固溶温度对Ti-6Al-4V-4Mo合金组织与力学性能的影响

对Ti-6Al-4V-4Mo合金进行不同温度固溶+550℃×6 h时效处理,研究了不同温度固溶处理对Ti-6Al-4V-4Mo合金组织与力学性能的影响。结果表明:在800~860℃,随着固溶温度的升高,时效处理后Ti-6Al-4V-4Mo合金中析出的弥散相逐渐增多,晶粒未明显长大。固溶温度达到890℃时,时效处理合金中的弥散相发生聚集,晶粒有长大趋势。在800~920℃,随着固溶温度的升高,时效处理后Ti-6Al-4V-4Mo合金的抗拉强度、屈服强度逐渐升高,伸长率逐渐降低。860℃固溶+550℃×6 h时效处理Ti-6Al-4V-4Mo合金强塑性匹配最佳,其抗拉强度、屈服强度和伸长率分别为1124 MPa、996 MPa和14.6%。

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。

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.

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。

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。

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。

冷却方式对Ti-6Al-4V合金组织与力学性能的影响

选取Ti-6Al-4V合金棒材作为试验材料,对其进行热处理,随后采用水冷、空冷与炉冷三种方式冷却,研究冷却方式对合金组织与力学性能的影响,结果表明:合金经三种冷却方式处理后,水冷与空冷的微观组织较为接近,而炉冷的组织粗化明显,合金经水冷处理后,组织中析出α'相,经空冷与炉冷处理后,并无α'相析出,合金经水冷处理后,强度最大,其次为空冷、炉冷,而塑性趋势与强度相反。

Ti-6Al-4V钛合金热处理性能的研究进展

从热处理工艺对Ti-6Al-4V(TC4)钛合金的显微组织、力学性能及摩擦磨损性能等的影响这些方面,综述了该合金的热处理研究进展,对热处理过程中合金的性能变化进行了梳理,总结了合金在不同热处理工艺后的组织及性能,以期为热处理在钛合金的相关研究和应用提供参考。

高能喷丸制备具有表面梯度结构的Ti-6Al-4V合金的疲劳裂纹扩展行为

通过高能喷丸(HESP)在Ti-6Al-4V合金表面成功制备梯度结构,并研究其对疲劳裂纹扩展的影响。采用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜和X射线衍射仪对HESP过程中的显微组织和残余应力演变进行表征。结果表明,材料表面形成的梯度纳米结构具有220μm深度的残余压应力层。梯度纳米结构的产生能改善合金的强塑性匹配。最大残余压应力产生于次表层,且随着喷丸时间的增加逐渐增大。HESP处理有效降低裂纹扩展速率,提高疲劳裂纹扩展寿命。残余压应力可降低裂纹尖端的有效应力强度因子范围(ΔK’eff),从而产生裂纹闭合效应并延缓裂纹扩展。同时,晶粒细化引起的晶界增加、有效滑移长度减小和裂纹尖端塑性区的协同作用也会使裂纹扩展阻力增大。

面向高速切削的钛合金Ti-6Al-4V动态本构模型:综述

高速切削是实现钛合金等难加工材料高效、高质量加工的有效技术方法。钛合金高速切削加工过程具有高温、高应变和高应变率的热力强耦合非线性动态特征。为了准确描述高速切削时钛合金动态力学行为,对钛合金动态本构模型的研究进行综述。以钛合金Ti-6Al-4V为研究对象,从唯象模型和物理学模型的角度,分析了Johnson-Cook模型、Zerilli-Armstrong模型、Bammann模型的适用条件及优缺点。经综合比较,选取Johnson-Cook模型开展进一步探究,并且基于温度影响和竞争机制影响对Johnson-Cook修正模型进行分类,Johnson-Cook修正模型的预测精度与经典模型的预测精度相比均有所提高;同时提出可将构建唯象-物理学复合本构模型作为探究钛合金动态本构模型的重点方向,采取实验与计算机同步方法得到本构模型参数的最优解,从而提高动态本构模型的预测精度。

面向Ti-6Al-4V合金的开缝芯棒孔挤压强化次数研究

为了探究挤压强化次数对开缝芯棒性能的影响,实现孔挤压强化工具的可重复使用,分析了开缝芯棒孔挤压强化工艺,开展了开缝芯棒20次孔挤压强化Ti-6Al-4V合金试验,研究了挤压强化次数对开缝芯棒孔挤压强化效果的影响。结果表明,开缝芯棒20次孔挤压强化过程中,挤压力、工作环直径和孔结构孔径波动平缓,未发生显著变化;开缝芯棒的挤压部位存在划痕,工作环直径与孔结构孔径的变化在加工误差范围内;开缝芯棒的划痕对Ti-6Al-4V合金孔结构挤压强化效果影响不大,开缝芯棒孔挤压强化能够实现孔挤压强化工具的重复使用。

选区激光熔化Ti-6Al-4V合金微观组织结构研究进展

选区激光熔化(selective laser melting,SLM)技术是一种金属增材制造技术,具有灵活调控、近净成形和快速制造的特点,近年来普遍用于Ti-6Al-4V合金的生产制造,并在航空航天、生物医疗等领域广泛应用。由于该工艺的特殊性,SLM Ti-6Al-4V合金微观组织结构明显不同于传统Ti-6Al-4V铸锻件,通常呈强度高、塑性低的力学性能特点。分别从合金的物相组成、初生β晶形貌、α′马氏体形貌、α′马氏体与位错的相互作用机制、初生β晶与α′马氏体的晶体学取向特征等方面综述了SLM Ti-6Al-4V合金微观组织结构的研究现状,同时对不同后处理工艺下该合金的微观组织结构演变特征及其力学性能进行了简述,最后对未来的工作方向进行了展望,希望能够为SLM Ti-6Al-4V合金的发展、工艺的优化以及力学性能的提高提供参考。

增材制造Ti-6Al-4V合金晶粒形貌调控研究进展

增材制造(3D打印)为复杂零件快速制造、构件高性能修复和产品个性化定制提供了新的技术途径。针对应用较为广泛的Ti-6Al-4V(TC4)合金,3D打印技术的快速发展为TC4合金构件的设计、优化与制造提供了新的动力。然而,大部分3D打印TC4合金中初生β-Ti晶粒通过外延生长形成了贯穿多个沉积层的粗大柱状晶,导致显著的力学性能各向异性。为此,大量的研究工作致力于3D打印TC4合金微观组织与力学性能调控,以改善力学性能各向异性、优化强度与塑性匹配。本文综述了近几年3D打印TC4合金初生β-Ti晶粒形貌调控及其对力学性能影响的研究成果,重点介绍了提高初生β-Ti晶粒形核率和再结晶机制作用下的柱状晶向等轴晶转变的方法,相应的微观组织与力学性能演变规律,以及柱状晶和等轴晶混合组织的科研价值与应用潜力。本文还指出了现有技术的优势与不足,并展望了基于调控初生β-Ti晶粒形貌优化TC4合金强度与塑性匹配的3D打印技术研究的发展方向。

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和Monel K500合金在海水环境中与316不锈钢对磨时的腐蚀磨损性能(英文)

研究Ti-6Al-4V和Monel K500合金在海水和纯水环境下的腐蚀磨损性能,对偶材料为316不锈钢,实验装置为环-块摩擦磨损试验机。研究结果表明,Ti-6Al-4V和Monel K500合金在海水中的摩擦因数明显小于在纯水中的摩擦因数,在海水中的磨损量明显大于纯水中的磨损量,这主要是由于摩擦作用破坏了金属表面的钝化膜,增加了摩蚀速度。磨损和腐蚀产生交互作用,交互作用量随着腐蚀速度的加快而增加。当和Monel K500配副时,316不锈钢的磨损严重,而和Ti-6Al-4V配副时磨损相对较小。

添加Nd元素对Ti-6Al-4V-2Cr合金组织细化的影响

采用冷等静压–真空烧结法制备Ti-6Al-4V-2Cr-1Nd合金,然后进行固溶及时效热处理,通过实验与最小错配度理论计算,研究Nd元素对该合金组织细化的影响,并分析细化机理。结果表明,添加1%(质量分数)的稀土元素Nd后,析出相Nd2O3能有效促进晶粒细化。二维错配度的计算结果证明析出相Nd2O3是有效的形核剂,可促进非均匀形核,增加形核率,从而使晶粒细化。通过对合金试样薄区进行高分辨率观察,发现另一种絮状的、非常细小的、弥散分布的Nd2Ti4O11相,由于其界面错配度较低,也可作为非均匀形核的核心,促进形核,起到细化晶粒的作用。

减少热输入对TIG自熔焊Ti-6Al-4V合金的影响

采用带有气体保护装置的TIG自熔焊技术以对接接头结构形式焊接厚度为3 mm的Ti-6Al-4V合金板。在适当热输入条件下获得完全熔透的焊接接头后,结合较高焊接电流和扫描速度以减少热输入开展后续实验。对不同热输入条件下获得的焊接接头进行深入的显微组织分析。结果表明,显微硬度、拉伸强度和断裂强度之间存在强相关性。采用较低的热输入可以显著提高焊接接头的力学性能。这是由于在较低热输入条件下,热输入的变化导致初生α相、初生β相和马氏体α相发生改变,从而改善了焊接接头的力学性能。随着热输入从0.406 k J/mm降低到0.232k J/mm,焊接接头的拉伸强度和断裂强度分别从1020和1015 MPa增加到1070和1950MPa。在最小热输入(0.232k J/mm)的情况下,接头的拉伸强度达到基材的98%。实验结果证明在低热输入条件下TIG焊焊接Ti-6Al-4V合金的潜力。

等温压缩过程中Ti-6Al-4V-0.1Ru合金的热变形行为

采用Gleeble-3500热模拟器对Ti-6Al-4V-0.1Ru合金进行等温压缩试验,研究该合金在变形温度为1023-1423K和应变速率为0.01-10s-1条件下的热变形行为。建立应变量为0.1时α+β双相和β单相温度场的Arrhenius-type本构模型;然后,将一系列材料常数(包括激活能Q、材料常数n,α和ln A)作为应变的多项式函数引入Arrhenius-type模型;最后,分别对α+β双相和β单相温度场构建改进的Arrhenius-type模型。结果表明,改进的Arrhenius-type模型有助于计算Zener-Hollomon(Z)参数,通过显微观察并结合Z参数可以揭示显微组织演变机制;此外,该模型也有助于提高Ti-6Al-4V-0.1Ru钛合金变形过程中有限元模拟的精度。

机械用粉末锻造Ti-6Al-4V-1Nb合金的性能研究

采用不同的粉末锻造温度制备了机械用Ti-6Al-4V-1Nb合金,并进行了力学性能和磨损性能的测试与分析。结果表明:随粉末锻造温度从1250℃增加到1370℃,试样的屈服强度先增大后减小,断后伸长率和磨损体积先减小后增大,试样的耐磨损性能先提高后下降。机械用Ti-6Al-4V-1Nb合金的粉末锻造温度优选为1310℃。

Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb合金的热变形行为及组织演变研究

采用Gleeble-3800动态模拟实验机,研究了亚稳β钛合金Ti-4Al-5Mo-6Cr-5V-1Nb在变形温度700~900℃、应变速率0.001~1s^(-1)、变形量10%~50%的热变形行为,分析了该合金在热变形过程中的组织性能演变规律。结果表明:随变形量的增加,合金的流动应力曲线变化不大,主变形区组织畸变程度增大,且变形晶的动态再结晶增加;随变形温度的增加,合金的峰值应力及稳态流变应力呈降低趋势,组织变形趋于均匀分布,动态再结晶程度亦增加,且因应力诱发相变导致组织在稍低于相变点的790℃完全转化为β相;随应变速率增加,合金的峰值应力及稳态流变应力增加,组织变形不均匀程度增加,动态再结晶程度降低。该合金为变形温度、应变速率敏感型材料,其温度敏感性随应变速率的增加而逐渐增强,应变速率敏感性随温度的增加而逐渐减弱。