初生α相含量对近α钛合金TG6拉伸性能和热稳定性的影响

采用力学性能测试和断口分析等方法研究了初生α含量对TG6高温钛合金双态组织拉伸性能和热稳定性的影响.当双态组织中的初生α含量大约在20%～50%的范围内时,TG6钛合金的拉伸强度和塑性没有特别大的差别.但当经过600℃/100h的试样热暴露后,TG6钛合金的拉伸强度略有增加,而塑性则明显降低.塑性下降的程度与合金的初生α相含量密切相关,初生α含量越少,则热暴露后塑性下降幅度越大.导致TG6钛合金热暴露后塑性损失的主要因素有共格α2相的析出、硅化物的析出以及表面氧化.相对而言,其中共格α2相的析出是合金热暴露后塑性损失的最主要因素.     

TG6高温钛合金中α2相的沉淀析出行为及其对塑性的影响

随着对高温钛合金耐热性要求的不断提高,往往得通过加入高含量的Al、Sn、Zr和Si等元素来进行合金化,但在获得高热强性的同时也会因高温长时服役过程中析出α2相和硅化物而降低合金的塑性等.本文研究了TG6钛合金在不同热处理状态下α2相的沉淀析出行为及其对塑性的影响.结果表明,600℃是α2相析出的最佳动力学温度,α2相与α基体保持完全的晶体学共格关系,在α基体中均匀弥散分布,两者具有极小的错配度.共格有序的α2相析出将促进位错的集中平面滑移,限制了交滑移的进行,并引起滑移的不均匀分布,形成粗大的滑移带,从而引起室温拉伸塑性的下降.     

近α型TG6高温钛合金中硅化物的沉淀析出行为

采用光学显微镜(OM),透射电镜(TEM)研究了近α型TG6钛合金在不同热处理状态下硅化物的沉淀析出行为。结果表明,硅化物优先在原始β片层上析出,同时,在有些α基体中也有硅化物的析出。硅化物呈现长杆状或椭球状,为六方结构的S2型((TiZr)6Si3)硅化物,与α基体没有确定的取向关系。在透射电镜下可以看出,硅化物分布并不均匀。在600℃热暴露过程中,随着热暴露时间的延长,硅化物的数量增多尺寸增大。析出的硅化物与位错发生交互作用形成位错堆积,可以有效阻碍位错的滑移运动,提高合金强度。     

B/Y复合微合金化高温钛合金显微组织及性能研究

研究了B/Y复合微量添加对高温钛合金凝固过程及显微组织的影响,分析了不同变形温度下高温钛合金的显微组织演变过程,测试了高温钛合金在室温和650℃下的拉伸性能。结果表明,B/Y微量复合添加使高温钛合金凝固过程中产生成分过冷,形成了包裹于β晶界的链状TiB增强相和晶界、晶内弥散分布的稀土氧化物颗粒,显著细化了原始β晶粒,抑制了β晶界的移动,使晶内析出的α片层长径比减小。不同温度轴向压缩变形后,高温钛合金饼坯不同位置处显微组织存在不均匀现象,TiB增强相促进了次生α相的球化。力学性能结果分析表明,两相区变形合金具有较好的强塑性匹配,B/Y复合添加后高温钛合金650℃拉伸强度得到明显提升。     

热暴露对IMI834近α高温钛合金组织和拉伸性能的影响

测试了ＩＭＩ８３４高温钛合金在６００～７５０℃的空气中热暴露１００小时后拉伸性能，利用透射电镜和扫描电镜观察了合金暴露前后的组织变化及拉伸断口，认为表面氧化是造成合金热暴露后塑性下降的主要原因，但基体组织内有序α２相和硅化物的析出变化也在不同程度上造居了合金热暴露后的强度和塑性的下降。     

不同Si含量对耐热钛合金（7715C）组织及性能的影响

本文主要研究不同Si含量对7715C钛合金的组织及性能的影响。通过对不同Si含量对室温拉伸、室温缺口拉伸、冲击、540℃高温拉伸及热稳定性影响的观察分析,得知在7715C合金中的最佳Si含量为0.2％。在此Si含量下综合性能最好,当Si含量高于或低于0.2％时,上述性能均有所下降。不同Si含量合金经540℃/不同时间热暴露后发现最佳峰值随热暴露时间的延长而左移,热暴露100h后峰值在Si含量为0.3％左右,而热暴露200h后,峰值左移至Si含量为0.2％。从组织的变化来看,合金中Si的最佳含量以在热加工温度下保持最大固溶度不析出硅化物为宜。硅化物的析出随着热暴露时间的延长及Si含量在合金中的提高而逐渐增多,故使峰值随热暴露时间的延长而左移。     

近等温变形量对TC4-DT钛合金组织参数和拉伸性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜、电子探针、金相图像分析软件等研究近等温变形量对TC4-DT钛合金显微组织和拉伸性能的影响规律。研究发现:随热变形程度的增大,晶界α相逐渐被破碎,晶内粗大的片状α相宽度逐渐增大,但是细片状的α相宽度变化不大。粗片状α相是由元素扩散引起的成分偏析形成,60%的变形程度下元素扩散充分,不同形态α相之间合金元素成分差别降低,使得最终组织较为均匀。晶内粗片状α相含量和位向随变形程度升高而变化,低变形程度下(20%)α/β相界不会成为位错滑移的障碍,位错主要集聚于晶界导致沿晶断裂。高变形程度(60%)使原来的两相位向关系被打破,相界成为位错滑移的障碍,强度和塑性都得到提高,室温拉伸断口呈现穿晶断裂。实验结果表明在本实验条件下60%的变形量可以获得较好的强度和塑性匹配。     

时效时间对高压气瓶用Ti-5Mo-5V-6Cr-3Al合金冷轧管显微组织与力学性能的影响

研究了时效时间对高强高韧Ti-5Mo-5V-6Cr-3Al合金冷轧管显微组织与力学性能的影响。结果表明:560℃保温,在1h之内,冷轧管内α析出相尺寸和相含量迅速增大,冷轧管的抗拉强度受α析出相含量和大小以及位错与孪晶等畸变能的影响,先升高后下降,塑性仅受α析出相的含量和大小的影响,迅速升高;1～4h之间,α析出相长大速度变缓,α析出相含量增加速度显著变慢,抗拉强度仅受α析出相含量和大小的影响,先升高后下降,塑性继续升高到峰值;4～24h之间,α析出相含量增加速度非常缓慢,α析出相长大速度更加缓慢,α析出相粗化,抗拉强度下降,塑性下降,发生过时效。     

TC11合金最大m值超塑变形机理

众所周知,应变速率敏感性指数m值是材料超塑性能的重要特征参数,通常m值越大则超塑性越好。介绍了最大m值超塑变形的新方法。该方法的思路是：在塑性变形过程中,通过动态测定m值并实时控制变形速度,使m值始终保持最大值;同时结合TC11钛合金(Ti₆₅Al₃₅Mo₁₅Zr₀3Si) 高温拉伸实验,实现了最大m值超塑变形方法,在900 ℃拉伸时获得了最大延伸率2300%。由金相及电子技术分析发现TC11钛合金超塑性变形以晶界滑移为主,并伴随晶内位错滑移。最大m值法超塑性变形能够使动态再结晶充分发生,是提高钛合金塑性的有效方法。     

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。     

一种低Cr高W型铸造镍基高温合金的显微组织及其稳定性

研究了一种具有第一代单晶合金高温强度水平,其成分为Ni 1.5Cr 10Co 16W 2Mo 6Al 1Ti 1Nb 0.1C 0.02B 0.1Zr的普通铸造镍基高温合金的显微组织及其长时组织稳定性。对试验合金铸态及850℃/3000h,950℃/1000h,1100℃/50～500h热暴露后的显微组织进行了光学金相、定量金相、扫描电镜和能谱分析。结果表明:取样部位的截面尺寸不同直接影响合金铸态组织中相的尺寸及含量,其中大截面尺寸部位共晶γ′的含量少而尺寸大;截面尺寸对MC碳化物含量影响不大,但其尺寸随着截面尺寸的增大而明显增大。本试验用合金具有优良的组织稳定性,在850～1100℃长时热暴露均无有害的TCP相析出,其碳化物反应是MC的缓慢分解和M6C沿晶界、枝晶间和共晶γ'周围析出,在1100℃/500h热暴露以后,仍然保留原始铸态组织中约50%的MC碳化物。     

DD6单晶高温合金760℃和1070℃拉伸行为与变形机制

采用拉伸测试、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等手段研究了第二代单晶高温合金DD6在760℃和1070℃拉伸行为与变形机制。结果表明:DD6单晶高温合金760℃拉伸变形时,大量位错和层错切割γ'相,出现热激活硬化,拉伸应力-应变曲线表现双重阶段,断口为类解理断裂特征;1070℃拉伸变形时,位错主要以绕过γ'相方式在γ相通道运动,拉伸应力-应变曲线表现曲线特征,断口为韧窝断裂特征。     

X2A66铝锂合金高温变形过程中的微观组织演变

研究了X2A66铝锂合金在高温变形过程中的微观组织及析出相的演变规律。结果表明,在变形温度为420℃,应变速率为0.01s~(–1)时,在变形初期,X2A66铝锂合金基体中亚晶组织不完整,同时出现少量动态再结晶晶粒;随着变形量增加,可以观察到平直且清晰的晶界,当变形量大于80%时,部分晶界内出现大量位错,在析出相周围产生位错缠结。X2A66在高温变形过程中T_1相出现破碎回溶的现象,同时在变形过程中动态析出δ'相。T_1相的破碎回溶使基体重新达到过饱和状态,尤其是Li元素的过饱和促进了δ'相的析出。处于晶界内部的析出相能阻碍位错运动,提升再结晶晶粒的形核率。钉扎在晶界上的析出相能有效阻碍晶界及亚晶界的运动从而降低动态再结晶速率。     

BTi-62421S 高温钛合金超塑性能及应用

对BTi-62421S高温钛合金进行了高温超塑性拉伸实验,通过研究超塑条件下的力学性能、金相组织及拉伸断口形貌,确定了该合金高温拉伸条件下的断裂机制及超塑成形最佳变形工艺参数,在此基础上进行了BTi-62421S钛合金框架零件的超塑性成形实验。结果表明:BTi-62421S钛合金在920℃,应变速率10-3/s时具有最佳超塑性能,伸长率达到448.5%;该合金拉伸断裂机制以韧性断裂为主,但在不同变形参数下伴随着不同程度的脆性断裂;在超塑条件下可以成形出满足使用要求的航天用钛合金框架零件。     

具有α″马氏体组织的Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金拉伸变形行为

研究了具有α″马氏体组织的Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金拉伸变形行为。结果表明:具有α″马氏体组织的Ti-3Al-4.5V-5Mo钛合金具有较低的屈服强度和良好的塑性。在拉伸变形时,α″马氏体晶格重新取向:[010]α″方向平行于拉伸轴线,[100]α″方向垂直于拉伸轴线;b/3a增加,产生了斜方结构α″向密排六方结构α′相的转变。应变产生的α″→α′马氏体转变为位移型无扩散二级相变,热力学计算表明,在拉伸变形条件下发生α″→α′马氏体转变时,体系的自由能降低。     

Al含量对耐热Mg-Al-Sr合金显微组织及力学性能的影响

研究了Mg-(4～7)Al-2Sr系列四种合金的显微组织、拉伸和蠕变性能及Al含量对其组织和性能的影响.Mg-(4～7)Al-2Sr系合金的铸态组织均由α-Mg和沿枝晶界分布的第二相构成.Al含量为4%时在晶界处形成了离异共晶和少量层片共晶Al4Sr相及大块的三元τ(Mg-Al-Sr)相.Al含量的增加使Al4Sr全部转变为更加粗大的层片状共晶,同时共晶相的体积分数增加而τ相体积分数减小,当Al含量6%时全部为α-Mg+Al4Sr共晶组织.Al含量继续升高到7%后,基体中形成了少量的Mg17Al12相.含Al 4%和5%的合金中Sr抑制了显微组织中Mg17Al12相的形成和高温下的非连续析出,并且在高温100h蠕变后显微组织没有发生明显变化,有较好的蠕变抗力.三元τ相比Al4Sr有更高的热稳定性,因此在Al含量低于6%时,随着Al量增大,τ相减少而Al4Sr相增加,导致合金蠕变性能有所下降;Al含量高于6%时,胞状Mg17Al12相非连续析出,Al含量增大使析出相增多,蠕变性能也逐渐下降.     

新一代600℃高温钛合金材料的合金设计及应用展望

先进航空发动机及超声速飞行器的发展对耐热轻质的600℃高温钛合金材料提出了迫切需求。600℃高温钛合金主要用于制造发动机600℃以下高温段高压压气机轮盘、叶片、整体叶盘、机匣以及飞行器机身构件、蒙皮等,可以显著减轻结构重量,大幅提高发动机的推重比和飞行器的飞行速度和机动性。600℃高温钛合金的设计受蠕变与热稳定性本质矛盾的限制,为了最大程度发挥高温蠕变抗力,同时兼顾塑性、热稳定性等,基于当量设计准则和扩散理论,设计研制新的600℃高温钛合金材料TA29,合金系为Ti-Al-Sn-Zr-Nb-Ta-Si-C。TA29钛合金具有优异的热强性,良好的断裂韧度、塑性和热稳定性,其整体叶盘部件成功通过了发动机强度考核试验,有望推广应用于先进航空发动机、超高声速导弹等飞行器的高温结构部件。应加强TA29钛合金高温蠕变-疲劳-环境交互作用、微织构、表面完整性、残余应力分析及其对使用性能影响等研究。     

喷射沉积SiCp/Al-8.5Fe-1.3V-.17Si热暴露过程的显微组织演变

采用喷射沉积工艺制备了SiCp/Al-8.5Fe-1.3V-1.7Si复合材料,并通过热压后多道次热轧制备了板材.研究了板材在不同温度下热暴露过程中第二相粒子、SiC/Al界面和位错密度的变化,并通过X射线衍射分析了板材在热暴露过程中的物相变化.结果表明,复合材料经热加工后第二相粒子保持弥散细小,为50～ 80nm,SiC/Al界面干净,没有脆性相生成;在500℃暴露200h后,第二相粒子几乎没有变化;在550℃暴露200h后,第二相粒子略有长大,没有明显的脆性相生成;600℃下暴露10h后,SiC/Al界面处生成Al4C3相,第二相粒子长大至400 ～500nm,并生成Al13Fe4相;在550℃热暴露过程中,随着暴露时间变长,位错密度增加.SiC颗粒分解向基体中析出游离态Si,抑制了Al12( Fe,V)3Si的粗化和分解,提高了复合材料的耐热性能,因此该复合材料在550℃以下具有良好的热稳定性能.550℃以上耐热性能急剧下降,热暴露过程中位错增殖.     

热暴露对TC11钛合金断裂行为的影响

对TC11钛合金经不同温度和时间热暴露后的拉伸性能进行了考察,对不同热暴露后断裂行为的变化及其原因进行了分析研究。结果表明,热暴露温度不高于550℃,热暴露后的室温拉伸性能与未处理时相差不大,断面由纤维区和剪切唇区组成,无放射区;热暴露温度高于550℃时,热暴露后TC11钛合金的塑性急剧下降,断面由放射区和剪切唇区组成,无纤维区,且放射区收敛于断面上靠近试样表面附近,点源。放射区微观上可见韧窝、准解理及沿相界、晶界分离的混合形貌特征,不同于纤维区的等轴韧窝形貌,且剪切唇区可见解理、准解理脆性断裂特征。热暴露后TC11钛合金这种宏微观断裂行为的变化是由试样表面氧污染层的缺口效应、针状α2(Ti3Al)相的析出以及次生α与β的长大所致。     

TC6钛合金普通退火热稳定性和高温性能研究

研究了TC6钛合金经普通退火处理后的热稳定性能和高温力学性能,并与双重退火、等温退火状态进行了对比分析。结果表明,普通退火状态TC6钛合金在300℃/5000h以下具有良好的组织和性能稳定性,不同温度瞬时拉伸、蠕变、持久等高温性能与双重退火和等温退火状态相当。经普通退火处理的TC6钛合金半成品可以满足飞机结构件的使用温度(300℃以下)要求。