SLM制备Ti6Al4V合金表层组织的均质化及腐蚀行为研究

采用激光选区熔化(SLM)增材制造工艺制备致密度为97.5%的Ti6Al4V合金,并利用高能喷丸与退火处理复合工艺对垂直建造方向的XOY面及平行建造方向的XOZ面进行均质化处理,然后对原始打印件、喷丸处理以及喷丸+退火处理的3种状态的试样进行电化学性能测试。研究结果表明:经喷丸处理后,原始打印件XOY面和XOZ面的组织趋于均质化,同时组织明显细化;喷丸既不改变衍射峰的位置,也不产生新的衍射峰,但可使衍射峰宽化;对于喷丸后经不同温度退火处理的样品,随退火温度的升高,XOY面和XOZ面的晶粒逐渐长大,在780℃退火后,二者均可获得α+β双相组织。对于原始打印件,XOY面和XOZ面的电化学腐蚀行为存在明显的差异,其中,XOY面的腐蚀倾向更小,耐蚀性能更优。经喷丸+退火处理后,这种差异明显减小,同时耐蚀性能进一步提高,经综合考虑可得喷丸+780℃退火为最佳工艺。

流线形激光织构对Ti6Al4V合金摩擦磨损性能的影响

Ti6Al4V合金因同时具有众多优良的机械性能而成为机械中关键零部件的首选材料,然而,Ti6Al4V合金硬度低、耐磨性差等缺陷限制了其在机械领域更为广泛的应用。鉴于此,研究利用激光织构技术在Ti6Al4V合金表面制备流线形对称织构,在油润滑条件下,通过摩擦实验系统研究了不同参数激光流线形织构对Ti6Al4V合金材料耐磨性的影响。利用SEM、LICHEN电子天平等设备对不同样品表面的磨痕形貌、磨损量等进行表征。实验结果表明,当织构长度为400μm,深度为600μm时,样品的摩擦系数及磨损量较小,减摩效果更好。此外,研究还利用ANSYS Workbench软件对润滑油在织构表面的流动特性进行模拟,发现实验中摩擦系数的减小主要是润滑油在织构作用下流速、流向发生变化导致油膜压力增大而引起的。油膜压力增大能提高油膜的承载力,有效降低摩擦副的摩擦系数。

热处理对选区激光熔化Ti6Al4V合金力学性能和耐磨性的影响

系统研究了热处理工艺对选区激光熔化Ti6Al4V合金组织、力学性能和耐磨性的影响。结果表明,沉积态样品组织以针状α'马氏体为主,经固溶处理后,针状α'马氏体分解,Ti6Al4V合金硬度下降。当固溶温度为800℃时,合金形成α'/α结构,其抗拉强度和延伸率分别增加12%和23%。当固溶温度达到900℃以上时,由于α'/α结构的消失、α相晶粒的粗化以及β相含量的增加,合金的力学性能急剧下降,抗拉强度从(935±10)MPa下降到(815±9)MPa,伸长率从(8.72±0.2)%下降到(3.09±0.1)%。随着固溶温度的升高,摩擦系数和磨损率线性增大,与硬度的变化趋势完全相反,且磨损机理由单一磨粒磨损转变为磨粒磨损和氧化磨损。

高低温交替海洋环境Ti6Al4V合金的腐蚀损伤机理

目的探究高低温交替海洋服役环境中Ti6Al4V合金的腐蚀损伤失效过程,揭示高温氧化、沉积盐膜、频繁启动工作模式耦合作用下合金的腐蚀损伤与退化机理。方法采用高温氧化、高温氧化-盐雾交替和高温氧化-海水浸泡交替试验方法,对Ti6Al4V合金腐蚀失效行为进行了全面评估;利用X-射线衍射仪(XRD)、X-射线光电子能谱仪(XPS)与扫描电子显微镜(SEM)等微尺度检测分析仪器,全面解析了合金损伤失效过程中表面物相结构、腐蚀产物成分及表/截面形貌特征。结果650℃氧化400 h后,Ti6Al4V合金表面氧化层(TiO_(2)+Al_(2)O_(3))生长致密且均匀;经50循环高温氧化-盐雾交替试验后,Ti6Al4V合金遭受加速腐蚀损伤,表面存在明显点蚀,氧化层出现分层剥落;经50循环高温氧化-海水浸泡试验后,Ti6Al4V合金腐蚀损伤进一步加速,但氧化层生长迅速,整体增重达5.167 mg/cm^(2)。结论高温氧化过程中Ti6Al4V合金表面氧化层呈缓慢均匀生长特征,具有优良的抗氧化性。高低温交替工作模式加速了氧化膜快速生长与结构破坏,Cl^(-)的浓度对Ti6Al4V合金表面氧化层的降解具有显著驱动作用,且Cl^(-)浓度越高腐蚀降解越严重。随着样品表面氧化层的致密性和完整性被破坏,混合盐逐渐侵入氧化层内部,加剧了氯化物的挥发,表明Ti6Al4V合金在高低温交替环境下抗腐蚀性较差。

增材制造Ti6Al4V合金损伤容限性能研究进展

Ti6Al4V合金综合性能优异,是现阶段航空航天工业用量最大的钛合金。随着新一代航空航天装备对高效能、高可靠性、轻量化及长寿命等技术指标的要求日益提高,利用增材制造技术快速制备结构复杂的钛合金构件成为近年来的研究热点。伴随航空航天工业发展,损伤容限设计成为该领域结构设计和材料选择的基本判断依据。现有研究表明,增材制造Ti6Al4V合金损伤容限性能已经基本达到甚至超过锻造或轧制退火水平。以激光选区熔化成形技术、激光熔化沉积技术、电子束熔化成形技术和电弧增材制造技术制备的Ti6Al4V合金为对象,综述了不同增材制造工艺及后续热处理对显微组织、残余应力等损伤容限性能影响因素的影响,阐明了近年来增材制造Ti6Al4V合金损伤容限性能的相关研究进展。

利用微计算机断层扫描定量研究选择性激光熔化Ti6Al4V合金缺陷的几何特征及形成机理

增材制造(AM)部件内部形成的缺陷对打印零件的力学性能具有不利影响。缺陷对零件性能的影响因其几何特征的不同而不同。利用X射线计算机层析成像(XCT)研究不同打印参数下36个块状Ti6Al4V样品的孔隙缺陷特征。根据样品中孔隙的几何特征,将孔隙缺陷分为4种类型:球形、椭圆形、长条形和不规则形。在所有工艺参数下,长条形状缺陷所占比例最大,并且随着扫描速度的提高,不规则形状缺陷所占比例逐渐增大。另外,分析单道和多道试样中缺陷逐渐积累规律。随着层的叠加,孔隙逐渐积累,而适当的搭接率可能会熔化道之间的气孔。表面粗糙度和熔池润湿对缺陷的形成有很大的影响。

Ti6Al4V合金的低温超塑性拉伸变形行为

在700℃-850℃的温度范围内对Ti-6%AL-4%V(质量分数)合金板材进行超塑性拉伸试验,研究了应变速率为3×10^(-4)-5×10^(-3)_S^(-)1条件下的拉伸变形行为.结果表明:Ti6Al4V合金在空气中表现出良好的低温超塑性变形能力.在800℃初始应变速率(?)=5×10^(-4)S^(-1)条件下,延伸率达到536%.在较低的700℃下变形((?)=5×10^(-4)s^(-1),延伸率仍然超过了300%.在整个变形温度区间内,应变速率敏感性指数m均为0.3左右,最大值为0.63.在850℃变形激活能与晶界自扩散激活能十分相近,表明晶界扩散控制的晶界滑动是超塑性变形的主要机制.在700-750℃,变形激活能远大于晶界自扩散激活能,位错运动是激活能升高的原因.在800℃变形的激活能介于两者之间,表明随着温度的降低变形机制逐渐发生改变.

Ti6Al4V合金渗镀Cr-Mo表面改性层组织结构及其耐磨特性研究

采用双层辉光离子渗技术在Ti6Al4V合金表面进行多元合金化,形成均匀致密的Cr-Mo合金渗层。通过GDOES、XRD等手段标定表层成分和相结构,借助显微硬度计和球盘磨损仪测试合金渗层的性能。结果表明:合金渗层中合金化元素Cr与Mo呈梯度分布,主要由化合物Cr1.93Ti1.07、Cr2Ti、Cr2Ti4O11等相构成;改性的Ti6Al4V合金表面硬度有较大程度的提高,抗磨损性能明显改善。

Ti6Al4V合金的磨损行为和磨损机制

采用销-盘式高温磨损试验机对Ti6Al4V合金在20～400℃进行干滑动摩擦磨损实验,研究了Ti6Al4V合金的磨损行为并探讨了其磨损机制。结果表明:25℃时,合金的磨损量随载荷的增加而逐渐升高;200℃时的磨损量略高于25℃,但当载荷高于200N时,磨损量急剧升高。当温度为400℃、载荷在50～100N时,磨损量降低且达到最低值,随后在100～200N之间磨损量略有升高,200N以后磨损量急剧升高。25℃和200℃下磨损机制主要为黏着磨损和磨粒磨损;400℃、载荷为100～200N时磨损机制为氧化轻微磨损。研究发现,磨损过程中形成机械混合层,当400℃,载荷为100～200N时机械混合层中出现氧化物Ti8O15和TiO2,这样硬的机械混合层具有显著地减磨作用。

新表面化学处理用于Ti6Al4V合金表面仿生磷酸钙涂层的制备

报道了一种新的非腐蚀性表面化学处理用于Ti6Al4V合金表面仿生磷酸钙涂层的制备.将Ti6Al4V合金从浸入的过饱和磷酸钙溶液中拉出,在空气中挥干表面附着的过饱和润湿膜,在Ti6Al4V表面生成磷酸钙晶体,且其表面覆盖率随处理次数增加而增加,直至表面完全被覆盖.再将磷酸钙晶体覆盖的Ti6Al4V浸入过饱和溶液后,表面的磷酸钙晶体迅速生长成为均匀的磷酸钙涂层.该表面化学处理的机理可能为一个挥发表面结晶过程,其优点在于润湿膜干燥为表面成核提供驱动力,因此无需采用表面腐蚀性处理或不稳定的高过饱和溶液处理.

强化冷却下正交切削Ti6Al4V合金的有限元分析

为正确分析切削介质的强化冷却对金属切削过程的影响,应用通用商业有限元软件Deform-2D,对航空用钛合金Ti6A l4V进行了强化冷却条件下的正交切削有限元模拟.通过几何建模、网格划分、边界条件的设定以及材料本构模型的选取等,模拟了Ti6A l4V合金锯齿状切屑的形成过程;文中还分析和探讨了不同强化冷却条件下的切屑形成、切削力以及切削温度的变化.结果表明:随着换热系数的增大,刀具前刀面的平均温度逐渐减小,而换热系数的高低对切削力及前刀面最高切削温度的变化无显著影响.

Ti6Al4V合金的高温短时蠕变本构关系与应力松弛行为

对Ti6Al4V合金在不同温度(650、700和750℃)、初始应力(100和150 MPa)和预应变(3.97%和15.87%)条件下进行多组应力松弛试验;研究Ti6Al4V合金高温下的应力松弛行为以及影响因素。利用应力松弛的试验数据推导出高温短时蠕变应变速率与应力的关系,对蠕变应变速率-应力曲线进行拟合,得到Ti6Al4V合金的高温短时蠕变本构方程。将高温短时蠕变本构关系代入有限元软件ABAQUS中对Ti6Al4V合金的应力松弛行为进行模拟。结果表明:Ti6Al4V合金的应力松弛可以分为两个阶段:第一个阶段应力松弛速率很快,剩余应力急剧降低,该过程时间为应力松弛的前250 s;第二个阶段应力松弛较为缓慢,经过2000 s后剩余应力趋向于某一极限值,即应力松弛极限。温度对Ti6Al4V合金应力松弛的影响显著,应力松弛随温度的升高而加快,且温度越高,应力松弛极限越小。初始应力和预应变越大,应力松弛极限越大,但是两者对应力松弛行为的影响不大。模拟结果与试验测得的应力松弛曲线具有很高的吻合度,验证了高温短时蠕变本构关系的可靠性。

医用Ti6Al4V合金表面改性研究进展

Ti6Al4V合金因具有优异的力学性能和良好的生物相容性而被广泛应用于人体硬组织替代物和修复物领域。由于合金本身耐摩擦磨损性差,不具备生物活性等缺点,因此对Ti6Al4V合金进行表面改性具有重要意义。本文介绍对Ti6Al4V合金进行改性的有效方法,综述了其表面改性的研究进展,展望了表面改性的发展趋势。

Ti6Al4V合金表面类金刚石多层膜的耐蚀及摩擦磨损性能

采用磁过滤直流阴极真空弧源沉积技术在Ti6Al4V合金表面制备类金刚石多层膜,采用原子力显微镜和纳米压痕仪观测其表面形貌及硬度;采用微磨粒磨损试验机及三电极电化学测试系统考察类金刚石多层膜在模拟体液环境中的摩擦学和耐蚀性能,并与Ti6Al4V合金进行对比。结果表明:类金刚石多层膜由致密分布的纳米颗粒组成,表面粗糙度为4.86nm,硬度和弹性模量分别为54.82和342.27GPa;在模拟体液中类金刚石膜显著提高了Ti6Al4V合金的抗磨能力和减摩性能,其磨损率仅为Ti6Al4V合金磨损率的11.7%～22.6%。随着载荷增加,Ti6Al4V合金和类金刚石膜的腐蚀电位降低,腐蚀电流增加;类金刚石多层膜可有效提高Ti6Al4V合金的耐蚀能力。

置氢质量分数0.15%Ti6Al4V合金扩散连接

采用真空扩散连接技术对置氢质量分数0.15%Ti6Al4V合金进行了焊接。利用扫描电镜、电子探针、X射线衍射分析手段研究了置氢质量分数0.15%Ti6Al4V合金母材焊接前后的相组成、接头界面结构及连接工艺参数对界面扩散孔隙的影响。结果表明,焊前母材组织为长条状α+片层状(α+βH),焊后母材组织为等轴α+粗片层状(α+β)+β相上α′马氏体,在扩散连接过程中,α相中V元素扩散到βH相中,βH相中Al元素扩散到α相中。随着连接温度的升高,连接时间的延长和连接压力的增大,界面的扩散孔隙逐渐减少,当连接温度达到850℃,压力为12 MPa,连接时间为60 min时,扩散孔隙消失,接头抗剪强度高达543 MPa。

粉末冶金Ti6Al4V合金的研制进展

Ti6Al4V合金具有良好的力学性能和广阔的应用领域。该文作者在阅读大量新、老文献的基础上,综述了采用传统粉末冶金法和粉末冶金新技术制备Ti6Al4V合金的历史及现状,并将粉末冶金Ti6Al4V合金的力学性能与相应的铸造和锻造合金性能进行对比。结果表明,采用传统和新的粉末冶金技术制备Ti6Al4V合金,都能在降低成本的同时,使合金性能满足应用要求;随着近净成形技术的发展,制品性能和成本都将进一步优化。还对粉末冶金法制备多孔Ti6Al4V材料的研究进展进行了论述,认为粉末冶金法能进一步扩大Ti6Al4V合金在医学领域的应用范围。

辉光离子渗氮对Ti6Al4V合金在航空煤油中摩擦学性能的影响

为改善钛合金在航空煤油中的摩擦学性能,采用辉光离子渗氮技术对Ti6Al4V钛合金表面进行改性处理。分析了渗氮层的表面形态、组织结构、显微硬度沿层深的分布,对比研究了钛合金基体、渗氮层和5CrMnMo工具钢在航空煤油中分别与GCr15钢及QSn4-3铜合金配副对磨时的耐磨性能,并探讨了渗氮层的表面粗糙度对摩擦磨损行为的影响。结果表明:Ti6Al4V钛合金表面渗氮层硬度明显高于5CrMnMo工具钢,经表面抛光后处理,其耐磨性能显著优于钛合金基材与5CrMnMo工具钢,同时也有效降低了摩擦配副的表面磨损。研究同时发现QSn4-3铜合金配副的磨损体积损失与渗氮层的表面粗糙度呈线性递增关系,原因归于铜合金配副的磨损失效由渗氮层表面微凸体的磨粒磨损作用及航空煤油的润滑状况决定。

钎焊间隙对C/SiC复合材料与Ti6Al4V合金接头组织和性能的影响

采用AgCuTi+SiC连接材料对C/SiC复合材料与Ti6Al4V钛合金进行钎焊,并对钎焊接头进行了室温抗剪强度测试和室温至600℃热震试验。使用扫描电镜(SEM)观察了0.10～0.90 mm钎焊间隙范围内,钎焊接头的界面微观组织情况。结果表明,钎焊间隙为(0.55±0.05)mm时,接头平均抗剪强度值最高,达到141 MPa,且未发现热震裂纹。

Ti6Al4V合金超塑性的研究进展及应用现状

对影响Ti6Al4V合金超塑成形的因素,如晶粒尺寸、变形温度、应变、相变、微量元素的添加以及合金超塑成形的研究应用现状进行了综述.介绍了Ti6Al4V合金超塑性的实际应用,如等温锻造、超塑性与扩散连接的结合、气压成形、超塑胀形及轴向加载复合成形以及超塑成形今后的发展趋势等.

Ti6Al4V合金表面等离子渗Mo及其力学性能研究

研究了Ti6Al4V合金表面等离子渗Mo改性层的制备,并用SEM、XRD、EDS、SMM、纳米压痕仪、划痕试验机以及球-盘磨损试验机等研究了改性层的表面形貌、组织、相组成、显微硬度、强韧性、膜/基结合力及其耐磨性等力学性能。结果表明:改性层表面致密,具有高的表面硬度、弹性模量和结合强度,耐磨性较渗Mo处理前显著提高。