Ti-5523钛合金热变形流变行为的研究

采用恒应变速率高温压缩模拟实验,对Ti-5523钛合金在应变速率为0.001～5.0s-1,变形温度为600～900℃条件下的流变应力行为进行了研究,计算了变形激活能及相应的应力指数,建立了合金的应力-应变关系方程。结果表明:在恒温条件下,合金的流变应力随应变速率的增大而增大;在恒应变速率条件下,合金的流变应力随温度的升高而降低;变形激活能和应力指数分别为Q=317.81kJ·mol-1和n=4·43;可用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数描述Ti-5523钛合金高温塑性变形时的流变行为。

固溶参数对Ti-5523钛合金力学性能和微观组织的影响

通过对新型的β型Ti-5523钛合金进行固溶处理,研究了固溶处理参数对其组织和力学性能的影响。研究结果表明:合金在双相区固溶空冷后的综合性能较水冷后的更为优异,空冷后的合金会析出更多不同形态和尺寸的初生α相,形态和尺寸强化作用更明显。合金在单相区固溶30 min、1 h后,两者β晶粒尺寸相差不大,固溶1 h后合金的性能更为优异。合金在双相区固溶后存在的第二相优化了合金的性能。与双相区固溶的合金相比,在单相区固溶的合金强度较低,但断后伸长率和断面收缩率高。经760℃/1 h/AC双相区固溶的合金的冲击韧性远优于840℃/1 h/AC单相区固溶的合金,两者的冲击韧性分别为50.25 J/cm^2和22 J/cm^2。

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。

Ti-62222钛合金热变形行为及变形组织研究

以Ti-62222钛合金为研究对象,对该合金热压缩过程中的变形行为及显微组织演变规律进行了研究。结果表明,Ti-62222钛合金的真应力-真应变曲线总体呈应变软化型,曲线在应变较小时出现峰值。流动应力随着应变值的升高而下降,随应变速率的增大及变形温度的减小而增大。而对其热变形组织的研究发现,随着温度的升高,合金中α相含量减小,β相含量增加,同时α相球化率升高。在大变形量的情况下,α相含量与变形量呈负相关,即变形量越大,α相含量越少;α相球化率随着变形量增大而显著提高。当应变速率处于较高水平时,α相含量随应变速率升高而降低;应变速率对片层α相球化有抑制作用,球化率随应变速率增大而减小。

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。

制备Ti-6Al-4V钛合金表面微纳米结构的工艺优化

采用机械打磨、酸洗和电化学法在Ti-6Al-4V钛合金上制备微纳米孔洞结构,提高钛合金表面粗糙度和孔隙率,以增强钛合金与塑料的界面粘接强度。分析极化曲线确定最佳电解液成分;通过正交实验获得电解液中的硫酸浓度、盐酸浓度、磷酸浓度、电解时间和电解温度的最优工艺参数和粗糙度、孔隙率。结果表明,当硫酸浓度为10%、盐酸浓度为5%、磷酸浓度为0 M、氯化钠浓度为0.04 g/mL、电解时间为20 min、电解温度为50℃时,得到最佳粗糙度为5.32μm,孔隙率为45.18%。该数据也是目前所查找的文献研究中已知最好的结果。

Ti-6321钛合金钨极惰性气体保护焊接头的微观组织与力学性能

采用钨极惰性气体保护(tungsten inert gas,TIG)焊获得了质量良好的大厚度Ti-6321钛合金焊接接头,对比热处理前后焊接接头熔融区、热影响区和母材区的微观组织变化,测试焊接接头的冲击性能、断裂韧度及拉伸性能,并与母材进行对比。结果表明:焊接接头熔融区退火前的组织由粗大β柱状晶组成,晶内为充分生长的针状马氏体α′相,热影响区为β基体和初生α相组成的等轴组织,β基体中析出针状马氏体α΄相;退火后,熔融区和热影响区β晶粒内部的马氏体α΄相完全转变为次生α相。Ti-6321钛合金焊接接头的冲击韧性,断裂韧度,抗拉强度及伸长率分别为80.3 J/cm^(2),113.00 MPa·m^(1/2),873 MPa和9%,为母材的104.7%,84.1%,100%和67.7%,相比母材断口,接头冲击断口具有更为粗糙的阶梯形貌表面以及微观尺寸更小的等轴韧窝,而韧性断口表面整体更加平坦,且疲劳裂纹扩展区更窄。

冷变形及时效对Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si钛合金组织和性能的影响

通过金相显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和电子拉伸试验机等研究了冷变形和时效处理对Ti-15Mo-3Al-2.7Nb-0.2Si钛合金组织和性能的影响。结果表明:合金冷变形过程中没有发生相的转变。随着冷变形量的增加,合金的晶格逐渐向<011>方向旋转。合金冷变形后时效会析出均匀分布的细小针状α相,α相与β基体具有非常良好的共格关系,这有助于合金性能的提升。冷变形时效合金以时效析出强化为主,形变强化为辅。冷变形会促进时效析出,冷变形量越大,时效析出强化效果也越明显。60%冷变形时效处理的合金最大抗拉强度达到了1786 MPa。

Ti-6Al-4V钛合金环保型阳极氧化及封闭处理研究

选用Ti-6Al-4V钛合金作为基体在环保型电解液中制备阳极氧化膜,然后分别浸没在沸水、氟锆酸铵溶液、乙酸钙溶液中对阳极氧化膜进行封闭处理。采用扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪表征和分析未封闭及封闭处理后阳极氧化膜的微观形貌、化学成分与物相结构,并配制酸性氯化钠溶液作为腐蚀介质,研究未封闭及封闭处理后阳极氧化膜的耐腐蚀性能。结果表明:与未封闭阳极氧化膜相比,在沸水、氟锆酸铵溶液、乙酸钙溶液中封闭处理后阳极氧化膜中微孔数量减少,化学成分发生变化,耐腐蚀性能进一步提高,但封闭处理未影响阳极氧化膜的物相结构。在乙酸钙溶液中封闭过程中发生化学反应,生成水合二氧化钛、氢氧化钛、氢氧化钙和钛酸钙等多种产物,达到协同封闭效果,赋予封闭处理后阳极氧化膜良好的表面致密性,其耐腐蚀性能好于在沸水、氟锆酸铵溶液中封闭处理后阳极氧化膜,对钛合金的防护作用更强。

基于机器学习的Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金热加工图预测

为了研究Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe低成本钛合金的热变形行为,运用Instron 5869压缩实验机进行热压缩实验。构建了以变形温度、应变速率、应变为输入变量和流变应力为输出变量的6种机器学习模型,预测不同条件下该合金的流变应力值并评估检验模型的预测性能。根据预测表现最好的LSTM神经网络模型的预测数据绘制预测加工图,对照实验加工图评估检验其预测能力。结果表明:预测加工图能够较为准确地反映出Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金在应变为0.499时的可加工区域,与实验加工图的吻合程度较高,该方法能较好地预测Ti-5Al-1.5Mo-1.8Fe合金的热变形行为。

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。

固溶时效处理对Ti-0.3Mo-0.8Ni钛合金微观组织与力学性能的影响

对Ti-0.3Mo-0.8Ni钛合金进行固溶时效处理,采用光学显微镜、室温拉伸测试以及扫描电子显微镜,研究Ti-0.3Mo-0.8Ni钛合金经不同固溶时效温度处理后的微观组织与力学性能。结果表明:随固溶温度的升高,合金组织中初生α相含量不断减少直至消失,同时有大量次生α相析出,合金组织类型由双态组织逐渐转变为细片层组织。合金塑性随固溶温度升高而逐渐降低,而强度变化趋势与塑性相反。固溶温度为两相区时,合金的拉伸断口形貌主要由大量韧窝构成,且有少量的二次裂纹及孔洞;当固溶温度为单相区时,合金的拉伸断口形貌主要由结晶状形貌构成,出现解理台阶及撕裂棱,并有少量细小的韧窝在断口表面分布。

Ti-40阻燃钛合金中的第二相

研究了 Ti- 40 (Ti- 2 5 V- 15 Cr- 0 .2 Si)阻燃钛合金中的第二相及其对合金性能的影响。研究结果表明 :固溶温度升高 ,Ti40合金中析出第二相的趋势增大 ;低于 85 0℃固溶 ,合金中没有第二相析出 ,高于 85 0℃固溶 ,合金中析出棒状α相和少量 Ti5Si3相 ;910℃固溶 +6 0 0℃时效 ,合金存在的第二相有α和 Ti5Si3相 ;86 0℃固溶 +6 0 0℃时效 ,合金仅存在 Ti5Si3相 ,固溶时效态存在的第二相对合金的性能没有明显影响 ;5 40℃ ,10 0 h热暴露 ,合金中存在粗大的各种形态的α相和 Ti5Si3析出物 。

钇对Ti-1100高温钛合金热稳定性和蠕变行为的影响

量了Ｔｉ１１００和Ｔｉ１１００／０１％Ｙ（质量分数）高温钛合金在６００℃／１００ｈ空气中暴露后的拉伸性能及在６００℃／１５０ＭＰａ／１００ｈ条件下的蠕变性能，利用透射电镜观察了合金室温及蠕变后的组织。结果表明，Ｔｉ１１００合金加入０１％的Ｙ后，由于原始β晶粒得到细化，明显改善了其热稳定性；固溶在基体中的硅原子阻碍位错滑移和攀移，使蠕变中的回复过程难于实现；稀土还抑制α２相的长大，所形成的氧化物也阻碍位错的运动。这些均有利于提高Ｔｉ１１００合金的抗蠕变性能。

固溶处理对Ti-600高温钛合金蠕变性能的影响

研究了固溶处理温度和随后的冷却方式对Ti-600高温合金蠕变性能的影响。结果表明,为了获得最佳的抗蠕变性能,宜采用相变点以上的温度进行固溶及随后空冷的处理制度,合金在600℃、150MPa条件下进行蠕变变形,主要受晶界滑动和晶内位错的滑移和攀移所控制。

Ti-55钛合金超塑性板材的显微组织与力学性能

将二次真空自耗熔炼的Ti-55钛合金铸锭轧制成1.2mm厚的薄板,研究Ti-55钛合金超塑性板材的显微组织与力学性能。结果表明,显微组织均匀,晶粒极细的Ti-55钛合金超塑性板材,具有良好的室温拉伸性能和超塑性能。超塑性拉伸试验表明,在一定的变形温度范围(880～920℃)与变形速率(1.4×10^(-3)s^(-1))下,Ti-55钛合金板材超塑性伸长率可达到700%以上。

Ti-18高温高强钛合金研制

介绍了高温高强钛合金Ti 18(Ti 6Al 4Mo 4Zr 2Sn 1W 0 .2Si)的试制过程 ,对该合金的性能与组织关系进行了讨论。结果表明 ,Ti- 18合金在常温和高温下均具有优异力学性能 :Φ35 0mm饼材 4 0 0℃ / 10 0h持久强度在80 0MPa以上 ,4 0 0℃ / 10 0h/ 380MPa下的残余应变为 0 .0 4 8% ,4 5 0℃时的断裂强度大于 10 0 0MPa ,延伸率δ5在12 %左右。同时该合金具有良好的热稳定性。研究显示 ,Ti 18合金组织类型的差异对高温性能影响不大 ,该合金半成品可采用等轴组织的变形工艺。双重退火可充分发挥Ti 18合金的热强性潜力 ,是合理的热处理制度。

氢对Ti-60钛合金显微组织和高温力学性能的影响

随着氢浓度增加,Ti-60合金中的初生α相的体积分数、(α+β)→β相变点及高温屈服强度均连续降低,高温拉伸时合金的最低屈服点出现在相应氢浓度下的(α+β)→β相变点处,进一步增加氢含量反而使合金的屈服强度升高,其原因是氢强化了β相。Ti-60合金中氢浓度ω(H)与(α+β)→β相变点满足方程：t(α+β)→β(℃)=815+210exp(-3ω(H)),900℃拉伸时,0．3％的氢使合金的屈服强度降幅达70％。

氮气油雾介质下Ti-6Al-4V钛合金高速铣削试验研究

通过以氮气油雾作为切削介质的切削方法,应用硬质合金刀具对T i-6A l-4V钛合金材料进行了高速铣削试验,分析了铣削过程中的切屑形成、刀具磨损、已加工表面粗糙度等因素的变化。对氮气油雾介质下的钛合金高速铣削机理进行了探讨,同时通过氮气油雾介质、空气油雾介质以及干切削状况下的钛合金高速铣削对比试验,证明了以氮气油雾为切削介质进行钛合金高速铣削的可行性。研究结果表明,与空气油雾介质及干切削相比,氮气油雾介质下的钛合金切屑表面较为平整,刀具磨损与已加工表面粗糙度均相对较低。利用氮气油雾作为切削介质,是实现钛合金绿色高速切削加工的有效方法。