铸造钛合金的氢处理细化晶粒的研究

本文研究了氢处理（渗氢+共析处理+真空除氢）对铸造Ti-6Al-4V合金微观组织的影响。发现Ti-6A1-4V合金渗氢后析出片状的面心立方结构的TiH₂相。随含氢量的增加,TiH₂相趋于球化。渗氢试样经共析处理后,原晶界α消失,组织转变为α+TiH₂共析组织及少量残余β相。真空除氢后,组织变为细小的等轴组织。氢处理提供了一种细化铸造Ti-6Al-4V组织的有效途径。     

TC21-0.28%H钛合金微观组织及其高温变形行为研究

利用光学金相及X射线衍射,研究了TC21-0.28%H(质量分数,下同)钛合金的组织结构,通过热模拟压缩实验,研究了TC21-0.28%H钛合金在800～920℃温度范围和0.01～1s-1应变速率范围的高温变形行为,建立了钛合金高温变形本构方程。结果显示,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金β相比例显著增加,并且有新相马氏体α″与氢化物δ生成,TC21-0.28%H钛合金在α+β相区与β相区的变形激活能分别为233kJ/mol与153kJ/mol,软化机制为动态回复,与TC21钛合金相比,TC21-0.28%H钛合金变形激活能降低,热加工性能得到改善。     

多孔TC4钛合金的吸氢热力学特性的研究

利用管式氢处理炉测定了多孔TC4钛合金在673K,773K,873K和973K下的吸氢PCT曲线,确定了多孔TC4钛合金在不同温度下的吸氢平台压,并根据范德荷夫方程得出了吸氢热力学参数,分析了吸氢前后的组织变化。研究结果表明,不同温度下的PCT曲线都包括两个吸氢平台,分别是αH+βH→βH和βH→βH+δ相变所导致的平台,且平台压随着温度的升高逐渐升高;多孔TC4钛合金在生成氢化物时的焓变和熵变分别为(-47.07±0.14)kJ.mol-1和(-125.24±0.17)J·K-1·mol-1,说明多孔TC4-H体系中生成的氢化物的稳定性较Ti-H体系小,放出的热量也较少;置氢温度为673K时,由于吸氢量较高,材料组织中出现了裂纹,当置氢温度增加到973K时,组织则呈现为多方向生长的块状形貌。     

异钛合金蜂窝结构钎焊工艺研究

针对钛合金薄壁结构的钎焊制造技术,通过研究在钎料作用和不同钎焊温度下基体材料的微观组织、相变点、刚度和屈服强度的变化发现,钎料元素扩散导致TC1材料相变点降低,在875℃发生α+β→β相转变,而TC4钛合金直至905℃尚未发生α+β→β相转变.在875℃下,随着保温时间延长,TC4材料的晶粒尺寸有所长大,导致刚度和屈服强度明显下降.当钎焊温度为875℃,保温时间不大于60min时,TC4钛合金板材的刚度和屈服强度不低于原始材料的86％.确定出TC4/TC1钛合金异质钎焊工艺范围为865～875℃、保温30～60min.研究结果为钛合金蜂窝结构的钎焊制造技术提供理论依据和参考.     

TB17钛合金等温时效析出行为

采用X射线衍射( XRD)、透射电子显微镜( TEM)、光学显微镜( OM)等对新型超高强韧 TB17钛合金次生α相转变动力学进行研究。实验结果表明,该合金经β相区固溶,520℃不同保温时间时效后,片层次生α相在β相基体上析出、形核、长大,并且与基体具有柏氏共格关系。短时时效后次生α相呈针状,随着保温时间延长,次生α相粗化呈短棒状。析出相含量对TB17钛合金强化具有重要影响,TB17钛合金在完全析出过程中,次生α相含量增加,时效硬化作用增加。 TB17钛合金次生α相等温相变动力学采用 JMAK方程进行描述。     

航空发动机用β锻TC17钛合金时效析出行为研究

采用扫描电子显微镜对β锻TC17钛合金的时效析出行为进行研究,并以拉伸性能和断裂韧度试验表征不同时效处理对其力学性能的影响。研究结果表明:经两相区固溶+不同时效温度热处理后,α相在β相基体上析出、形核、长大。随着时效温度的升高,次生α相含量逐渐降低且分布不弥散,抗拉强度线性下降,塑性升高,断裂韧度线性升高。经630℃不同保温时间的时效,短时间次生α相呈针状,随着保温时间的延长,次生α相厚度d从42nm粗化至138nm,含量ωa从12.6%下降至4.5%。抗拉强度R_m与次生α相厚度、含量呈R_m=1.01ωa-0.95d+1274.1关系变化。次生α相的厚度降低和含量增加均能使抗拉强度提高,塑性和断裂韧度降低。     

BT16钛合金渗氢压缩试样中的剪切带

为了深入了解渗氢及变形速率对BT16钛合金冷镦性能的影响,采用光学显微镜(OM)和显微硬度的方法,研究了BT16钛合金渗氢压缩试样中的剪切带。结果表明：在300 mm/s的压缩速率下,中心区变形流线与剪切带保持平行;在75 mm/s的压缩速率下,剪切带中心区与剪切变形过渡区边界模糊,变形流线与剪切带呈一定的小角度。在300 mm/s的压缩速率下形成的剪切带中心区显微硬度值近似为常数,且低于基体硬度值,剪切带中心区与基体之间存在一个硬度值线性增加的过渡区。对剪切带形成过程进行了分析,提出了利用变形流线计算剪切带最大应变的方法。     

水冷温度对TC4钛合金组织演变的影响

水冷温度影响TC4钛合金的组织形态与力学性能的变化.TC4钛合金固溶后缓慢冷却到3种不同温度.水冷后组织形态与力学性能的变化结果表明:当由900℃开始水冷时,α相在晶界形核,原始的β晶粒出现;当温度继续降低达700℃然后再水冷时,析出α相相对均匀细小,试样抗拉强度和硬度分别达到了最高值867MPa和HV5218;随着冷却温度的继续下降,β相逐渐析出α相,水冷温度越低,α相呈现为粗大的片层状,试样强度和硬度降低.     

BT16钛合金渗氢压缩试样中的剪切带

为了深入了解渗氢及变形速率对BT16钛合金冷镦性能的影响,采用光学显微镜(OM)和显微硬度的方法,研究了BT16钛合金渗氢压缩试样中的剪切带.结果表明:在300 mm/s的压缩速率下,中心区变形流线与剪切带保持平行;在75 mm/s的压缩速率下,剪切带中心区与剪切变形过渡区边界模糊,变形流线与剪切带呈一定的小角度.在300 mm/s的压缩速率下形成的剪切带中心区显微硬度值近似为常数,且低于基体硬度值,剪切带中心区与基体之间存在一个硬度值线性增加的过渡区.对剪切带形成过程进行了分析,提出了利用变形流线计算剪切带最大应变的方法.     

近α型钛合金长时高温暴露过程中显微组织演变及其对热稳定性的影响

研究了近α型钛合金TG6经α+β两相区热加工的盘锻件在600℃长时暴露过程中的显微组织演变及其对热稳定性的影响。结果表明:经600℃/100h和600℃/300h长时高温暴露后,TG6钛合金的室温拉伸强度略有提高,其增幅在5%左右,而其拉伸塑性显著降低,塑性保持率小于50%,拉伸断口趋于平直化,且存在梯田状台阶和二次裂纹等,表现为显著的解理断裂特征。在600℃高温长时暴露过程中,TG6钛合金中的显微组织变化主要有在基体组织中的共格有序α2相析出及硅化物析出。随着高温暴露时间的延长,TG6钛合金的显微组织逐渐趋于稳定,拉伸性能的变化也相应趋缓。α2相析出促进了拉伸变形时位错滑移的平面化及变形不均匀,是热稳定性下降的主要原因;而硅化物析出协同促进位错滑移集中化,是热稳定性下降的次要因素。     

Cr对Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf合金显微组织与高低温力学性能的影响

 以Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf成分为基础,分别添加了2%和17%(原子分数,后同)的Cr元素替代Nb(分别称2Cr和17Cr合金),研究了Cr含量对Nb-16Si-22Ti-2Al-2Hf合金相组成、显微组织形貌、室温断裂韧性和高温强度的影响,分析了高低温失效机制。结果表明,铸态和1 375 ℃×100 h热处理后2Cr合金由Nbss和Nb₅Si₃两相组成;当Cr含量为17%时,出现了具有C15结构的Laves Cr₂Nb相,合金由Nbss、Nb₅Si₃和Cr₂Nb三相组成,热处理后在Nb₅Si₃中还析出了球状Cr₂Nb相。随着Cr含量由2%提高到17%,热处理合金的室温断裂韧性K_Q由14.32 MPa·m^1/2下降到10.30 MPa·m^1/2。合金强度与Cr含量的关系受温度影响,随Cr含量提高,室温和1 150 ℃时合金的硬度或强度增高,而1 250 ℃和1 350 ℃时合金强度降低。如1 150 ℃时2Cr和17Cr合金的屈服强度σ_0.2分别为349 MPa和387 MPa;1 350 ℃时分别为306 MPa和74 MPa。     

落管中Ni-Pb偏晶型合金的快速凝固组织特征及形成机制

Ni基偏晶合金是一种优良的自润滑耐磨材料,其组织形成规律对力学性能的影响十分关键.在自由落体条件下,对不同成分二元Ni-Pb偏晶型合金的快速凝固进行了实验研究.随着液滴直径的减小,Ni-20%Pb亚偏晶合金中α-Ni枝晶生长经历"粗大枝晶→等轴晶→蠕虫状枝晶"的转变.Ni-31.4%Pb偏晶合金的凝固组织以偏晶胞为主,...     

Mg/Al合金粉末热压烧结中相变扩散过程研究

利用OLYMPUS GX71金相显微镜及EDS对Al-15％Mg热压烧结样品进行金相显微组织观察与成分分析,探讨烧结过程中组织演变过程。实验结果表明：热压烧结过程中两种粉体发生互扩散,首先在Mg颗粒边缘形成γ（Al12Mg17）相,而后随扩散的进行γ相转变为β（Al3Mg2）相,Mg颗粒由外向内不断的形成γ相,而后不断的转变为β相,直到全部生成β相。随温度的降低,β相会以极其细小的颗粒形式析出;利用真空热压烧结方法在420℃,150Mpa下保压3—4h进行固相烧结获得密度低于2．5g／cm^3致密度达98％以上的Al—15％Mg合金。     

TA15钛合金电子束焊缝形貌及其组织研究

采用不同工艺参数对TA15钛合金进行电子束焊接,通过观察焊缝形貌、测量其形状参数研究了焊接接头形貌的变化规律,并分析了焊接接头组织。结果表明:增大电子束流时,熔深、半熔深熔宽、焊缝宽度都增大,焊缝横截面的形状从"钉形"转变为"钟罩形";增大焊接速度,对焊缝形状影响不大,熔深、半熔深熔宽及焊缝宽度均减小,深宽比先增大后减小;聚焦电流的增大对熔深作用较明显,半熔深熔宽及焊缝宽度变化不大;扫描幅值的增加使焊缝熔深减小,半熔深熔宽增大。靠近母材的热影响区组织与母材组织相近,主要由初生等轴状α相及转变β相组成,并出现针状(α+β);靠近熔合线的组织由α相和针状(α+β)相构成,并出现α'马氏体;熔合区组织由α'组成,熔合线周围柱状晶垂直于焊缝中心生长,并在焊缝中心形成单列或多列的等轴状晶。     

Ti-22Al-25Nb合金剪切旋压过程中显微组织演化

通过剪切旋压试验,研究了旋压温度(910℃和1000℃)和减薄率(0、10%和30%)对Ti-22Al-25Nb合金显微组织的影响,探讨了旋压过程中的显微组织演化规律。结果表明:Ti-22Al-25Nb(原子数分数)合金旋压组织主要由α2相、B2相和O相组成,在旋压过程中,B2晶粒沿旋轮进给方向被拉长,且伴随有动态再结晶现象发生;温度主要影响Ti-22Al-25Nb合金中α2相与O相的尺寸和形貌,随着旋压温度的升高,O相片层逐渐变短并粗化,α2相趋向等轴化;变形量主要影响α2相体积分数与O相形貌,随着减薄率的增大,α2相体积分数逐渐减少,O相从片层状转变为短棒状。因此,Ti-22Al-25Nb合金剪切旋压过程中不仅发生晶粒变形与动态再结晶现象,更涉及复杂的相变行为,组织控制困难。     

Evolution mechanism of lamellar α and interlayered β during hot compression of TC21 titanium alloy with a widmanstätten structure

TC21 titanium alloy, as an important metal to fabricate the aircraft structural components, has attracted great attentions recently. A TC21 titanium alloy with widmanstätten structure was isothermally compressed. Based on the microstructure observation, the evolution of initial β grain, Grain Boundary α phase (α_GB), lamellar α and interlayered β was systematically investigated. The results showed that, with the increasing of height reduction, the α_GB underwent an evolution process from bending/kinking to breaking inducing the corresponding blurring of initial coarse β grain outline. Meanwhile, a significant phase transformation from α to β took place at the terminations of broken α_GB. The evolution of lamellar α and interlayered β in the colony was closely related to their deformation compatibility. In the α colony, the interlayered β experienced a larger deformation amount than lamellar α. The higher distortion energy promoted the occurrence of Dynamic Recovery (DRV) and Dynamic Recrystallization (DRX) to generate many Low Angle Boundaries (LABs) and High Angle Boundaries (HABs) in interlayered β, which induced an apparent grain refinement of β phase. On the contrary, the lower distortion energy and low deformation temperature suppressed the occurrence of DRV/DRX and restrained the globularization of lamellar α. Furthermore, the microstructure observation clearly revealed that the shearing separation mechanism dominated the evolution of the α phase from lamellar to short bar-like morphology.     

锻造温度对TC4合金组织与性能的影响

研究锻造加热温度对TC4合金组织与性能的影响规律。表明其均采用锻后水冷加强化热处理相同条件下,TC4合金采用高温锻造(相变点以下10℃至相变点以上5℃),可以获得细密交错的网状α+β组织,或其间伴有少量等轴α相的双态组织,从而可得到高强度与高塑性的性能。本文还讨论了上述工艺使TC4合金有效强化的机理。     

Substructure evolution in two phases based constitutive model for hot deformation of TC18 in α + β phase region

The α + β dual phase titanium alloys are key structural materials in aviation and aerospace industries, and the complicated flow behavior of these titanium alloys during hot deformation requires to establish a constitutive model incorporating physical mechanism for optimizing processing parameters and designing forming tools. This work aims to establish a constitutive model incorporating physical mechanism for hot deformation of TC18 in α + β phase region. Firstly, the flow behavior and microstructure evolution for hot deformation of TC18 in α + β phase region are characterized. The TC18 shows significant strain hardening rate and negative strain hardening exponent around and after peak flow stress, respectively. After peak flow stress, Dynamic Recovery (DRV) mechanism dominates the evolution of α and β phases according to the results of substructure evolution. Then, the internal state variables method is applied to establish a constitutive model incorporating physical mechanism for hot deformation of dual phase titanium alloys. The variation of dislocation density during the hot deformation of titanium alloys is modeled by considering the accumulation of dislocation due to the impediment to dislocation movement by substructure obstacles and the annihilation of dislocation due to the dynamic restoration effect. The interaction between dislocations, the subgrain boundaries and the grain/phase boundaries obstruct the dislocation movement in the α phase, and the first two obstructs the dislocation movement in the β phase during the hot deformation of TC18. The dislocation annihilation process in the α and β phases during the hot deformation of TC18 is dominated by DRV. Finally, the substructure evolution in the two phases based constitutive model for hot deformation of TC18 in α + β phase region is presented. This model is well applied to predict the flow stress and quantitively analyze the role of DRV effect in the evolution of α and β phases during the hot deformation of TC18.