差显微镜下观察细胞形态。每孔加入MTT后继续培养,抽出浸提液,磷酸盐缓冲液冲洗后加入二甲基亚砜,在490nm波长下用酶联免疫检测仪上测定吸光度值(A值),计算细胞相对增殖率,相对增殖率=(实验组A值/空白对照组A值)×100%。相对增殖率为≥100%,80%￣99%,50%￣79%,30%￣49%,0￣29%时细胞毒性分别为0,1,2,3,4级。②急性溶血性试验:抽取新西兰兔血10mL,制成新鲜抗凝稀释兔血。将Ti-6Al-7Nb合金、Ti-6Al-4V合金各5g浸泡入10mL生理盐水的试管。阳性对照组及阴性对照组分别为10mL的蒸馏水及生理盐水。每个试管中加0.2mL稀释兔血,离心后取上清液,用分光光度计在波长为545nm波长下测吸光度值,计算溶血率,溶血率=(Dt-Dnc)/(Dpc-Dnc)×100%。Dt,Dnc,Dpc分别代表Ti-6Al-7Nb合金组或Ti-6Al-4V合金组、阴性对照组、阳性对照组的A值。③短期皮下埋植试验:在10只新西兰大白兔皮下至肌肉间制备皮囊植入材料。囊底至切口>10mm,两皮囊间相隔>10mm,使植入材料相互之间不接触。每只兔植入4种金属材料各1个。于术后1,4,12周麻醉后处死动物各3只,取材料周围组织行苏木精-伊红染色,观察炎性细胞数量及种类,使用电子测量尺Version1.0测量纤维包膜厚度。参照GB/T16175-1996中的评价标准确定组织反应程度,其反应程度主要通过试验区组织中炎性细胞数量及种类变化,纤维包膜形成与否及厚度变化评价。结果:①细胞毒性评价:3种钛金属材料浸泡7d时L-929细胞形态正常,生长近汇合,排列密集规则;纯铅组可见大量细胞死亡。浸泡7d时Ti-6Al-7Nb、Ti-6Al-4V、纯钛、纯铅相对增殖率分别为100%,97%,101%,9%。经过评价,Ti-6Al-7Nb合金和纯钛的细胞毒性为0级,Ti-6Al-4V合金为1级,纯铅为4级。②细胞相容性评价:Ti-6Al-7Nb合金组、Ti-6Al-4V合金组溶血率分别0.95%,1.08%,低于国家标准规定的5%界限,无明显的急性溶血性。③组织相容性评价:肉眼可见材料被纤维包膜包裹,3组钛金属周围包膜透明且较薄,纯铅组包膜较厚呈半透明乳白色。术后12周时3种钛金属材料周围炎性细胞密度较低,包膜致密且进一步变薄。纯铅组炎性细胞数量及包膜厚度均较3种钛金属为高,组织反应较重。Ti-6Al-7Nb合金和纯钛炎性细胞/组织反应程度均为Ⅰ级,Ti-6Al-4V合金分别为Ⅰ、Ⅱ级,纯铅分别为Ⅱ、Ⅲ级。结论:Ti-6Al-7Nb合金具有良好的细胞相容性和组织相容性,是一种理想的生物医用钛合金。