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。

钛合金Ti-6Al-4V ELI厚板多层多道焊试验与数值模拟

对2块厚度为24 mm的Ti-6Al-4V ELI厚板进行夹角为171.98°的多层TIG焊接试验,基于SYSWELD软件平台,在焊板两端完全刚性固定的装夹条件下数值模拟计算焊接温度场、应力场和焊接引起的变形。计算结果表明,焊接温度场的变化规律符合实际,焊缝区的拉伸残余应力最大,热影响区的压缩残余应力较大。焊接数值模拟得到的残余应力场与试验测量值能较好地吻合,验证了数值模拟模型的准确性。该数值模拟方法可应用到大深度Ti-6Al-4V ELI载人舱强度计算中的焊缝残余应力模拟中。

热处理对Ti-6Al-4V ELI合金厚板组织与性能的影响

研究了热处理对Ti-6Al-4V超低间隙(ELI)合金厚板组织与性能的影响.结果表明,Ti-6Al-4V ELI合金经α+β区热处理后得到双态组织,强度、塑性都较高;经β区热处理后得到片层组织,细片层组织强度较高.片层粗化后,强度降低.当片层尺寸小于某一临界值(～5μm)时,延伸率随着片层的粗化升高,当片层继续粗化时,延伸率反而下降.

Ti-6Al-4V ELI合金板材的显微组织与力学性能研究

研究了Ti-6Al-4V ELI合金板材的显微组织与力学性能。结果表明:双态组织,强度、塑性都比较高;而对于片层组织,随着片层的粗化,强度降低,延伸率先升高后降低,面缩呈下降趋势。片层粗化,抵抗裂纹穿越、迫使裂纹拐弯能力增大,提高了断裂韧性。

大厚度Ti-6Al-4V ELI钛合金电子束焊接头的组织及力学性能

采用不同的焦点偏移量和扫描幅值对55 mm厚Ti-6Al-4V ELI钛合金板进行电子束焊接试验,通过金相分析、室温拉伸及显微硬度测试,研究了焊缝成型及接头的组织、力学性能。结果表明:当采用较小的焦点偏移量焊接时,扫描幅值的增加会显著降低焊缝深宽比,当焦点偏移量过大时,焊缝易出现咬边及明显的钉尖缺陷。焊缝组织为粗大的柱状晶,其内部由十字交叉状排列的针状马氏体α’相构成。当焦点偏移量为-15 mm、扫描幅值为0.2 mm时,接头抗拉强度比母材的高,沿熔深方向抗拉强度无明显差异,力学性能稳定。焊缝处平均硬度为323 HV,比母材高40 HV。

Ti-6AL-4V ELI宽幅板坯锻造工艺研究

为了研制出Ti-6AL-4V ELI钛合金4500 m深潜器用宽幅厚板,宝鸡钛业股份有限公司(简称宝钛股份)采用φ920 mm/7200 kg铸锭,利用80/100 MN快锻机锻造设备的优势,并通过合理的锻造工艺和变形参数,在国内首次成功研制出230 mm×1750 mm×4000 mm的Ti-6AL-4V ELI钛合金宽幅板坯。利用光学显微镜、拉伸试验机和探伤设备分析了板坯的显微组织、力学性能、探伤水平。结果表明,经过充分变形后组织为典型的两相区变形组织,由等轴或长条的α相和β相转变组织组成;板坯抗拉强度大于900 MPa,延伸率大于14%;超声波探伤杂波水平到平底孔Φ2.0-6 d B。板坯各项指标均满足设计要求。

β热处理对Ti-6Al-4V ELI厚板性能影响

由于飞机零部件的独特性能要求,损伤容限特性良好就成为选材的关键。β热处理的Ti-6Al-4V ELI钛合金虽然具备该条件,但β热处理温度对Ti-6Al-4V ELI厚板板材显微组织和力学性能的影响十分显著。通过对热处理温度方面的实验,发现在相变点以上热处理时,板材组织为魏氏体组织,其温度高低对其组织和力学性能的影响较小。但当温度未达到相变点以上温度时,板材组织即成为存在少量的等轴α晶粒的双态组织,无法完全形成魏氏体。所以Ti-6Al-4V ELI厚板材在β热处理时,其热处理的温度对成品组织及性能极为关键。

热处理工艺对Ti-6Al-4V ELI合金厚截面锻件力学性能的影响

针对截面厚度达200mm的损伤容限型Ti-6Al-4VELI合金锻件,开展了β热处理工艺和准β热处理工艺试验,对比分析了热处理工艺对锻件强度、塑性、断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率的影响。研究结果表明,随着第一重退火温度从Tβ+15℃升高到Tβ+30℃、Tβ+60℃,锻件塑性下降明显。经准β工艺热处理后,锻件的β晶粒尺寸较小,塑性明显优于β热处理工艺。强度、断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率对β热处理温度不敏感。为达到良好的强度-塑性-韧性的综合性能匹配,Ti-6Al-4VELI合金厚截面锻件宜采用较低热处理温度(如Tβ+15℃)的β热处理工艺或准β热处理工艺。

初成品组织对Ti-6Al-4V ELI的热加工机制的影响

Ti-6Al-4V(Ti-6-4)合金在量应用于航空航天工业,特别是超低间隙元素级(ELI),含氧量在0.1～0.13wt％。ELI级主要用于要求高断裂韧性的部位,它比工业级合金的断裂韧性高30％。通常。

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-6Al-4V六槽深浅腔动静压轴承刚度数值分析

针对传统材料制造的动静压轴承刚度较差的问题,提出一种基于Ti-6Al-4V材料制造六槽深浅腔交错分布的动静压轴承。利用ANSYS有限元软件建立六槽深浅腔动静压轴承流固耦合模型,研究轴径间隙、转速以及偏心率对QSn4-3轴承和Ti-6Al-4V轴承刚度的影响规律。结果表明:钛合金材料制成的轴承刚度优于传统锡基合金材料制造的轴承,各工况参数中,轴径间隙对轴承刚度的影响最为显著,其次是偏心率。该研究可为钛合金滑动轴承的数值模拟和设计提供参考。

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。

电子束熔丝增材制造Ti-6Al-4V钛合金研究进展

电子束熔丝增材制造技术因其电子束能量密度高、所处真空环境等优势,逐渐成为金属增材制造领域的研究热点之一。回顾了电子束熔丝增材制造技术的发展历程及现状,介绍了一种新型电子束熔丝增材制造技术——同轴送丝电子束熔丝增材制造。结合作者课题组近几年的研究工作,针对Ti-6Al-4V钛合金的成形缺陷、显微组织及力学性能,对传统电子束熔丝增材制造技术和同轴送丝电子束熔丝增材制造技术进行了对比论述,其中同轴送丝电子束熔丝增材制造有望沉积β晶粒更细、更等轴的钛合金构件。最后结合当前研究存在的不足,对电子束熔丝增材制造的发展给出了建议。

基于NaCl溶液的射流电解微铣削加工Ti-6Al-4V试验研究

钛合金在航空航天、生物医疗、精密仪器等领域的微小构件制造中的应用前景广阔。基于电化学阳极溶解原理去除材料的射流电解微铣削加工技术在钛合金微细加工方面具有原理优势。然而,在电化学作用下,钛合金表面极易生成致密的钝化膜,导致材料溶解过程难以持续稳定进行。对此,试验测试了Ti-6Al-4V在不同组分和不同浓度电解液中的极化曲线,发现质量分数10%NaCl溶液对钝化膜的破除能力强,且钝化-溶解过程相对稳定。在此基础上,探究了金属喷嘴内径、加工电压、扫描速度对射流电解微铣削加工微槽深宽比和杂散腐蚀范围的影响规律。最后,采用金属喷嘴内径300μm、加工电压35 V、扫描速度75μm/s的优选工艺参数,在Ti-6Al-4V表面加工出平均槽宽为823.1μm(标准差为10.42μm),平均槽深为157.26μm(标准差为5.89μm),表面粗糙度为2.006μm(标准差为0.088μm)的方形螺旋微结构。

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.

添加La对Ti-6Al-4V-1.5Mn合金组织与性能的影响

采用粉末冶金法制备了Ti-6Al-4V-1.5Mn-xLa(x=1、1.5、2和2.5,mass%)合金,利用光学显微镜(OM)、X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等研究了合金经固溶时效处理后的微观组织和性能。结果表明:添加稀土元素La后,Ti-6Al-4V-1.5Mn合金的组织出现了明显的细化现象,组织中存在弥散分布的稀土氧化物La_(2)O_(3),对基体起到弥散强化的作用。随稀土元素La含量的增加,合金的抗拉强度和伸长率先增加后降低,当La元素含量为2%时,合金的抗拉强度和伸长率最佳,拉伸断口为准解理断裂。

显微组织对Ti-6Al-4VELI合金疲劳裂纹扩展速率的影响

研究了Ti-6Al-4VELI合金板材的显微组织对疲劳裂纹扩展速率的影响。用金相显微镜对不同热处理制度下该合金α和β转变组织的变化进行了观察分析。采用MTS-810低周疲劳试验机测试合金的裂纹扩展速率。通过Origin6.0软件对数据进行处理并绘制裂纹扩展速率(△a/△N)与应力强度因子幅△K的关系曲线。结果表明:在Pairs区范围内,疲劳裂纹扩展速率对双态组织中初生α相含量的多少不敏感,而在近门槛区和快速扩展区,裂纹扩展速率对组织比较敏感;在本实验研究的条件下,细针编织状魏氏组织的da/dN<平直状片层组织的da/dN<双态组织的da/dN。

Electrochemical Hydrogen Charging on Corrosion Behavior of Ti-6Al-4V Alloy in Artificial Seawater

This study employs advanced electrochemical and surface characterization techniques to investigate the impact of electrochemical hydrogen charging on the corrosion behavior and surface film of the Ti-6Al-4V alloy.The findings revealed the formation ofγ-TiH andδ-TiH_(2) hydrides in the alloy after hydrogen charging.Prolonging hydrogen charging resulted in more significant degradation of the alloy microstructure,leading to deteriorated protectiveness of the surface film.This trend was further confirmed by the electrochemical measurements,which showed that the corrosion resistance of the alloy progressively worsened as the hydrogen charging time was increased.Consequently,this work provides valuable insights into the mechanisms underlying the corrosion of Ti-6Al-4V alloy under hydrogen charging conditions.

激光增材制备Ti-6Al-4V/TiC金属陶瓷熔覆层组织与性能强化

Ti-6Al-4V合金因具有良好的强度、塑性、韧性、耐蚀性以及可焊性,在航空航天以及化工装备制造领域具有广泛应用,但其硬度以及耐磨性不高等性能短板,一定程度上限制了其摩擦磨损工况下的服役寿命。本研究基于激光熔覆优化工艺方法,增材制备具有TiC添加相的Ti-6Al-4V合金同质金属陶瓷熔覆层,表征并验证TiC增强相对熔覆层组织以及基本力学性能的强化作用。结果表明:熔覆层主要物相包括α-Ti,β-Ti以及TiC,其中TiC在熔覆层内过饱和析出,且受熔覆层不同位置过冷度差异影响,析出的TiC在熔覆层顶部以细小的颗粒状为主,而在熔覆层中部则主要呈树枝及花瓣状析出,熔覆层底部新增了麦穗状的析出形状,而稀释区则未见明显TiC析出。熔覆层平均显微硬度为530HV0.5,较基体提升了61%;在35 N载荷下,熔覆层平均摩擦因数为0.3583,较基体降低了11%,体积磨损率约为基材的87%,磨损形式为黏着磨损和磨粒磨损。

微量Ti-6Al-4V掺杂对SLM打印纯钛机械性能与显微结构的影响

目的:探究选区激光熔化(selective laser melting,SLM)打印制造的添加微量Ti-6Al-4V粉末的纯钛材料,在两种不同热处理温度(650℃,2 h和700℃,2 h)及不同扫描速度(1000 mm/s和500 mm/s)下的机械性能。方法:制备SLM打印的试样,测试材料的机械性能,观察拉伸试样的断口形貌及显微结构。结果:SLM打印的纯钛试样的极限拉伸强度在1000 mm/s扫描速度时高于500 mm/s扫描速度时的25%;在650℃及700℃不同热处理条件下,650℃,2 h在两种扫描速度下都表现出更加优异的机械性能,但延伸率在700℃,2 h在低扫描速度组更高。结论:添加微量Ti-6Al-4V粉末后打印的纯钛材料相较于Ti-6Al-4V合金更能满足口腔修复体的要求。