多维超声振动铣削Ti2AlNb合金试验研究

Ti2AlNb合金的硬脆性较大,传统的切削工艺在切削加工中存在的切削热高导致刀具耐用度低和加工质量差等问题。本文采用切削仿真与试验研究相结合,应用二维、三维超声振动切削和普通切削进行Ti2AlNb合金切削特性的对比研究。结果表明:超声振动的三向切削力小于普通切削的,沿刀具进给方向,二维和三维超声振动相对于普通切削的切削力最大分别下降了48.6%和28.3%。3种不同的切削方式在相同的切削参数下加工出完全不同的表面微织构形貌,三维超声振动加工出“麦穗状”,且“麦芒”出现在超声分离特性较强的刀具进给方向上。随着机床转速增加,二维超声振动产生的粗糙度值相对于普通切削下降率最大为45.3%。随着振幅增加,超声振动引起的刀屑分离作用增强,在刀具二维超声振动振幅为8μm时,工件表面粗糙度下降了64.5%。试验结果表明,超声振动加工是提高Ti2AlNb合金的切削性能的有效手段之一。

初轧温度对Ti2AlNb钛合金环件径-轴向轧制过程的影响

基于Simufact Forming有限元软件对Ti2AlNb钛合金径-轴向环件轧制过程进行了数值模拟,研究了不同初轧温度对驱动辊径向轧制力能参数以及环件成形后的等效应变、温度的影响规律。结果表明:随着环件成形温度的升高,在环件轴向截面,等效应变标准差分布越来越均匀,而温度标准差分布差异却越来越大;在环件轧制初期,温度对轧制力影响显著,驱动辊轧制力增加速度及其峰值随环件成形温度的升高逐渐降低;在环件轧制后期,温度对轧制力的影响很小。

Ti2AlN(0001)/Al固液界面从头算分子动力学研究

通过从头算分子动力学模拟计算,系统研究不同终止面Ti2AlN(0001)/Al固液界面在铝熔点附近的的界面结构、界面能以及电子结构。计算结果表明:Ti2AlN(0001)的4类终止界面均能诱导Al熔体按照FCC-Al{111}密排面“A-B-C”次序堆垛成准固相区,准固相区外延扩展能力由大到小依次为N终止界面、Al终止界面、Ti(N)终止界面、Ti(Al)终止界面;Ti2AlN(0001)的4类终止界面诱导Al熔体形核强弱的原因在于界面处Ti2AlN表层原子与第1层Al原子不同强度的结合引起后续Al原子层间结合强弱,这为Ti2AlN作为铝合金新型异质形核基底以及作为铝基复合材料增强相的界面结构设计提供了理论依据。

电极材料对直流短电弧铣削Ti2AlNb加工性能影响的实验研究

Ti2AlNb作为一种新型航空发动机关键材料,由于其高强度、刚度和蠕变抗力,使得它成为一种难加工材料。短电弧铣削(SEAM)是一种新型高效的放电加工方法,具有不受材料的硬度、强度和韧性制约等优点,已经成为难加工材料一种重要加工方法。文章以Ti2AlNb实验对象,采用钨铜和304不锈钢作为电极材料,使用直流电源研究了不同电压下SEAM的加工机理,分析了工件材料去除率(MRR)、表面粗糙度(Sa)、相对工具电极磨损率(RTWR)。此外,还对加工后Ti2AlNb的表面形态、元素分布和显微硬度进行了研究。实验结果表明,24V电压下,钨铜电极与304不锈钢电极相比,MRR最高,为1981mm^(3)/min;RTWR最低,相对电极损耗仅为0.82%。工件截面轮廓宽度尺寸绝对差异最小以及工件再铸层硬度接近母材硬度,有利于进一步加工。

Ti2AlNb基合金表面渗铬层结构及其摩擦学性能

采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti2AlNb基合金进行表面渗Cr处理,结果表明:经过离子渗铬处理后可获得约25μm的表面合金层;渗层中Cr含量随渗层深度呈梯度变化,且由于原子扩散能力的差异,在渗层的不同区域形成不同相,结合XRD和XPS分析技术,证实表层以含Cr2Nb的Laves相和Al8Cr5相为主;渗层硬度值由外层的HV0.11 125逐渐过渡到基体的HV0.1400左右;渗Cr处理后合金室温摩擦因数由原来的0.24降低到0.15,由于硬质Cr2Nb和Al8Cr5相起到支撑载荷的作用,降低粘着磨损,室温磨损率降低60%以上;高温条件下由于氧化和摩擦磨损的共同作用,摩擦因数变化不大,磨损率降低20%。

Nb＋Ni中间层对Ti2AlNb与GH4169扩散连接接头组织与性能影响

在950～1100℃，20MPa，20～120min的工艺条件下，添加厚度均为10μm的Ni＋Nb为中间层，对Ti2AlNb与GH4169真空扩散连接工艺进行了研究。利用扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）和X射线衍射（XRD）对接头截面和断口的成分和相组成进行了分析。结果表明，添加Ni＋Nb做中间层能实现Ti2AlNb与GH4169良好的连接。在GH4169与Ti2AlNb之间生成6层反应层，自GH4169侧依次为：Fe—Ni—Cr固溶体，Ni3Nb，Ni6Nb7，残留Nb层、Ti—Nb固溶体、高铌O相。在剪切试验中，接头沿Ni3Nb层与Nb层之间的Ni6Nb7层断裂。在1050℃，20MPa，40min工艺条件下，剪切强度达到最高，为460MPa。

Ti2AlNb／GH4169真空扩散连接初步研究

在950℃、5MPa、1h的工艺条件下,分别添加Mo、Ta、Nb箔做中间层,对Ti2AlNb与GH4169真空扩散连接工艺进行了研究。利用扫描电镜(SEM)和能谱分析(EDS)等方法对焊接接头成形机理进行了分析。结果表明,以Mo做中间层时接头开裂;以Ta、Nb做中间层时形成完整接头,其中,Ta或Nb中间层与Ti2AlNb连接良好,而与GH4169界面出现裂纹。

Ti2AlNb合金电子束焊接头再热裂纹的形成机理（英文）

为了阐明Ti2AlNb合金焊缝中再热裂纹的特点及形成机理,对Ti2AlNb电子束环焊接头进行一系列的焊后热处理,并采用OM、SEM、XRD和TEM对接头的宏观组织和显微组织进行分析。结果表明,当Ti2AlNb电子束环焊接头加热到700℃左右时,再热裂纹主要沿焊缝原始晶界产生。热处理过程中,当温度升高经过O相单相区时焊缝组织由焊态的B2相几乎完全转变为O相;当温度继续升高进入B2+O双相区后,沿着原始晶界优先发生O→B2+O相转变。在焊接残余应力和相变应力综合形成的高拉应力作用下,B2+O双相和O相基体的界面上开始产生再热裂纹。

变形温度对Ti2AlNb/Ti60双合金焊接接头组织性能的影响

研究了近等温锻造温度对Ti2AlNb/Ti60双合金焊接接头显微组织和力学性能的影响。结果表明:经不同温度近等温变形及相同热处理后,Ti2AlNb/Ti60双合金试样焊缝组织得到明显细化,强度和塑性得到提高,均高于基体Ti60合金;随着变形温度的升高,Ti60合金热影响区显微组织中初生等轴α相逐渐减少,β转组织增多,片状α相变短变粗。因此,合金的室温拉伸强度逐渐升高,塑性逐渐下降;变形温度为1010℃的试样,其焊缝熔合区显微组织较为均匀,塑性相B2含量较多,焊件室温及600℃高温拉伸均表现出较好的强度与塑性匹配。

变形量对Ti2AlNb／Ti60双合金焊接接头组织和力学性能的影响

对经真空电子束焊接的Ti2AlNb/Ti60双合金件进行了不同变形量的近等温锻造及相同的热处理。采用OM观察接头的显微组织,并对其进行室温和高温拉伸试验。结果表明:变形量由20%升至40%,焊缝融合区组织细化、均匀化明显。变形量增至60%,焊缝融合区发生再结晶及晶粒长大。Ti60基体金属随变形量增大,显微组织等轴化趋势明显。20%和60%变形量条件下均有拉伸试样断裂在焊缝融合区。随变形量增大,焊接件强度先降低后升高,断裂在Ti60合金基体的试样塑性有增大趋势,其中断面收缩率值增加明显。

二维Ti2C与Ti3C2表面OH、O、F、Au的吸附活性

较高的比表面积与稳定性使得二维Ti_2C与Ti_3C_2结构在贵金属催化剂载体、锂离子电池、储氢材料等领域具有重要的应用前景.研究Ti_2C、Ti_3C_2的表面吸附活性有助于认识其表面特征.第一性原理计算研究显示:Ti_2C与Ti_3C_2对O、OH、F具有较强的吸附活性.通过比较Ti2_C、Ti_3C_2、Ti(001)、TiC(001)的表面电子结构,我们发现Ti_2C与Ti_3C_2较强的表面吸附活性来自于表面Ti原子未极化的3d轨道.这使得Ti_2C、Ti_3C_2表面通常覆盖有O、F、OH.吸附了O、OH基团的Ti_2C与Ti_3C_2结构(Ti_2CO_(2-2x)(OH)_(2x)、Ti_3C_2O_(2-2x)(OH)_(2x))对Au原子的吸附能随OH比例的增大而增大.

脉冲激光沉积法合成Bi2Ti2O7介电薄膜及其光吸收特性

控制单脉冲能量为350mJ,脉冲频率为5Hz,控制合适的基底温度,利用脉冲激光沉积法制备出Bi2Ti2O7薄膜材料.结果发现,SiO2基底温度控制在500～600℃,均能获得纯的Bi2Ti2O7薄膜.其介电常数约18.2左右,随频率变化比较稳定,介电损耗约0.015左右,并且在紫外波段200～450nm有着较强的紫外吸收能力,有望在微电子器件中获得应用.

O相合金Ti2AlNb的超塑性研究进展

以O相为基础的Ti2AlNb合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能,已经成为最具潜力的航空航天高温结构材料。在其实用化进程中,超塑成形是该材料成形加工形成制件的理想工艺。本文综述了Ti2AlNb基合金材料超塑性研究的最新进展,对其超塑变形中的组织特征和变形机制进行了详细讨论。最后,展望了Ti2AlNb基合金超塑性加工未来的发展趋势。

原位自生Ti2AlC/Ti-40Al复合材料的高温氧化行为

利用海绵钛、高纯铝与TiC/Al中间合金反应,采用非自耗电弧熔炼工艺,原位合成Ti2AlC/Ti-40Al复合材料。研究复合材料在900℃空气中的恒温氧化行为,分析不同的增强体含量对复合材料氧化动力学行为的影响,并通过SEM、EDS及XRD对氧化层的表面形貌、成分及横断面的显微结构进行分析。结果表明,复合材料的氧化动力学曲线介于抛物线和对数规律之间,且随着碳化物含量的增加,复合材料的抗氧化性呈下降趋势。研究发现,氧化表面为堆砌生长的柱状六方晶,主要为金红石型的TiO2;氧化断面为明显的三层结构,最内层氧化膜基本上是在碳化物颗粒周围产生的,中间层为Al2O3和TiO2的混合物层,外层主要为TiO2。

Ti2AlNb合金高温拉伸性能研究及本构方程的建立

通过高温拉伸试验研究了Ti2AlNb合金在温度为900~1000℃、应变速率为0.0001~0.01 s^（-1）下变形温度及应变速率对材料伸长率和抗拉强度的影响,并基于试验结果研究了材料应变速率敏感性指数随温度及应变速率的变化趋势。结果表明：Ti2AlNb合金应变速率敏感性指数随温度及应变速率的变化呈先升高后下降的趋势,在温度为975℃、应变速率为0.0005 s^（-1）条件下达到峰值,随后快速下降。通过扩展Rossard提出的粘塑性关系式,修正了基于Backoften方程所建立的应力-应变本构关系式,建立了材料在不同温度下的热变形本构方程。试验结果与模型计算结果基本吻合,可用于表征Ti2AlNb合金在高温下的热变形行为。

三元层状陶瓷材料Ti2SC的研究进展

Ti_2SC陶瓷材料,作为M_(N+1)AX_N相的一员,具备陶瓷和金属的综合性能,有广阔的应用前景,是倍受研究者关注的新型材料之一。主要围绕Ti_2SC的结构、制备方法、性能及研究现状,并对其存在的问题、应用前景和发展方向进行阐述。

热轧态Ti2AlNb合金超塑性变形行为的研究

研究了热轧态Ti2AlNb合金在1193～1233K温度范围内和1×10-5～5×10-4s-1应变速率范围内的超塑性变形行为.结果表明,在上述试验条件下Ti2AlNb合金表现出良好的超塑性,最高延伸率超过600%;合金具有较高的应变速率敏感指数,计算得到Ti2AlNb合金超塑性变形的表观激活能为283.05kJ·mol-1.此时Ti2AlNb合金超塑性变形主要是受晶格扩散所控制的晶界滑动机制,动态再结晶是合金超塑性变形的重要协同机制.

Ti2AlNb基合金等离子表面渗铬层组织结构对耐磨性能的影响

低硬度和较差的耐磨性制约了钛铝基合金在航空领域的应用。为了提高Ti2AlNb合金的表面硬度和耐磨性,采用双层辉光等离子表面合金化技术对Ti2AlNb合金表面进行渗Cr处理,并对其微观组织、扩散特性及显微硬度和耐磨性进行了分析测试。结果表明:经等离子渗铬处理后,可获得约25μm的合金层;渗层中Cr含量随渗层深度有显著变化且在高温条件下因各原子扩散能力的差异,以基体中Al和Nb量的变化为主,在渗层的不同区域形成不同的相,表层以含Cr2Nb的Laves相和Al8Cr5相为主,而在渗层和基体的交界处形成新的无序O相(Ti25.36Al18.44Nb);渗层硬度值由外层的HV1125逐渐过渡到基体的HV432,渗层与基体的界面处由于无序O相的析出而硬度最低。渗Cr处理将合金的摩擦因数由原来的0.24降低到0.15,磨损率降低了60%以上。

Ti2AlC/Al2O3复合材料的原位合成及其力学性能

以Ti、TiC、Al和TiO2为原料,通过原位热压反应烧结法在1 350℃合成Ti2AlC/Al2O3复合材料。利用XRD详细研究了其反应过程,并分析了Al2O3对材料微观结构和性能的影响。结果表明,该体系在热压过程中的反应分多步进行,主要包括Ti粉与Al粉反应生成Ti-Al金属间化合物,TiO2与Al反应生成Al2O3以及Ti-Al金属间化合物与TiC反应生成Ti2AlC材料。原位反应生成的Al2O3均匀分布在Ti2AlC晶界上,抑制了Ti2A1C晶体的异常生长,从而使基体相Ti2AlC晶粒细小、均匀。力学性能测试表明Ti2AlC/12%(质量分数)Al2O3复合材料的硬度、抗压强度、抗弯强度和断裂韧性较Ti2AlC单相材料分别提高了66%,126%,130%和19.3%,并分析了其改性机理。

Ti2AlNb基合金TIG焊接头组织与性能分析

采用不加丝和加丝脉冲TIG焊接工艺焊接了厚度为1.5 mm的Ti2AlNb基合金。观察了焊接接头区的组织形貌,测试与分析了接头的硬度和拉伸性能。试验结果表明,焊缝区为树枝晶组织形貌,而且组织分布出现了分层现象;加纯钛焊丝可以使焊缝的等轴晶区扩大;从母材向热影响区和焊缝区过渡,O相含量逐渐减少;由于相组成的变化,焊接接头的硬度分布规律为热影响区的硬度最高,母材次之,焊缝区最低;不加丝和加纯钛焊丝的焊接接头抗拉强度基本相当,而加纯钛焊丝的焊接接头断后伸长率显著提高;不加丝焊接接头的断裂模式为韧脆混合断裂特征,加纯钛焊丝焊接接头为韧性断裂特征。