Ti_3Al和Ti_2AlNb合金扩散连接界面的组织及力学性能

采用直接扩散连接Ti3Al和Ti2AlNb合金,研究了连接压力、连接温度、保温时间等工艺参数对接头界面组织形貌及性能的影响。利用扫描电镜、能谱分析和X射线衍射等方法观察分析了界面组织结构,并测试了接头的力学性能。结果表明:直接固相扩散连接接头的典型组织为Ti3Al/O相+α2相过渡层/富B2层/Ti2AlNb。当连接温度为1000℃,保温时间60min,连接压力为5MPa时获得的接头室温抗剪强度为635MPa,室温抗拉强度为795MPa,均断裂于Ti3Al母材一侧。经1000℃/60min热循环后Ti3Al母材的抗拉强度下降至原始母材的76%。连接温度低于950℃或保温时间小于60min会导致未焊合等缺陷;温度高于1050℃或保温时间超过120min则导致Ti3Al发生相变。

NiCuNbCr焊料Ti_3Al/GH4169合金氩弧焊接头的组织及性能

采用钨极氩弧焊方法,使用自行设计制备的NiCuNbCr合金作为焊料,实现Ti3Al基合金与GH4169高温合金异种材料之间的焊接。采用扫描电镜(SEM)及能谱分析(XEDS)等方法对接头横截面的微观组织进行分析。结果表明:GH4169/焊缝界面以及焊缝均主要由Ni元素的固溶体组成,其中固溶了Cu,Fe,Cr,Nb几种元素;而焊缝/Ti3Al界面分为3层组织,其相组成从Ti3Al母材到焊缝方向依次为:固溶了Ni和Cu元素的Ti2AlNb相、Al(Ni,Cu)2Ti金属间化合物及(Nb,Ti,Mo)固溶体;(Ni,Nb,Cr)及Ni(Cu,Ti)固溶体;Ni的固溶体,固溶元素为Cu,Nb和Cr。接头的平均室温抗拉强度为140.7MPa。拉伸试样断裂于被焊Ti3Al母材表面的扩散反应层,它主要由固溶了Ni和Cu元素的Ti2AlNb相与Al(Ni,Cu)2Ti金属间化合物组成,该界面是Ti3Al/GH4169接头的薄弱环节。

Ti－24Al－14Nb－3V－0．5Mo合金的超塑性

研究了温度及应变速率对Ｔｉ－２４Ａｌ－１４Ｎｂ－３Ｖ－０．５Ｍｏ（ａｔ．－％）合金超塑性能的影响．试验结果表明，在９８０℃，３．５×１０^（－４）ｓ^（－１）的最佳超塑变形条件下，合金显示出较高的超塑性；应变速率敏感性指数ｍ为０．６９，拉伸延伸率Ｅｌ．为８１８％．根据其细小的α_２＋β_０两相组织和等温拉伸的试验方法，确定合金的超塑性属于细晶组织超塑性．在超塑变形过程中，合金无空洞产生，显微组织发生动态粗化．

中等Nb含量的(α_2+O+B2)三相Ti_3Al基合金的研究

中等Nb含量的、含有O相的Ti3Al基合金以及高Nb含量的O相基合金具有比重小、强度高等特性,是适合于650～700℃使用的高温结构材料.本文介绍了一种中等Nb含量的(α2+O+B2)三相Ti3Al基合金(TD3合金)的热机械处理工艺和微观组织特征,以及典型组织的力学性能,并与一些典型的O相基合金,高温钛合金,高温合金进行了对比.对比结果表明,通过适当的热机械处理进行微观组织控制,TD3合金可以获得与Ti2AlNb基合金相当的比强度和高温蠕变性能,其高温冲击韧性、断裂韧性和低周疲劳性能达到了一些钛合金和高温合金在服役条件下的水平.

Ti_3Al—19Nb合金的显微组织和结构研究

用透射电镜研究了Ti_3Al-19Nb合金在不同热处理状态下的组织结构及其变化规律。从β相区冷却后,随冷却速度不同可分别得到全部或主要为B2,B2+α_2或α_2相的组织。油淬样品在时效过程中α_2相晶粒及其反相畴尺寸均逐渐变大。

Ti-24Al-14Nb-3V-0.5Mo合金的压缩超塑性

对Ti 2 4Al 14Nb 3V 0 5Mo合金的超塑压缩变形行为进行了研究·结果表明 ,该合金的最佳超塑温度为 980℃ ,最佳应变速率范围为 (2× 10 -4 ～ 2× 10 -3 )s-1· 在超塑变形过程中 ,条状O相和α2 相中发生了动态再结晶和等轴化过程 ;B2相中发生了动态回复·新形成的硬相等轴晶粒可在软的基体中滑动和转动 ,造成的应力集中由B2相中的位错运动松弛·

Ti_2AlNb合金表面射频溅射Al/Al_2O_3复合层的抗热震性能

为进一步提高Ti_2AlNb合金的抗高温氧化性能,在其表面射频溅射Al/Al_2O_3复合层,并于650℃下进行了抗热震性能研究,采用扫描电镜及能谱仪观察复合层形貌并分析其成分。结果表明:Al/Al_2O_3复合层平整致密,无贯穿裂纹,复合层中Al_2O_3层厚约1μm,Al层厚约14μm;热震循环50次时复合层表面出现了微小裂纹,随着热震循环次数增加,裂纹不断扩展,表层Al_2O_3颗粒增大;Al/Al_2O_3复合层能有效提高Ti_2AlNb合金的抗热震性能。

Ti_3Al-11Nb合金淬火组织中的O相

用TEM和EDS研究了在1040-1120℃加热后水淬的Ti_3Al-11Nb合金热锻棒材样品的组织结构。结果表明,样品组织均由α_2,B2和O相三相组成。O相从形貌上可分为孪晶状和板条状两种。它们的单晶选区电子衍射花样,均可按晶格参数为a=0.6232nm,b=0.9978nm和c=0.4725nm的NaHg结构加以标定。孪晶状O相的成分与α_2相的成分一致。板条状O相的成分中,Nb含量与α_2相的Nb含量相近,而Al含量则较α_2相的Al含量高。孪晶状O相可能是淬火α_2相在应力作用下转变来的。板条状O相组织在形貌上有多种,且随淬火温度降低,在数量上有增加的趋势。它可能是在淬火加热温度就存在,而在淬火过程中保留下来的。淬火组织中3相的数量、形貌及其相互作用显著影响了材料的拉伸性能。

船用Ti-6Al-3Nb-2Zr合金的微弧氧化陶瓷膜

采用微弧氧化技术,在磷酸盐溶液体系中在船用Ti-6Al-3Nb-2Zr合金表面制备陶瓷膜层。利用扫描电镜、光学显微镜、X射线衍射仪和显微硬度计对陶瓷膜的表面和截面形貌、氧化层厚度、相结构以及显微硬度进行观察测试,用电子万能材料试验机和数字万用表研究膜层的结合强度和绝缘性,并用MMS-1G高温高速销盘摩擦磨损试验机和YWX/Q-750盐雾试验机考察膜层的摩擦学性能和腐蚀性能。结果表明:膜层厚度可达到20μm以上,陶瓷膜主要由金红石TiO_2相和锐钛矿TiO_2相构成,膜层与基体的结合强度达到30MPa以上,膜层绝缘性和耐蚀性良好,耐磨性得到明显改善,膜层的磨损机制表现为轻微的磨粒磨损与粘着磨损,且以磨粒磨损为主。

Ti_3Al-11Nb合金的相变

用透射电子显微术和X射线能谱术研究了Ti_3Al-11Nb(Ti-12.5wt%Al-21wt%Nb)合金热锻棒材在热处理过程中的相变特征。结果表明,合金在1100℃加热后缓冷到室温的样品其组织由α_2+β相组成。与α_2相相比,β相明显地表现出Al含量低而Nb含量高。1200℃油淬样品的组织由α_2+B2相组成,二相含量大致相近。1200℃水淬样品由单一的B2相组成。水淬并经750℃时效的样品中析出两种形态的α_2相:首先由晶界析出的较粗的α_2相以及在晶内普遍析出的弥散的α_2相。

冷却速度对Ti_3Al-10Nb-3V-1Mo合金组织的影响

用透射电镜研究了Ｔｉ３Ａｌ１０Ｎｂ３Ｖ１Ｍｏ合金在１１７０℃加热１ｈ，以不同速度冷却后的显微组织结构。结果表明，Ｗ．Ｑ．（水淬）组织由单一Ｂ２相组成，Ａ．Ｃ．（空冷）组织由Ｂ２相基体组成，Ｂ２相晶粒内开始了第二相的析出。Ｃ．Ｃ．（控冷）和Ｆ．Ｃ．（炉冷）组织主要是由α２片组成的魏氏组织。随冷却速度降低，合金强度明显降低，塑性略有提高。

Nb 含量对 Ti_3Al+Ti_5Si_3 双相合金的影响

研究了Ｎｂ含量对Ｔｉ３Ａｌ＋Ｔｉ５Ｓｉ３双相合金组织和性能的影响．结果表明，随着Ｎｂ原子含量从０增加到２０％，合金的组织形貌变化不大，仅在Ｎｂ含量为１０％时，出现网篮状组织．合金在室温下的断裂强度以及基体的显微硬度均随Ｎｂ含量的增多而增大．加入１０％Ｎｂ的双相合金其综合性能最好．

Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金表面细晶的表征方法

采用超声冲击的方法对Ti3Zr2Sn3Mo25Nb钛合金进行表面强化,采用扫描电镜、透射电镜、电子背散射衍射仪、X射线衍射仪等设备对其表面细晶进行表征。结果表明:超声冲击后,钛合金表面获得了深度约为35μm的强塑性变形层;钛合金表面可观察到明显纳米级的非晶团簇和密集的滑移线,细晶形成的主要原因为位错滑移,位错滑移的主方向为<111>;超声冲击后,材料的表面残余压应力约为250 MPa,晶格常数略有降低,β相的特征峰强度变大,α相的特征峰宽度变大。

Ti_3Al-10Nb-3V-1Mo合金力学性能的研究

研究了 Ti_3Al-10Nb-3V-1Mo 合金的机械性能、拉伸断口和变形行为。结果表明:合金两相区淬火组织中。随淬火温度降低,初生α_2 相的数量逐渐增加,拉伸强度呈下降趋势。室温延伸率在初生α_2相含量为50%时,存在最大值。两相区淬火组织在700～850℃时效处理后 B2相发生分解。与淬火性能比较,合金经时效处理后塑性明显下降,室温拉伸断口及变形行为的研究表明:随淬火温度降低,断口形貌及变形行为呈现出一定的规律性。

热处理对β锻造Ti-22Al—25Nb合金组织和性能的影响

研究了β锻造的Ti-22Al-25Nb合金在固溶+时效热处理过程中微观组织的转变规律,并对不同固溶温度+800℃时效处理合金的室温和650℃拉伸性能进行了测试和分析。结果表明:合金经β锻造后的组织由少量α_2颗粒、大量O相板条和B2相基体组成。在固溶处理过程中,组织中的O相板条发生溶解,数量减少,形状变短、变粗。在980℃以上固溶处理时,基体B2相发生明显的再结晶。固溶+时效处理后,细小的二次O相板条再次从B2基体中析出,并最终形成一种具有短棒状或颗粒状的初生α_2/O相+细小的二次O相板条+B2相基体组成的组织。随着微观组织中初生α_2/O相数量的减少、二次O相板条数量增加,合金室温和650℃抗拉强度升高,伸长率降低。

Ti-24Al-17Nb合金的激光焊接

研究了Ti- 2 4Al - 17Nb合金的激光焊接及其接头的力学性能。研究结果表明 ,连续激光氦气双面保护可以获得保护效果可靠、无缺陷、成型良好的焊接接头。焊接热输入增大不利于接头的纵向弯曲塑性 ,而接头的横向拉伸强度与母材基本相同 ,塑性可以接近母材的塑性 ,达到 14 %～ 17%。

定量分析热处理对Ti_2AlNb合金显微组织及硬度的影响

对B2相区等温锻造后的Ti-22Al-25Nb合金在热处理中的显微组织特征参数进行定量分析。用图像分析软件Image-Pro Plus测量了各个相的体积分数、初生粗板条O相以及次生细板条O相的宽度及长度,采用多元线性回归的方法建立了显微组织特征参数与显微硬度的定量关系模型。结果表明:合金的显微组织主要取决于热处理制度。粗板条状O相通过固溶处理得到,较细的次生针状O相通过时效处理调节。初生粗板条O相的宽度和体积分数通过固溶处理控制;而二次析出的针状O相通过时效处理来调节。实验结果与统计分析表明,显微组织特征参数与显微硬度之间满足线性关系。

医用Ti6Al7Nb合金氧化行为及其磨损性能

为提高生物医用Ti6Al7Nb合金表面的耐磨损性能，研究了在500～800℃空气中的热氧化行为以及其改善的磨损性能．研究结果表明：500～600℃氧化速率低，表面硬度较基体变化不大．在750℃以上，氧化速度增加，氧化动力学遵从抛物线规律，氧化物主要由TiO2和少量Al2O3组成．在800℃时，氧化物颗粒长大，氧化层疏松，极易剥落．综合考虑硬化层深度和氧化时间，得出最佳热氧化工艺参数为750℃氧化8h．在此工艺下处理的钛合金表面硬度达到1047HV，耐磨性是原合金材料的280倍．分析了合金氧化后耐磨损性能的提高机制．

Ti_3Al合金激光焊接接头高温拉伸性能及显微组织

研究Ti-24Al-17Nb合金激光焊接接头的室温及高温拉伸性能,并分析接头显微组织和拉伸断口。研究结果表明,室温下焊缝为单一β/B2相柱状晶组织,室温横向拉伸时接头强度与母材强度相当、塑性有所下降、但仍有25%左右的伸长率,断裂大部分发生在母材部位、少部分断裂在焊缝;高温拉伸时断裂均发生在焊缝部位。高温拉伸时,接头组织发生变化,α2相和B2相向O相转变;焊缝β/B2相向O相转变的切变相变,使原来柱状晶晶界应变集中、容易产生微裂纹,使接头高温强度和塑性明显降低,高温拉伸断口呈现沿晶断裂和解理断裂的脆性断裂形式。

热处理对Ti_2AlNb合金显微组织及力学性能的影响

B2相区等温锻造的Ti-22Al-25Nb合金棒材940℃固溶后,在760~840℃时效处理,对其显微组织、拉伸及蠕变性能进行研究。结果表明：不同温度时效处理的显微组织均由初生粗板条状O相、二次析出的细板条状O相和B2基体组成,其中二次析出的O相可以通过时效温度来调节。随着时效温度的升高,Ti2Al Nb合金的室温及650℃高温拉伸强度降低而塑性提高;较低的时效温度（760℃）处理可以获得更好的抗蠕变性能。