形变热处理对Ti-Nb-Zr合金组织及超弹性行为的影响

Ti-Nb-Zr合金具有低弹性模量、高强度以及优异的生物相容性,在生物医用材料领域备受关注。Ti-Nb-Zr合金的超弹性归因于β↔α″相变。综述了Ti-Nb-Zr合金的弹性模量和超弹性的影响因素及变化规律。通过添加合金元素来调整相变温度和滑移临界应力,应力诱发马氏体相变更易发生,β相塑性变形延迟出现,获得更大的相变应变和恢复应变。总结了Ti-Nb-Zr合金的形变热处理与超弹性效应之间的关系和作用机制。冷轧后短时间热处理可以增加位错滑移的临界应力、避免其他相(ω或α相)的生长,保持β相的稳定性、提高合金的恢复应变和超弹性。

基于d电子理论的Ti-Nb-Cu三元形状记忆合金性能优化

基于d电子理论设计Ti-Nb-Cu形状记忆合金的相组成,以优化其性能。XRD分析和TEM观察表明,Cu添加导致键级(Bo)和金属d轨道能级(Md)值减小,从而使相组成发生演变。随着Cu含量的增加,相组成的变化可以总结如下:β+α"→β+ω→β+α"+ω→β。随着Cu含量的增加,Ti-Nb-Cu形状记忆合金的屈服强度、极限抗拉强度和伸长率均呈先增大后减小的趋势。通过优化Cu合金元素含量,Ti-Nb-Cu形状记忆合金具有优异的力学性能,其屈服强度为528 MPa,极限抗拉强度为742 MPa,这主要归因于固溶强化、晶粒细化以及析出强化的综合作用。

Ti-Nb合金中β/α″相界面的研究

本文用高分辨透射电子显微镜研究了β型Ti-Nb基合金中变形带内部的β/α″相界面,还用马氏体相变拓扑模型(TM)估算了α″相惯习面附近的弹性应力场。结果表明,α″相惯习面附近的弹性应力太小,以至于不会引起应力诱发β→ω相变。此外,{332}<113>_(β)孪晶是在应力诱发的α″相内部产生的,并且孪晶和{110}_(β)/{00-1}_(α")相界面有关。

Ni-Ti-Nb基形状记忆合金的耐蚀性能

利用磁悬浮水冷铜坩埚冶炼四元 Ni- Ti- Nb基形状记忆合金 ,对板材试样模拟其典型的应用介质 -人体组织液和人工海水 ,运用 Montaklo mode测定阳极极化曲线 ,并对该体系合金钝化膜进行耐蚀行为评价。结果表明 :Ni-Ti- Nb基形状记忆合金具有良好的耐蚀性 ;合金化元素 Zr提高其耐蚀性 ,Cr降低其耐蚀性 ,而 V对该行为影响不大。

低Nb含量Ni-Ti-Nb形状记忆合金的组织及相变特征

系统研究了低Nb含量(原子分数为4.5%)的Ni—Ti—Nb形状记忆合金的微观组织形态和相变特征以及预变形对相变滞后的影响.结果表明,Ni/Ti比的微小变化对合金的微观组织产生重要影响,从而影响合金的相变特征.低Nb含量的Ni—Ti—Nb形状记忆合金仍然具有宽滞后效应.研究了在相同温度下分别处于马氏体和奥氏体状态时低Nb合金的变形行为,并结合热弹性马氏体相变动力学作了相关解释.

低碳微合金Ti-Nb可焊钢中的N及其第二相粒子

研究了系列低碳微合金Ti-Nb可焊钢中的N含量对模拟焊接热影响区(HAZ)高温奥氏体晶粒尺寸和冲击韧度的影响及其第二相粒子的作用。对试样进行了大热输入焊接热模拟,测定了高温奥氏体晶粒尺寸和焊后试样中的冲击韧度值,并用透射电子显微镜萃取复型法观察了典型试样中第二相粒子(Ti,Nb)N的形态及分布特征。结果表明,钢中Ti、N含量及第二相粒子的尺寸和数目与高温奥氏体晶粒尺寸及冲击韧度值具有很好的对应关系;钢中的N由于生成了细小弥散分布的第二相粒子(Ti,Nb)N而细化了高温奥氏体晶粒,改善了焊后韧性。低碳微合金Ti-Nb钢中适宜的含氮量有一个范围。

Ti-Nb对高强IF钢板连续退火再结晶的影响

试验研究得出 ,加入过量的Nb( 0 .2 % )导致Ti+Nb处理的高强IF钢板的连续退火再结晶延滞 ,在合适的Ti含量下 ,钢中Nb处于固溶状态时 。

烧结β型Ti-Nb合金中由间隙原子引起的Snoek弛豫

用粉末冶金方法制备了不同Nb含量的Ti-Nb合金.用美国TA仪器公司的动力学分析仪Q800以单臂振动模式研究了不同Nb含量和不同热处理以及不同测量参数下的Ti-Nb合金的内耗行为,用X-射线衍射检测了不同样品的微观结构.实验表明,在水淬的和烧结态的Ti-Nb合金的内耗-温度曲线上均发现了弛豫型的内耗峰,这个内耗峰的高度与Nb含量有关,在低Nb含量的Ti-Nb合金样品中不出现,水淬样品内耗峰的最大值出现在Ti-35.4 wt.%Nb (以下称Ti-35.4Nb)的合金中,烧结态样品的内耗峰高度在实验成分范围内单调地随Nb含量而增加.水淬的Ti-35.4Nb合金的弛豫参数分别是激活能H_(wq)=(1.67±0.1) eV和指数前因子τ_(0wq)=1.1×10^(-17±1) s.另外,内耗峰的高度也与热处理有关,水淬的Ti-35.4Nb合金比具有相同成分的烧结态的合金的内耗峰高得多,淬火温度对内耗峰高度也有影响.研究发现,这个内耗峰与Ti-Nb合金中的β相有关,峰高取决于β相的稳定性及其含量,当β相的稳定性降低以及β相的量增加时,峰高增加.水淬Ti-35.4Nb合金中的β相是亚稳状态的β相(β_M),时效时β_M能转变成稳定的α相和稳定β相(β_S),烧结态合金中的β相是β_S.不同热处理状态下Ti-35.4Nb合金样品的微观结构的不同导致了内耗峰高度的差别.从微观结构分析,在淬火的合金中,峰高最大值出现在35 wt.%Nb含量附近的现象是由β相的稳定性和β_M相的量随Nb含量变化引起的.在烧结态的Ti-Nb合金中,峰高单调地随Nb含量的增加而增加的情况是由β_S的量决定的.在循环应力作用下,β_M或β_S相晶格点阵中氧原子的跳动和氧原子与替代原子的相互作用是产生内耗峰的根源.

Ni-Ti-Nb宽滞后形状记忆合金研究进展及其应用

重点评述了Ni-Ti-Nb宽滞后形状记忆合金自问世以来 ,国内外学者对其显微组织及亚结构、应变恢复特性、应力诱发马氏体相变和形变应力诱发马氏体的稳定性等与其形状记忆效应密切相关的研究成果 ,并在此基础上详细介绍了Ni-Ti-Nb宽滞后形状记忆合金在工程上 。

Ti-Nb微合金钢及焊接热影响区中的第二相粒子

利用萃取复型和焊接热模拟技术 ,对 0 14C 1 34Mn 0 0 17Ti 0 0 2 3Nb微合金钢及模拟焊接粗晶热影响区中第二相粒子的形态、数量及物相进行了研究。结果表明 ,母材中第二相粒子形状不规则 ,Nb的相对含量 (Nb (Nb +Ti) )在 2 5 %～ 82 %之间的粒子平均直径为 14 2nm ,尺寸较大的粒子 (～ 5 0nm)含Ti较高 ,呈方形 ,尺寸较小的粒子中Nb含量较高 ,呈球形。焊接热循环后 ,第二相粒子数量显著减小 ,平均尺寸增大 ,呈方形。 80 0℃至 5 0 0℃冷却时间t8 5从 16s增加至 6 0s时 ,粒子中Nb的相对含量为 2 0 %～ 5 0 % ,粒子平均尺寸由 31 4nm增大至 37 2nm ,粒子数量由 1 95 μm2 减少至 1 2 0 μm2 。但t8 5从 6 0s增至 12 0s时 ,因冷速慢 ,析出温度低 ,粒子平均尺寸减小至 2 6 3nm ,粒子数量增加至 3 5 6 μm2 。

Ti-Nb-Si基超高温合金Si-Cr共渗抗氧化涂层的显微组织

采用在1250、1350和1400℃ Si-Cr包埋共渗10h的方法,在Ti-Nb-Si基超高温合金表面制备了Cr改性硅化物涂层。结果表明:各温度下制备的涂层均具有多层复合结构;随包埋共渗温度的升高,涂层外层和中间层的组成相都发生改变。经1250℃,10hSi-Cr共渗时涂层外层为(Ti,X)5Si3(X代表Nb、Hf和Cr元素),中间层为(Ti,X)5Si4,过渡层(Ti,X)5Si3很薄;当提高共渗温度至1350℃时,涂层外层中Cr含量明显提高,外层除了(Ti,X)5Si3外,还出现含Cr的三元相(Nb1.95Cr1.05)Cr2Si3,中间层由(Ti,X)5Si4和(Ti,X)5Si3两相组成,而过渡层((Ti,X)5Si3)增厚;继续提高共渗温度至1400℃时,涂层外层主要由(Nb1.95Cr1.05)Cr2Si3三元相组成,中间层已全部由(Ti,X)5Si3相组成,在过渡层与基体间还存在不连续的块状(Nb,Ti)3Si相,Si-Cr共渗温度对Cr扩散的影响更为显著。

低弹性模量Ti-Nb-Zr合金的显微组织与力学性能

为了降低医用植入物材料的弹性模量,通过选取不同含量的铌和锆,采用真空非自耗电弧炉熔炼了四种成分的Ti-Nb-Zr合金:Ti30Nb7Zr(T1)、Ti30Nb13Zr(T2)、Ti40Nb7Zr(T3)和Ti40Nb13Zr(T4);对四种合金进行了锻造处理,然后在β相区进行固溶,对其固溶后的力学性能、显微组织进行了研究。结果表明:T1和T2合金是β相+α″相的两相组织,随着锆含量不同,α″相形貌及数量也各不相同;T3和T4合金是单一β相组织;四种合金的弹性模量均低于80 GPa,其中T2合金的弹性模量为58 GPa,与人体骨骼的弹性模量最为接近。

Nb含量及相组成对Ti-Nb二元合金腐蚀性能的影响

对不同Nb含量的Ti—Nb合金（25％～45％Nb）及经过不同热处理的Ti-25Nb合金，用XRD分析其相组成，同时对其在3．5gNaCl溶液中的电化学腐蚀性能进行测试．着重考察Nb含量及相组成对Ti—Nb合金腐蚀性能的影响．结果表明，Ti—Nb合金系表现出较宽的钝化区域和较小的钝化电流密度，因而具有良好的抗腐蚀性能;随着Nb含量的增加，合金的钝化电流密度先减小后增加，其中Ti-35Nb表现出最佳的抗腐蚀性能;相组成对合金的电化学腐蚀有一定的影响．单相马氏体α″组织较两相组织具有更优的抗腐蚀性能．

500MPa汽车用Ti-Nb微合金高强度结构钢的优化和开发

Ti-Nb微合金高强度钢板的生产流程为206 t顶底复吹转炉-LF-RH-230 mm铸坯-连轧成3~7 mm板工艺。将原0.045Nb-0.015Ti微合金化钢优化成0.070Ti-0.015Nb微合金化钢后,其焊接性能和低温冲击性能优良,并具有良好的综合力学性能。使用结果表明,0.070Ti-0.015Nb微合金化钢与0.045Nb-0.015Ti微合金钢相同,满足加工和服役要求,但成本有明显降低。

Ti-Nb-Al体系相结构稳定性的第一原理计算

采用第一原理赝势平面波方法,从合金结合能角度揭示了Ti8Al8→Ti6Nb2Al8→Ti5Nb3Al8相变的能量学因素,从相变热的角度解释了γ1(Ti4Nb3Al9)新相产生的原因,并从电子态密度在费米能级上电子数的多少阐明了Ti8Al8→Ti6Nb2Al8→Ti5Nb3Al8→Ti4Nb3Al9相变的电子机制。从理论上说明了在Ti-Nb-Al体系中,随Nb含量增加,在能量与电子结构层次上产生γ1相的原因。

700 MPa级Ti-Nb-V-Mo复合微合金化高强钢的工业研制

基于CSP工艺,采用Ti基复合微合金技术、控轧控冷及平整工艺,开发了屈服强度700 MPa级别的薄规格高强钢,借助SEM、TEM、EDS和力学性能测试等,分析了不同轧制工艺参数对高强钢性能、组织及析出物的影响。结果表明,该高强钢组织由准多边形铁素体及极少量粒状珠光体构成;薄规格强化及冷却速度控轧的细晶强化、卷取温度控制的析出强化共同决定了钢的组织和力学性能;高温大压下、头部连续冷却有利于薄规格细晶强化,高温(890±20℃)终轧、高温(620±20℃)卷取有利于析出大量尺寸20 nm以下且弥散分布细小的以含Ti为主的(Ti,Nb,Mo)C粒子,析出强化作用明显。与平整前相比,热轧带卷平整后钢屈服强度提高约30 MPa、抗拉强度提高约10 MPa、延伸率降低了7.9%~16.7%。

生物医用β型Ti-Nb-Ta-Zr系合金的研究进展

生物医用β型Ti-Nb-Ta-Zr系合金具有良好的生物相容性、抗蚀性、高的机械强度和疲劳强度、较低的弹性模量和密度及良好的耐磨性,是一种很有发展前途的外科植入用钛合金。重点介绍了该系中的两种重要合金Ti-35Nb-5Ta-7Zr(美国)和Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr(日本)合金的研究现状及进展,并指出了该系合金今后的研究方向。

Nb含量对生物医用Ti-Nb基合金力学性能与断口形貌的影响

分析了铌含量对Ti-XNb基钛合金室温力性与断口形貌的影响.结果表明:随着Nb含量的增加,O含量呈递增趋势,并且O含量的增量呈递减趋势.随着Nb含量的增加,室温拉伸强度逐渐增大;室温塑性逐渐减小.当5%<Nb(w/%)<15%时和20%<Nb<25%时,Nb含量的增加对Ti-XNb基合金具有显著的强化效果;当15%<Nb<20%时,Nb含量的增加对Ti-XNb合金的强化效果不明显.弹性模量值与Nb含量的变化呈反比.当Nb含量为25%时,达最小值,E=71 GPa,接近于人体自然骨模量值.Ti-5Nb合金的室温拉伸断口由大量的韧窝和撕裂岭构成,断裂方式为微孔聚合断裂,为韧性断裂.随着Nb含量的增加,大韧窝和撕裂岭的体积分数明显减小,逐渐转变为小而浅的韧窝,并出现由许多准解理台阶组成的解理面.

表面多孔Ti-Nb-Zr-CPP生物材料的制备及其微观组织的研究

利用机械合金化和等离子烧结工艺制备了Ti-Nb-Zr-CPP(焦磷酸钙)复合材料,并将其进行溶液浸出而获得了表面多孔的生物材料。对烧结体进行了物相及表面区域成分的分析,并对浸出材料进行了形貌、相对密度、硬度、孔洞尺寸及孔洞率的分析。结果表明,采用Ti-35%Nb-7%Zr-10%CPP的成分配比及40%H3PO4+60%H2O的浸出液可制备出与人体骨骼表面相近的多孔生物材料。

Nb含量对铸态Ni-Ti-Nb合金微观组织和马氏体相变的影响

固定Ni含量,设计并制备了不同Nb含量的Ni-Ti-Nb合金,并采用差示扫描量热仪(DSC)、光学显微镜(OM)和扫描电镜(SEM)等方法对试样的热诱发马氏体相变行为和微观组织进行了研究。结果表明,随着Nb含量的增加,微观组织中共晶相的数量增加,热诱发马氏体相变峰由窄变宽直至无明显的热效应,相变温度也向低温方向移动。