Y/Al-5Ti-1B复合变质对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响

在传统铸造Al-Si合金中存在的粗大树枝晶α-Al相以及针状共晶Si严重割裂基体,显著降低合金的力学性能。为细化Al-Si合金的组织,提升其力学性能,本文使用扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)、X射线衍射仪(XRD)以及万能材料试验机,研究了不同添加量Y/Al-5Ti-1B变质剂(Al-5Ti-1B均为2%,稀土Y分别为0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%,质量分数)对Al-7Si合金微观组织和力学性能的影响,并探究了其对Al-7Si合金的变质机理。实验结果表明,当Al-5Ti-1B含量为2%、稀土Y含量为0.4%时,变质效果最佳,共晶Si由粗大针状变为细小颗粒状,长和宽分别减小至2.7和0.8μm,相较于未经变质处理的Al-7Si合金,减小了90.6%和4.7%。合金抗拉强度由原来的168.1 MPa提升至209.1 MPa,增加了24.4%。同时伸长率从6.23%提升至9.62%,增长了54.4%。此外,合金的断裂方式也从脆性断裂转变为韧-脆混合断裂。

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-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。

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。

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。

Ti-5Al-2.5Sn合金冷坩埚感应熔炼过程中Al和Sn元素的挥发研究

利用所建立的模型研究了Ti5Al25Sn合金感应凝壳熔炼(ISM)过程中Al、Sn元素的挥发控制方式,并在此基础上研究了熔体温度和真空室压力对Al、Sn挥发速率的影响。结果表明,实际熔炼条件下Al、Sn的挥发都由界面挥发反应单一控制,真空室压力对挥发速率的影响具有明显的临界值,当压力低于此临界值时,挥发速率几乎没有什么变化,而当压力高于此值时,挥发速率迅速降低。

固溶时效对Ti-5Al-3V-1Mo-1Zr钛合金钻杆组织演变及力学性能的影响

利用激光共聚焦显微镜(CLSM)、电子扫描显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和力学性能测试等手段分析相变点上两阶段固溶时效(TSSA)对Ti-5Al-3V-1Mo-1Zr钛合金钻杆片层组织演变规律及力学性能的影响。结果表明:通过采用相变点上TSSA工艺获得了全片层转变组织,随时效温度的升高,全片层转变组织的晶界α相平均宽度由5.5μm增至9.0μm,集束内的α片层平均宽度由2.75μm增至3.95μm,材料抗拉和屈服强度变化幅度均小于0.15 MPa/℃;与原始挤压态相比,钛合金的冲击功增加74.07%,材料冲击功与α片宽度满足Hall-Petch关系;经(1000℃, 1 h,炉冷(FC))→(600℃, 1 h,空冷(AC))+(550℃, 6 h,AC)热处理后钛合金具有良好的综合性能匹配,其屈服强度为894 MPa,夏比V型缺口冲击功(-20℃)为46 J,伸长率为7.5%。

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。

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。

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。

稀土Y对Ti-23Al-25Nb合金显微组织的影响

采用OM，XRD，XRF，SEM，EPMA，TEM等分析手段研究了稀土Y对Ti-23Al-25Nb合金显微组织的影响。结果表明：两种合金铸态显微组织均为O相；稀土Y明显细化了Ti-23Al-25Nb合金晶粒尺寸，Ti-23Al-25Nb合金的晶粒尺寸在400-600μm之间，Ti-23Al-25Nb-0．36Y合金的晶粒尺寸在40-100μm之间，细化大约6-8倍。通过Ti-23Al-25Nb-0．36Y合金背散射、各元素线分布和TEM分析发现，稀土Y在Ti-23Al-25Nb合金中以Y：03的形式存在于晶内和晶界，根据O相形成机制和晶粒细化理论，分析了稀土Y细化O相晶粒的过程。

放电等离子烧结制备Ti-22Al-25Nb合金及致密化机理

以Ti-22Al-25Nb(摩尔分数,%)预合金粉末为实验初始原料,采用放电等离子烧结工艺(SPS)方法,在温度为950~1200℃,保温时间为10~20min,压力为35~80MPa的条件下制备晶粒小、组织致密的粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金。研究烧结温度、烧结压力和保温时间对预合金粉末致密化过程的影响,分析粉末的烧结致密化机理,揭示烧结温度、烧结压力和保温时间对Ti-22Al-25Nb烧结合金的相对密度、相组成、显微组织以及力学性能的影响规律,明确烧结合金的室温断裂机制。结果表明:经950℃、80MPa、10min烧结的Ti-22Al-25Nb合金相对密度达到99.43%,具有更优异的综合力学性能,其室温伸长率、屈服强度和抗拉强度分别达到9.38%、933.57MPa和990.01MPa。

Ti-5Al-2.5Sn合金粉末热等静压压坯的致密化行为及性能

粉末冶金近净成形工艺能够制备性能要求高、结构复杂的钛合金构件。将洁净Ti-5Al-2.5Sn预合金粉末封装在低碳钢材料制造的包套中,采用热等静压进行了粉体的致密化,研究了粉末在热等静压过程中的致密化行为。由于包套对热等静压压力的屏蔽效应,致密化过程后观察到了粉末/包套体的不均匀变形;通过有限元仿真也预测到包套对包套对热等静压压力的屏蔽效应引起的粉末/包套体的不均匀变形。对比了不同致密化成都的粉末合金的力学性能。采用粉末冶金近净成形技术制备了形状复杂的钛合金构件。研究发现,金属包套及内部金属型芯模具的设计非常重要,因为在零件的不同部位粉末/包套体在致密化进程中的收缩比例不尽相同。

Ti-25Al-15Nb-1Mo合金的高温变形行为研究

利用Gleeble-3800型热模拟试验机对经过真空熔炼的Ti-25Al-15Nb-1Mo合金进行了等温压缩实验,研究了在1100~1200℃及0.1~0.5 s^-1应变速率下的高温流变曲线、微观组织演变以及不同区域的硬度变化趋势。结果表明:合金在高温变形过程中,真应力-应变曲线呈现出单峰特征,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;热变形使组织由粗大O板条和原始的B2相混合组织演变为单一B2再结晶组织。造成该合金流变软化和组织演变的主要原因是B2组织发生了动态再结晶。再结晶区的硬度值最小可至350 HV,与动态再结晶有关。

Ti-22Al-25Nb合金板条组织不同热处理状态的拉伸性能研究

研究了Ti-22Al-25Nb合金在B2相区锻造后锻态、固溶态和固溶时效态的室温拉伸性能。结果表明:固溶态组织的屈服强度最高,抗拉强度最低,塑性最好。经过固溶时效后抗拉强度明显提高,屈服强度和塑性显著下降。锻态组织的强度和塑性与固溶时效态组织接近。断口分析表明,锻态和固溶时效态断口以准解理断裂为主,固溶态组织呈现出类似韧窝断裂的塑性断裂特征。固溶态试样的屈服强度最高的原因是B2相中Al元素相对含量比锻态和固溶时效态的高。

粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金的放电等离子烧结工艺数值模拟与实验研究

选用Ti-22Al-25Nb预合金粉末为实验初始原料,采用放电等离子烧结工艺(SPS)制备组织致密的粉末冶金Ti-22Al-25Nb合金。采用MSC.Marc有限元软件对SPS过程中粉末的致密化过程进行了数值模拟,分析了烧结温度、保温时间和烧结压力对粉末致密化过程的影响,揭示了粉末相对密度随烧结温度、保温时间和烧结压力的变化规律。根据模拟结果,在950~1 200℃温度区间、50 MPa烧结压力和10~20 min保温时间的条件下,完成系列SPS烧结实验,制备获得Ti-22Al-25Nb合金。系统分析了50 MPa/10 min烧结条件下温度对Ti-22Al-25Nb合金的相对密度、显微组织和力学性能的影响,揭示了烧结合金的断裂机制。实验结果表明烧结合金在950℃/50 MPa/10 min条件下具有最优的综合力学性能,延伸率和屈服强度分别达到8.14%和691.04 MPa。

SCR技术制备Al-5Ti-0.25C合金的组织演化

利用SCR成形技术,使液固反应法获得的Al 5Ti 0.25C合金在强剪切应力场中凝固成形,制备了高细化活性的Al Ti C晶粒细化剂,对纯Al细化时其晶粒尺寸小于80μm。研究了SCR成形合金的微观结构及其形成机制。结果表明:SCR成形过程中合金熔体受到强烈剪切与热扰动作用,影响了自由晶TiC的迁移行为及TiAl3的溶解析出,从而改变了Al 5Ti 0.25C合金的组织形态;TiC粒子呈弥散分布以及与TiAl3形成二重粒子均能显著提高TiC粒子的形核能力。