固溶温度对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金棒材组织和性能的影响规律

研究了固溶温度对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金棒材显微组织和力学性能的影响。结果表明,钛合金固溶处理温度在相变点以下,空冷后,显微组织由β相、初生α相以及次生α相组成。随着固溶温度的升高,显微组织中β相晶粒尺寸增大,晶界α相厚度减小,产生有序化现象,而次生α相数量和尺寸减小,使合金的强度降低,塑性升高,但固溶处理温度为800℃时,网状晶界α相使塑性迅速下降;当固溶处理温度在相变点以上,Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金重新形核并长大,随着固溶温度的升高,β相晶粒尺寸增大,初生α相数量减少,强度和塑性都下降,过冷β相晶粒发生应力诱发马氏体现象。

固溶温度对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金组织性能的影响

对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金10/mm棒材在不同固溶时效制度下的拉伸断口形貌与显微组织进行分析,研究了断口形貌及显微组织对力学性能的影响。结果表明:当材料在相变点以下固溶时效时,随着固溶温度的升高,初生α相减少,β晶粒长大,断口纤维区变小,韧窝变大变浅,断裂方式由韧性断裂逐渐变成准解理断裂,强度升高,塑性降低;当材料在相变点以上固溶时效时,β晶粒重新形核长大,初生α相已经消失,断口由棱角清晰的小晶面颗粒组成,断裂方式为典型的沿晶脆性断裂,强度在1500/MPa以上,断后伸长率为2%。

固溶态Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金断口形貌与塑性关系分析

对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al钛合金Φ10mm棒材在不同固溶温度下的拉伸断口形貌进行分析,并研究了断口形貌特征与力学性能之间的关系。结果表明:按照传统的断口分析理论,该材料随着固溶温度升高,塑性下降,实际测试结果却相反,该材料随固溶温度升高,在相变点以下,塑性缓慢升高,在相变点以上,塑性迅速增大;该材料的力学性能受相组成的影响,β相含量越多,棒材的拉伸强度降低,塑性升高;当固溶温度为840℃时,该材料拉伸后的宏观断口平直光滑,微观断口出现尺寸约40μm形状规则的β晶粒,棒材塑性较好。

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%。

热处理对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al合金组织和性能影响

通过扫描电镜(SEM),光学显微镜(OM)和X射线衍射分析(XRD)等对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al(Ti5523)合金棒材分别经固溶和固溶时效处理后得到的微观组织,相含量等进行分析,结合性能数据,分析了微观结构对性能的影响。研究发现,在720℃固溶0.5 h,并在540℃时效6 h后,获得了一种规则的垂直有序排列的亚结构,这种网篮状亚结构起到了组织细化的作用,从而使得断面收缩率非常高。研究还发现,两相区固溶后析出相不仅使得强度提高,对材料的塑性也有贡献。

热处理制度对Ti-5Mo-5V-6Cr-3Al钛合金力学性能的影响研究

研究了铬含量对Ti-5Mo-5V-3Al-Cr系合金相变点和锻造抗力的影响规律,采用不同的固溶温度、冷却方式和时效处理制度对Ti-5Mo-5V-6Cr-3Al合金显微组织和力学性能的影响进行了研究。结果表明:降低Ti-5Mo-5V-3Al-Cr系合金中的铬含量可以提高相变点和降低锻造抗力。Ti-5Mo-5V-6Cr-3Al合金经800℃×30 min水冷固溶处理后的综合力学性能较热锻后优良;经800℃×30 min水冷+580℃×4 h空冷时效处理后,合金棒材具有优良的综合力学性能,可以作为锻造机加工成品的最终热处理强化工艺,可以满足不同用户对合金的使用要求。

熔铸-原位反应喷射沉积成形TiC/Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al复合材料微观组织和力学性能

利用熔铸-原位反应喷射沉积成形技术制备了TiC/Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al复合材料,测试了复合材料的拉伸性能,讨论了提高熔铸-原位反应TiC/Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al复合材料拉伸强度的途径.

Ti-5Mo-5V-1Cr-3Al合金的热压缩变形行为研究

采用恒应变速率热压缩模拟实验,对Ti-5Mo-5V-1Cr-3A1（简称1Cr）钛合金在应变速率0.001～1s-1、变形温度700～900℃条件下进行研究.结果表明：该材料的流变应力对温度与应变速率敏感：当变形温度为700～800℃时,真应力-真应变曲线呈现动态再结晶单曲线特征;当变形温度为800～900℃时,低应变速率（0.001s-1）的真应力-真应变曲线呈现动态再结晶多应力峰值曲线特征,高应变速率（0.01～1s-1）的真应力-真应变曲线呈现动态回复曲线特征.1Cr合金在等温压缩变形时的流变行为可用包含Zener-Holomon参数的Arrhenius本构方程描述,变形激活能为456kJ/mol.金相结果显示,材料在热压缩过程中的动态行为除了与变形速率、变形温度等加工参数相关外,也与相应温度、变形速率下材料的组织及相结构有关.合金在低应变速率0.001s 1下热压缩变形时,在接近相变点或以上（800～900℃）温度范围内仍呈现动态再结晶行为,这与材料在此阶段发生的应变诱发马氏体转变密切相关,马氏体相的析出促使材料在热变形时趋向于发生动态再结晶行为.

时效时间对高压气瓶用Ti-5Mo-5V-6Cr-3Al合金冷轧管显微组织与力学性能的影响

研究了时效时间对高强高韧Ti-5Mo-5V-6Cr-3Al合金冷轧管显微组织与力学性能的影响。结果表明:560℃保温,在1h之内,冷轧管内α析出相尺寸和相含量迅速增大,冷轧管的抗拉强度受α析出相含量和大小以及位错与孪晶等畸变能的影响,先升高后下降,塑性仅受α析出相的含量和大小的影响,迅速升高;1～4h之间,α析出相长大速度变缓,α析出相含量增加速度显著变慢,抗拉强度仅受α析出相含量和大小的影响,先升高后下降,塑性继续升高到峰值;4～24h之间,α析出相含量增加速度非常缓慢,α析出相长大速度更加缓慢,α析出相粗化,抗拉强度下降,塑性下降,发生过时效。

Ti-10V-2Cr-3Al钛合金的高温压缩变形行为及本构关系

在应变速率0.1~0.001 s^(-1)、变形温度730~880℃下对Ti-10V-2Cr-3Al钛合金进行热压缩试验,研究了该合金的热变形行为和显微组织;利用唯象Arrhenius^(-1)方程中指数方程及双曲正弦方程描述流动应力与变形温度、应变速率之间的关系,构建了应变补偿修正的本构方程并进行了验证。结果表明:在试验条件下合金的真应力随着应变速率的增加或变形温度的降低而增大;当应变速率为0.01 s^(-1)时,在α+β相区(730,790℃)压缩后试验合金中出现球状和短棒状α相,软化机制为动态球化和动态再结晶,在β相区(820,880℃)压缩后出现再结晶β晶粒,软化机制为动态再结晶;当应变速率在0.1~0.05 s^(-1)和0.01~0.001 s^(-1)范围时,可分别使用修正后的指数方程和双曲正弦方程来描述试验合金的流变行为,流动应力预测值与试验值的平均相对误差为5.36%,这说明修正后的方程具有良好的预测能力。

Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金热加工性能研究

目的基于应变速率敏感系数、温度敏感系数,研究Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al(Ti-6554)合金的热加工性能。方法通过Gleeble-3500热模拟实验机,在温度为953~1043 K、应变速率为0.001~10 s^(−1)时,对Ti-6Cr-5Mo-5V-4Al合金进行高温压缩实验。建立不同应变下的应变速率敏感系数图、温度敏感系数图,分析不同变形条件下的微观组织。结果随着应变速率的增加,应变速率敏感系数逐渐下降,而低温度敏感系数区域主要集中在低应变速率区域。基于微观组织表征,发现变形过程中存在明显的动态相变和动态再结晶过程。结论确定Ti-6554合金的合理加工条件为953~964 K、0.001 s^(−1)和1037~1043 K、0.001 s^(−1)。

固溶处理对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化的影响研究

目的:探究固溶处理对Ti-5Al-2Cr-2Mo-1Fe钛合金晶粒度细化的影响。方法:选取d10 mm×10 mm的钛合金试样,分别在900、950、980和1000℃下加热并保温1.0h,经过腐蚀后放置在干燥器中24 h,利用光学显微镜进行钛合金晶粒度细化分析。结果:钛合金晶粒度细化的程度会随着固溶处理振动功率的增加而变大,且一直呈上升趋势。结论:通过固溶处理能够为钛合金晶粒度细化提供驱动力,可以通过固溶处理实现钛合金晶粒度细化,提高钛合金的加工质量。

Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr热处理工艺正交试验法优化

采用正交试验法研究固溶温度、冷却方式、时效温度、时效时间四因素对Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr合金强度和塑性的影响。结果表明,冷却方式对合金的强度和塑性影响最大,时效温度次之。当固溶温度为820℃、冷却方式为空冷,时效温度和时效时间分别为580℃和4 h时,Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr合金的抗拉强度为1335 MPa,屈服强度为1320 MPa,延长率为9.5%,断面收缩率为29.0%,该合金具有良好的强塑性匹配。

Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al合金热压缩变形行为

对Ti-5Mo-5V-2C r-3A l钛合金进行等温压缩实验,变形温度范围为923~1123 K,应变速率为0.001~1 s-1。分析表明该材料的流变应力对温度与应变速率敏感：当变形温度为923~1023 K时,流变应力曲线呈现动态再结晶曲线特征;当变形温度为1073 K时,低应变速率（0.001 s-1）的流变应力曲线呈现动态再结晶曲线特征,高应变速率（0.01~1 s-1）的流变应力曲线呈现动态回复曲线特征;当变形温度为1123 K时,流变应力曲线呈现动态回复曲线特征;峰值流变应力随着变形温度的升高而下降,且下降速率随着温度升高而降低;峰值流变应力随着应变速率的升高而升高,升高速率在923~1023 K范围内随着应变速率升高而下降,在1073 K时随着应变速率升高而升高,在1123 K时随着应变速率升高无变化。Ti-5Mo-5V-2C r-3A l钛合金在等温压缩变形时的流变行为可用包含Zener-Holomon参数的Arrhen ius本构方程描述,变形激活能为789 k.Jmol-1。

Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al合金中的冲击相变研究

利用Hopkinson压杆装置,对Ti-5Mo-5V-2Cr-3Al(TB10)合金进行高速冲击试验,采用光学显微镜和透射电镜分析其冲击相变与动态承载能力之间的关系。结果表明,显微组织状态对绝热剪切敏感性影响很大,在相同的应变率条件下,两相区固溶+时效、两相区固溶+双重时效的TB10合金试样中均可观察到明显的绝热剪切带,且沿剪切带出现裂纹,而固溶态试样晶粒的变形是均匀的,没有观察到绝热剪切带,其相对于前两者是绝热剪切不敏感的组织状态;在高应变率下,固溶态的试样发生了应力诱发马氏体相变;β晶粒内的条状析出物是由β相和斜方马氏体相混合构成;由于相变过程吸收了一部分冲击功,使试样未能达到材料本构失稳形成ASB的临界条件,且应力诱发马氏体相具有较高的均匀伸长率及较大的塑性,使试样仍具有较好的动态承载能力。

Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr-1Zr近β钛合金在不同α/β界面取向条件下的针状α亚结构形成与破碎行为

对初始针状α组织的Ti-5A1-5Mo-5V-3Cr-1Zr (Ti-55531)近β钛合金在750～775℃、10-3～10-1 s^(-1)下热压缩,研究针状α的微观破碎行为。结果表明,随着应变量的增加,针状α经历了旋转位移、部分破碎、完全破碎成等轴形貌的演变阶段。在针状α破碎过程中,当相邻α和β之间符合Burgers取向关系时,β基体内位错通过α/β界面滑移传递切入α内,形成高密度位错,并演化成亚晶结构。当不符合Burgers取向关系时,β基体位错容易在一些取向差异较大的α/β界面塞积、出现局部应力集中,导致在对应针状α内形成局部剪切带相关的亚结构。随后,β基体沿亚结构界面契入针状α内,最终导致针状α相分离破碎。提高温度会加剧β基体动态回复,位错密度大幅下降,不利于在针状α内形成亚结构;提高变形速率使得变形时间大幅缩短,针状α内形成高密度位错、进而转变成亚结构等微观过程无法充分进行,因此均会降低针状α的破碎程度。

Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe钛合金的高温流变行为与热加工图研究

通过Gleeble-3500热模拟试验机对温度范围为750～950℃、应变速率范围为0. 01～10 s^(-1)的多组Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe合金试样进行热压缩试验,利用得到的真应力-真应变曲线求解材料参数,建立了基于Arrhenius模型的本构方程,通过将所求本构方程计算出的流变应力与实测应力-应变曲线进行对比,验证了该方程的准确性;进而基于动态材料模型的加工图理论,分别绘制出应变为0. 1,0. 3,0. 5和0. 7时Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe钛合金的热加工图。结果显示:随着应变的增大,流变失稳区向中低温高应变速率区集中;在较小的应变量(0. 1～0. 3)时,安全区主要集中在中温低应变速率区(840～900℃,<0. 4 s^(-1))和高温高应变速率区(910～950℃,> 1 s^(-1));在较大应变量(0. 3～0. 7)时,安全区主要集中在低应变速率区(780～950℃,<0. 3 s^(-1))和高温高应变速率区(910～950℃,> 1 s^(-1))。因此,Ti-5Al-5Mo-5V-1Cr-1Fe钛合金高温变形时的安全热加工区域为:中温(840～900℃)低应变速率(0. 01～0. 3 s^(-1))区。