超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的强化行为及模型

基于XRD、OM、SEM和TEM分析,研究超高强Ti-15Mo-2.7Nb-3Al-0.2Si钛合金的组织演变及强化行为。结果表明,位错强化和析出强化效应对该合金的屈服强度影响较大。冷轧+再结晶+冷轧+双时效组合工艺可获得1518 MPa的最高屈服强度,这主要归因于显微组织中的高密度残存位错及密集而细小的次生α相。建立复合强化模型,其预测误差在16.6%以内。此外,研究发现次生α相体积分数的增加可以不断强化晶内区域,这使得沿晶断裂开始出现并逐渐占据整个断裂面。

Ti-48Al-2Cr-2Nb钝化膜的电化学性能及形成机理

探究Ti-48Al-2Cr-2Nb合金钝化膜的耐腐蚀性和形成机理对提高电解加工过程中的抗杂散腐蚀具有重要意义。通过极化曲线确定了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金的钝化电位,采用X射线光电子能谱确定了钝化膜的成分与结构,并运用电化学阻抗谱和Mott-Schottky理论分析了钝化膜的电化学性能。结果表明,Ti-48Al-2Cr-2Nb合金在NaNO_(3)电解液中钝化电位区间为0.079~1.896V,钝化膜主要成分为Al_(2)O_(3)、TiO_(2)及少量的Nb_(2)O_(5),呈双层多孔结构,具有良好的耐腐蚀性。钝化膜具有n型半导体特性,载流子密度随钝化电位的增加而降低。最后,构建了钝化膜形成示意图,揭示了Ti-48Al-2Cr-2Nb合金钝化膜的形成机理与成相膜理论相符,以半球体模型延展并形成独立的相。

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。

氧含量变化对Ti-38Nb-4Zr-xO合金显微组织及力学性能的影响

采用高真空非自耗电弧熔炼炉对Ti-38Nb-4Zr-xO(x=0,0.3,0.6(质量分数))3种合金进行熔炼,并将他们分别在900、500℃下进行固溶时效1 h处理,运用金相显微镜(optical microscopy,OM)、X射线衍射仪(X-ray diffractometer,XRD)、扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)、透射电子显微镜(transmission elec‐tron microscope,TEM)、纳米压痕仪(nanoindenter)、静态热机械分析仪(thermo-mechanical analyzer,TMA)和万能试验机(universal testing machine,UTM)对Ti-38Nb-4Zr-xO合金进行表征,探究氧(O)含量变化对固溶时效合金组织及性能的影响。结果表明:固溶处理后Ti-38Nb-4Zr-xO合金均未检测到淬火马氏体α"相存在,他们均呈现出单一β相组织,其晶粒尺寸大小随着O含量增加而减小;经时效处理后,Ti-38Nb-4Zr-xO合金析出ω相和α相,同时O会延缓(或抑制)上述两相的分解;添加O和固溶时效处理均能使Ti-38Nb-4Zr-xO合金的抗拉强度、弹性模量和硬度提升,O的质量分数在0~0.6范围内,固溶态下每增加0.1的O元素,抗拉强度约提升50 MPa,弹性模量约提升1.5 GPa。

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。

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。

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。

水下搅拌摩擦加工Ti-15-3合金的组织及超塑性变形

采用水下搅拌摩擦加工技术制备细晶Ti-15V-3Al-3Cr-3Sn(Ti-15-3)合金。通过电子背散射衍射对搅拌区(stirring zone,SZ)晶粒细化机制进行分析。用电子万能试验机对SZ试样进行超塑性拉伸。结果表明:SZ高角度晶界比例为74.5%,平均晶粒尺寸为1.8μm,主要的晶粒细化机制为连续动态再结晶;在变形温度为675℃,应变率为3×10^(-4)s^(-1)时,SZ试样的伸长率达到了465%,为超塑性,主要变形机制为晶界滑移,同时伴随连续动态再结晶和β→α相变。

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。

铸态Ti-6Al-xMo合金的微观组织和力学性能

通过非自耗真空电弧熔炼炉制备了铸态Ti-6Al-xMo(x=0、4、8、12、16和20 mass%)合金,采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、硬度测试和压缩实验等研究了不同Mo元素含量的Ti-6Al-xMo合金的微观组织和力学性能。结果表明:随着Mo元素含量的增加,合金发生了α→α′+β→α″+β→β的相变过程。Ti-6Al合金显微组织由分布不均匀的片状α相组成。当Mo元素含量为4 mass%时,合金中出现明显的β晶界和细针状的α′马氏体相;当Mo元素含量增加至12 mass%时,合金中出现细针状的α″马氏体相和不连续的亚晶界;当Mo元素含量增加至16 mass%以上时,合金组织由粗大等轴β晶粒组成。铸态Ti-6Al合金的应力-应变曲线呈现“PLC效应”;Ti-6Al-16Mo和Ti-6Al-20Mo合金的压缩塑性超过50%仍未断裂,表现出良好的塑性;断口形貌表明添加Mo元素后所有合金均为韧性断裂。

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。

新型Al-Ti-Nd中间合金制备及其对Al-10Si合金的细化变质作用

采用铝原位熔体法制备了一种新型的Al-3Ti-4.5Nd中间合金,通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等手段分析了Al-3Ti-4.5Nd中间合金的组织,探究了Al-3Ti-4.5Nd中间合金对Al-10Si合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,当Al-3Ti-4.5Nd中间合金的添加量为0.15%时,Al-10Si合金的宏观组织由粗大的柱状晶细化为细小的等轴晶,二次枝晶臂间距由16.69μm减小到13.44μm;共晶硅由粗大的针状转变为短棒状,平均长度由26.75μm减小到16.47μm;抗拉强度由165.86 MPa提升到177.43 MPa,断后延伸率由4.21%提升到6.72%。合金的质量指标Q由259.50 MPa提升至301.54 MPa,提升了16.2%。Ti_(2)Al_(20)Nd相的能够有效细化α-Al相,稀土元素促进了共晶硅中孪晶的形成,改善了共晶硅的形貌及尺寸。

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。

激光选区熔化制备Ti-15Mo合金微观结构和力学性能的各向异性

采用激光选区熔化(SLM)技术在不同构建方向(与水平方向成0°,30°,45°,60°,90°)下制备Ti-15Mo合金,分析了其微观结构和力学性能的各向异性。结果表明:当构建方向由0°变为90°时,合金的织构取向变化为(001)→(101)→(111);0°和90°构建方向的合金中2°~10°小角度晶界的体积分数较低;0°,30°,45°,60°和90°构建方向的合金的平均晶粒尺寸分别为59.95,33.47,99.98,42.63,72.41μm,平均显微硬度分别为313.92,327.29,294.11,327.48,311.67 HV;0°,45°,60°,90°构建方向制备的合金的抗拉强度分别为866.35,898.78,1055.97,913.7 MPa,屈服强度分别为716.40,767.98,1027.45,808.83 MPa,断后伸长率分别为14.00%,18.97%,12.51%和14.29%。不同构建方向的SLM成形合金存在力学性能各向异性。

Ti-62222钛合金热变形行为及变形组织研究

以Ti-62222钛合金为研究对象,对该合金热压缩过程中的变形行为及显微组织演变规律进行了研究。结果表明,Ti-62222钛合金的真应力-真应变曲线总体呈应变软化型,曲线在应变较小时出现峰值。流动应力随着应变值的升高而下降,随应变速率的增大及变形温度的减小而增大。而对其热变形组织的研究发现,随着温度的升高,合金中α相含量减小,β相含量增加,同时α相球化率升高。在大变形量的情况下,α相含量与变形量呈负相关,即变形量越大,α相含量越少;α相球化率随着变形量增大而显著提高。当应变速率处于较高水平时,α相含量随应变速率升高而降低;应变速率对片层α相球化有抑制作用,球化率随应变速率增大而减小。

冷轧Ti-50.8Ni-0.4V形状记忆合金相变和超弹性研究

利用金相显微镜、示差量热分析法和拉伸试验对比研究了冷轧和退火态Ti-50.8Ni-0.4V合金的相变及超弹性。结果表明:退火处理对冷轧合金的相变和超弹性(SE)特性具有显著的影响。具有大量位错塞积的冷轧态合金表现为线性SE,而退火态合金呈非线性SE,350~550℃退火态合金表现为两步相变(A→R→M/M→R→A),形状回复率Rr达到96%,具有优异SE特性。600℃和650℃退火态合金发生完全再结晶,随温度的升高R相逐渐消失,其相变分别为(A→R→M)/(M→A)和(A→M)/(M→A),形状回复率Rr值<29%,其SE特性明显变差。

选区激光熔化成形Ti-6Al-4V钛合金的研究进展

Ti-6Al-4V钛合金具备良好的生物相容性、较小的密度以及较高的比强度而常用于航空领域和生物医学领域。选区激光熔化技术作为一种增材制造技术能够制备复杂的零件而被大量用于成形钛合金。选区激光熔化成形的钛合金相比于传统工艺有着更加优异的强度,但是塑性较差。如何制备出成型质量好、力学性能优异的钛合金依然是选区激光熔化技术面临的挑战。基于此,本文结合国内外研究现状,综述了选区激光熔化成形钛合金的进展,包括工艺参数和能量密度以及制备过程中所产生的缺陷对合金性能的影响,探讨了缺陷产生的原因;并总结了后处理对成形试样的拉伸性能和疲劳性能的影响;最后对增材制造钛合金的进一步研究方向进行了展望。