合金化元素对β-Nb_5Si_3影响的第一原理计算(英文)

本文采用Ti,Cr,Al,Hf元素对金属间化合物β-Nb5Si3进行了合金化,利用基于平面波赝势理论的第一原理方法对其能量、电子结构、晶体常数、弹性常数进行了计算。合金化前后的能量变化表明:Ti,Cr,Hf元素优先替换NbI, NbI, NbII的Nb原子,而Al使得β-Nb5Si3 稳定性降低。合金化原子的占位使得β-Nb5Si3的晶体参数发生变化,其中:Ti、Cr原子能够降低晶胞的c/a值,而Hf促使晶胞从四方晶系向正交晶系转变。态密度计算表明 Ti,Cr,Hf提高了β-Nb5Si3相的导电性。采用Voigt公式计算掺杂前后各体系的弹性模量;并基于Pugh经验公式,对合金的室温韧性进行了评价,结果表明:Ti,Cr元素的掺杂降低了β-Nb5Si3相的室温断裂韧性,而Hf元素的掺杂能够提高β-Nb5Si3的断裂韧性。     

合金成分对TA15钛合金组织及力学性能的影响

为分析TA15钛合金成分的微小变化与显微组织和力学性能之间的响应关系,利用电子万能拉力试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)装置测量了4种不同成分TA15钛合金的室温准静态拉伸性能和动态力学性能,结果表明:Zr元素对室温拉伸强度性能影响微弱,随着主合金元素Al、V和Mo元素含量的增加,初生α相含量减小,次生α相片层较细,合金的强度提高,塑性下降;在临界应变率范围内,合金成分的微小变化对动态力学性能的影响微弱,提高主合金元素Al、Zr、V和Mo元素含量,有利于提高合金的临界应变率,且在此临界应变率下具有优异的动态力学性能;对于空冷条件下获得的等轴组织TA15钛合金,初生α相体积分数越小、次生α相片层较细时有利于室温抗拉强度、临界应变率和动态力学性能的提高。     

阻燃钛合金Ti40铣削加工性研究

钛合金因优异的物理力学和化学特性(如密度低、比强度高、耐蚀性好等特点)而被广泛应用于航空航天等领域[1].虽然其综合机械性能良好,但其可燃性却极大地限制了其在一些苛刻环境条件下的应用,如高性能航空发动机的高温、高压气流环境等,在这样的背景下,阻燃钛合金应运而生[2-3].20世纪90年代,国际上已研制出多种阻燃钛合金,如美国的Alloy C合金、俄罗斯的BTT-1和BTT-3合金.国内也于1993年研制成功阻燃钛合金Ti40和Ti14.其中,Ti40具备更好的综合力学性能[4],它是一种单一β相钛合金,β相稳定元素含量高达40％,高温性能良好,长时间工作温度在500℃左右.     

Cr含量对Ti5Mo5V3Al-xCr系合金组织及性能的影响

对Ti5Mo5V3Al-x Cr(x=1.0,3.0,5.0,7.0,9.0)系五种合金分别在β单相区和(α+β)两相区固溶水淬处理后,并在同一温度时效后的力学性能进行了研究。结果显示,合金的时效强度随着Cr含量的增加而逐渐降低。通过扫描电镜SEM及XRD等分析测试手段,详细分析了五种合金在各种热处理状态下的相构成、相含量、尺寸形貌等微观因素与宏观力学性能之间的相关性。结果显示Ti5Mo5V3Al-x Cr系合金的强化机制主要是由于时效过程中析出的αs相造成的。合金强化效应的大小则与αs相析出的数量、尺寸密切相关,而αs相的析出机制主要由Cr元素在合金系中的含量所决定。     

一种稀土改性的先进高温钛合金

本文简要介绍了西北有色金属研究院研制的新型高温钛合金 Ti633G 的组织与性能特点。Ti633G 的名义成分为 Ti—6.5Al—3Sn—3Zr—1Nb—0.3Mo—0.2Gd.它是以 IMI829为基础,通过添加少量稀土元素钆(Gd)改性而成的。合金的设计思想着重在搞好蠕变—疲劳—热稳定性的配匹,获得良好的综合性能.添加0.2Gd 可使 IMI829合金的平均β晶粒尺寸由500μm减小到100μm,并抑制高温下β晶粒长大。Ti633G 中存在三种结构的 Gd_2O_3氧化物粒子和 S_2型硅化物——(TiZr)_6Si_3粒子.将 Ti633G 与 IMI829合金的拉伸、蠕变、疲劳和热稳定性进行了对比,并讨论了 Gd 在高温钛合金中的作用。Ti633G 是在航空发动机上应用的“本质细晶粒的”先进高温钛合金,使用温度可达550℃。     

Ni-Al—Ta／Mo合金的层错能及影响因素

采用置换原子的热力学模型,计算了Ni-Al-Ta/Mo合金的层错能.分析了Ni-Al-Ta/Mo合金中各元素浓度及温度对层错能的影响.结果表明:Ni-Al-Ta/Mo合金的层错能随Al含量的增加而明显降低,其中,随Al浓度提高,合金中原子偏聚自由能(ΔGγ→εs)降低,可促进γ′有序相的形成是使合金层错能降低的主要原因.随Mo/Ta含量的提高,可引起置换原子自由能(ΔGγ→εb)降低,原子偏聚自由能(ΔGγ→εb)升高;随温度提高,Ni-Al-Ta/Mo合金中的置换原子自由能(ΔGγ→εb)增加,表明合金中发生原子置换需要外部供给能量,而引起原子偏聚自由能(ΔGγ→εs)升高,表明高温不利于溶质原子的偏聚.     

K488合金平衡相的热力学计算

利用Thermo-Calc热力学计算软件,对K488合金平衡相和合金元素对析出相的影响规律进行了计算和实验两方面的分析。计算和实验结果均表明:合金的平衡相主要有γ、γ'、σ、碳化物,合金凝固过程中Mo,Ti偏析比较严重;随着C和Nb含量的增加,MC的析出量增加而析出温度降低,Ti元素则相反;Al、Ti元素含量的增加,γ'相析出量和析出温度逐渐增加;Cr含量对σ相的析出量和析出温度影响最大;计算和实验结果具有较好的一致性。     

TiNiPd高温形状记忆合金相变温度与相变滞后的研究

回顾了在 Ti Ni二元系合金基础上发展起来的 Ti Ni-X三元系高温形状记忆合金及 Ni Al系高温形状记忆合金。重点研究了 Ti Ni Pd系合金成分、相变温度和相变滞后的关系。结果表明 :当 Pd的原子百分数大于3 3 %,相变点的增加尤为显著,Pd的原子百分数提高 1 %,将导致合金的相变温度升高 2 0℃,当 Pd的原子百分数为 4 0 %时,Ms点可达 3 79.8℃。温度滞后ΔT随 Pd含量的增加基本不变,只是在 Pd原子百分数达到4 0 %时ΔT略有增加。相变热ΔH随 Pd含量增大呈线性增加,非常明显     

新型Co基合金Co-9Al-(9-x) W-xMo-2Ta-0.02B的显微组织与高低温力学性能

以新型Co基合金Co-9Al-9W-2Ta-0.02B成分为基础,分别添加了原子分数为2％、4％、6％、9％的Mo元素替代W（分别称2Mo、4Mo、6Mo、9Mo合金,W+Mo的原子分数为9％,无Mo添加的称为0Mo合金）,研究了Mo元素对合金相组成、显微组织形貌、维氏硬度和高低温压缩强度的影响.结果表明铸态合金由Co...     

双重退火对激光增材制造Ti60A合金显微组织和力学性能的影响

对激光增材制造Ti60A高温钛合金进行"Tβ-30"(1020°C/1h/AC+700°C/2h/AC)双重退火和"Tβ-10"(1040°C/1h/AC+700°C/2h/AC)双重退火热处理,对比研究了沉积态、双重退火态的显微组织特征,包括α相体积分数(%)、α相板条宽度(μm)、α相长宽比等的差异,并测试了热处理前后的室温拉伸和高温拉伸性能,讨论了双重退火对合金显微组织及力学性能的影响机理。结果表明:"Tβ-10"双重退火态的拉伸强度较高,室温塑性最高,具有优于激光沉积态和"Tβ-30"双重退火态合金的综合性能。研究结果为优化高温钛合金的综合力学性能和提高航天器钛合金构件综合力学性能提供了参考。     

添加硼元素对Ni-25at%Si/Ti600接头组织性能的影响规律

以高温钛合金和自共晶镍硅合金为母材,使用额外添加硼元素的Ti-Zr-Ni-Cu非晶钎料进行钎焊连接,针对硼元素含量和钎焊对接头界面结构和力学性能的影响进行探究。通过对Ni-25at%Si/Ti-Zr-Ni-Cu+B非晶钎料/Ti600接头的界面组织结构进行优化实现钎焊结构性能的提升,获得质量良好的钎焊接头。研究结果表明,通过引入硼元素可调控钎焊过程,继而获得TiB晶须,这种晶须能对Ti₂Ni层产生复合强化的作用,进而使接头高温钛合金侧界面的残余应力明显下降,减缓接头开裂的速度,同时结合拔出强化方式对裂纹的扩展起到阻碍作用,从而提高接头的强度。1 213 K/10 min工艺条件下的镍硅合金/高温钛合金钎焊接头的平均强度高于不含硼元素增强的接头,达到84 MPa,同时确保在接头内部不会出现裂纹和孔洞,进而达到提升镍硅合金/高温钛合金钎焊接头质量的效果。     

Mar-M247铸造高温合金平衡析出相热力学计算与分析

以Mar-M247合金为对象,通过热力学模拟计算,研究合金元素变化对平衡析出相、合金初熔温度和终熔温度的影响规律。结果表明:合金的主要平衡析出相为γ'相、MC、M6C、M23C6型碳化物、μ相及MB2、M3B2型硼化物,合金凝固过程中Hf和Ta元素偏析比较严重;在成分标准范围附近波动时,对初熔温度影响最大的合金元素为Cr、Mo、Ti、Hf;碳化物的析出温度和析出量均随C含量的增加呈线性递增趋势;另外,Hf、Ti、Ta含量的提高有利于MC型碳化物的析出;Cr含量的提高有利于M23C6型碳化物的析出;而W和Mo含量的提高则有利于M6C型碳化物的析出;μ相主要受Mo和W元素影响,随着二者含量的升高。μ相的析出温度和质量分数均升高;Al、Ti和Ta含量变化均会影响合金中γ′相的析出量及析出温度,并且三者对于γ′相的影响程度依次减弱。     

Ti-Cr合金的燃烧行为及燃烧产物分析

以DCSB法点燃Ti Cr二元合金 ,研究该合金的燃烧行为及其燃烧产物。结果表明 :Ti (>10 % )Cr合金元素的燃烧速度较低 ,Cr含量大于 15 %的合金阻燃效果更明显 .Ti Cr合金燃烧产物表面及Ti (<10 % )Cr合金的燃烧产物与基体的界面均开裂多孔 ,不可能阻止氧向基体内扩散 ;而Ti (>10 % )Cr合金的燃烧产物与基体的界面氧化物比较致密 ,降低了燃烧速度。Ti Cr合金的燃烧产物是TiO2 、TiO和TiCrO3     

Ti-30Nb-1Mo-4Sn合金热机械处理过程中的相组成及力学性能演化

采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)观察和力学性能测试,系统研究了具有低弹性模量的亚稳β钛合金Ti-30Nb-1Mo-4Sn(wt%)在热机械处理过程中的相组成与力学性能演化。研究结果表明:固溶态合金具有较低的结构稳定性,拉伸过程中出现应力诱发马氏体相变,导致合金呈现较低的屈服强度;固溶态合金经时效处理后,由于缺乏异质形核点并且时效时间较短,第2相析出很少,其稳定性并没有明显提高,淬火的过程中仍然会发生马氏体相变,因此其屈服强度也不能得到显著提高。合金经冷轧变形后,晶粒显著细化并引入大量形变位错,大量的缺陷为α相析出提供了形核点,因此在时效处理时析出大量细小α强化相之后,合金的屈服强度和断裂强度显著提高。值得注意的是,冷轧态合金选择一个合适的退火温度(350℃),可以使时效处理后的强度达到最大值,进一步提高退火温度,发生再结晶,位错密度下降,导致合金强度剧烈下降。     

Ti_2AlNb合金的钎焊试验研究

采用箔带状Ti-15Cu-15Ni钎料合金对Ti2Al Nb合金开展钎焊试验研究。随着钎焊温度的升高,钎料合金在基体材料上的润湿角逐渐减小,直至965℃完全润湿基体材料。当钎焊工艺为975℃/10min时,钎焊接头室温抗拉强度可达855MPa,达到基体强度的80%。钎焊界面为冶金结合界面,未见焊接缺陷,界面中心存在10μm宽的钎料元素富集区。该工艺条件下,Ti2Al Nb合金的室温拉伸断口为脆性解理断口,钎料元素富集区处产生了大量的二次裂纹。研究结果为Ti2Al Nb合金钎焊构件的制造技术提供了理论基础。     

Ti—6A1—4V合金热处理要点

一、前言 具有比重轻、强度高、耐蚀性好的钛合金被认为是最优秀的金属材料之一。在军品和民品上的应用日益广泛,尤其是航空、航天工业中用钛合金制造的零件越来越多。 在大多数实用的钛合金中,Ti-6A1-4V合金应用最为普及,所占比重最大。本文重点介绍Ti-6A1-4V合金的特点及在热处理上的要点。 二、钛合金的分类 钛合金按室温组织分为α型、α β型和β型三类钛合金。 α型:α型钛合金是钛中加入了稳定α元素,如A1、Sn等元素。合金的组织为α相。     

TZM合金组织及性能研究

采用非自耗电弧熔炼和电子束熔炼的方法制备了TZM合金锭,研究了Zr元素含量变化对合金组织和力学性能的影响,探索了合金的高温抗氧化性能.研究发现,TZM合金显微组织由Mo固溶体基体和第二相颗粒组成,由于固溶强化和弥散强化,合金在1250℃的压缩强度大于400MPa,是纯Mo的近4倍,而且当Zr含量为0.08%(质量分数)时,压缩强度最高.采用包埋渗法在TZM合金表面涂覆Al-Si涂层能明显改善合金的抗氧化性能.     

TiNiMo形状记忆合金的相变、形状记忆效应与力学性能研究

研究了TiNiMo形状记忆合金的相变特性、形状记忆效应和力学性能,结果表明:TiNiMo合金存在一个R相变,Mo的加入降低了TiNi合金的马氏体相变开始温度（Ms）,Ti50Ni48.5Mo1.5和Ti50Ni48Mo2.0合金的Ms分别达到了-85℃,-103℃,这两种合金分别在8.51%和8.26%的预应变下获得了8.06%和7.71%的形状记忆效应。Ti50Ni48Mo2.0合金的屈服强度和抗拉强度分别为589MPa和799MPa,比Ti50Ni48Fe2.0的相应强度分别高73%和31%,同时Ti50Ni48.5Mo1.5的力学性能也较为优异,因而TiNiMo合金是很有发展潜力的新型的记忆合金接头材料。     

H_2在Al_nCu_m(n=4-6,m=1-3)团簇上的分子吸附理论研究

采用遗传算法结合密度泛函理论,搜索了Al_nCu_m(n=4-6,m=1-3)团簇的稳定结构,计算了团簇的结合能;采用密度泛函理论的B3LYP/6-31+G(d,p)方法优化了氢分子的吸附结构,计算了氢分子的吸附能。除Al_4Cu_3,Al_5Cu_2和Al_6Cu团簇外,其它Al-Cu团簇与相应的纯Al团簇相比稳定性增强。氢分子倾向于吸附在原子的顶位,在Al原子顶位的吸附强度很弱,在Cu原子顶位的吸附较强,吸附能可达到-0.212 eV,达到了氢分子吸附的理想吸附强度。     

脉冲加压扩散连接工艺参数对钛合金与不锈钢接头强度的影响

采用脉冲加压扩散连接工艺对TA17钛合金与0Cr18Ni9Ti不锈钢进行了连接试验.利用液压万能试验机测试了接头拉伸强度,分析了脉冲加压扩散连接工艺参数对接头强度的影响.结果表明:当连接温度为1098K、脉冲最小压力Pmin=8MPa、脉冲最大压力Pmax=50MPa、脉冲次数为20次、脉冲频率为0.5Hz时,加热速度vh=30K/s,冷却温度vc=5K/s,得到最高的接头拉伸强度为293MPa,连接所用的有效时间仅为220s,实现了钛合金与不锈钢的高效良好连接.利用X射线衍射(XRD)及扫描电镜(SEM)分析了接头组成相及断口形貌,接头界面主要存在β-钛、Fe2Ti,FeTi,拉伸试验中β-钛的固溶体承担了主要的拉伸力.