Cu-Sn-Ti体系边际二元系界面反应的研究

Cu-Sn-Ti三元系及其相关的3个二元系均具有重要的实用价值.实验制备了Ti/Sn和Cu/Sn固-液扩散偶及Cu/Ti二元固相扩散偶,经电子显微和探针观测发现: Ti/Sn固-液扩散偶在873K下退火30～160min,只生成1个Sn3Ti2中间相; Cu/Sn固-液扩散偶在808K下退火10min时也只生成1个Cu3Sn中间相,但退火时间延长至30min时在Cu与Cu3Sn界面上生成Cu41Sn11,退火60min后在Cu与Cu41Sn11之间又生成了bcc-a2; Cu/Ti二元固相扩散偶在1023K下退火1000h后,在其界面处生成了CuTi2、CuTi、Cu4Ti3、Cu4Ti 4个化合物,而Cu3Ti2相并未在扩散偶中出现.还采用最大驱动力模型对上述3个二元系的界面反应过程进行了计算并成功解释了相应的实验现象.     

感应加热温度对冷?热轧制成形钛/钢复合板界面的影响

对钛/钢组坯进行冷轧预复合成形,将钛/钢预复合板感应加热至热轧温度后单道次热轧成形制备了钛/钢复合板,研究了感应加热温度对钛/钢复合板的界面组织和界面结合性能的影响。结果表明,冷?热轧制复合法制备的钛/钢复合板的界面结合紧密,没有孔洞和间隙。钛/钢复合板由于感应加热和热轧的时间较短（<5 s）,钛/钢界面仅有少量硬化层碎块,没有金属间化合物析出。钛/钢复合板的界面Ti和Fe元素扩散层宽度随感应加热温度增大而增大,950 ℃时界面扩散层宽度达到8 μm。在感应加热温度为750 ~ 950 ℃的条件下,钛/钢复合板的界面结合良好。      

大规格爆炸钛/钢复合板力学性能及界面的研究

分别以3 mm×3 m×7 m的TA2板和9 mm×3.2 m×7.2 m的Q235钢板作为覆板和基板,使用四种不同成分的炸药制备了大规格TA2/Q235钛/钢爆炸复合板,并对复合板的剪切强度以及界面组织进行了研究。结果表明,炸药的爆速、猛度和做功能力随乳化炸药含量的增多而增大。经UT检测,使用4#炸药爆炸制备的钛/钢复合板结合率接近100%;平均剪切强度最高为278 MPa。爆炸钛/钢复合板都存在一定厚度的界面层,炸药做功能力越强,界面层厚度越薄。该试验所制备的钛/钢复合板界面层厚度最薄仅为1.1μm。爆炸钛/钢复合板界面层的形成是Ti和Fe元素互扩散的结果。扩散过程中,在高温的作用下,界面层中容易形成β-Ti、TiFe和TiFe2金属间化合物。     

钛-铝复合板界面组织及其对加工性能的影响

使用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA)和显微硬度计(MHTM)对爆炸焊接钛-铝复合板的爆炸态、退火态、轧制态界面进行了研究.结果表明:结合面呈波状结合,距爆炸点越远,界面波的波长和波幅越大;周期性轧制裂纹的分布和界面波波形的分布吻合;复合板的界面分布着周期性中间相,中同相由TiAl和TiAl<,2>组成;在450℃×10 h,490℃×3 h的退火条件下,界面钛铝原子相互扩散不明显,更不会生产中间相.由于爆炸硬化和爆炸热效应的共同作用,界面附近钛板和铝板硬度分布规律不同.周期性轧制裂纹是变形时界面的附加拉应力引起的,裂纹源在钛层的最薄处,界面波形参数过大是钛板面出现轧制裂纹的主要原因.爆炸复合时应严格控制波形参数和中间相.     

Cu-Ni-Ti合金的成分-弹性性能关系的高通量表征

铍铜合金性能优异,但潜存毒性危害, Cu-Ni-Ti合金是替代铍铜的潜在候选材料。采用多元扩散偶实验方法对Cu-Ni-Ti合金展开研究,进行Cu-Ni-Ti合金的成分-弹性性能关系的高通量表征。结果表明,根据成分变化情况可将扩散偶Cu-Ni-Ti界面扩散层分为具有独特相组成的若干区域。在650℃热处理400 h后的Cu-Ni-Ti界面扩散层的纳米压痕点区域包括了纯Cu, fcc(Cu), CuTi, fcc(Ti),纯Ti和Cu-Ni无限互溶固溶体等几个相区,在700℃热处理400 h后的Cu-Ni-Ti界面扩散层的压痕点区域依次包括了纯Ti, hcp(Ti),化合物两相区、 Cu-Ni固溶体和纯Ni等几个相区。对应不同相区域和成分,其弹性模量和硬度呈现一定的规律性变化。由本文所述的高通量研究方法和实验结果,可对Cu-Ni-Ti铜合金体系的成分-弹性性能关系进行定性或定量分析。     

真空制坯热轧钛/钢复合板工艺及性能

钛/钢复合板的需求量日益增多，真空制坯热轧复合法（VRC）是制备高性能钛/钢复合板的有效工艺。介绍了钛/钢复合板制备工艺的国内外现状和工艺特点。依托863重点项目“钛/钢复合板研究与生产技术开发”和十三五重大课题“容器板轧制复合原理与关键技术”，利用真空制坯热轧复合法（VRC）在实验室和钢厂进行了一系列钛/钢复合板的轧制试验，对复合板的界面组织与力学性能进行了分析。实验室制备的钛/钢复合板，界面生成了明显的TiC层，未发现氧化物等杂质，断口有大量韧窝生成，复合界面平均拉剪强度达到了230MPa。钢厂试生产的钛/钢复合板，宽幅达到3500mm，界面生成连续的β- Ti层，拉剪断口未检测到氧化物，拉伸、冲击、弯曲等力学性能均满足国家标准，剪切强度均在196MPa以上，已达国内领先水平。     

叠轧Ti/Al复合板结构与力学性能研究

在室温条件下,通过叠轧方法制备了Ti/Al 7层复合板,并在不同温度下进行了退火处理。采用光学显微镜(OM)观察了复合板界面的连接质量,利用扫描电镜(SEM)研究了不同退火温度下复合板Ti/Al界面处的元素扩散行为,并通过拉伸试验研究了原始板材与复合板的力学性能。研究结果表明,轧制压下量对板材变形均匀性及界面结构影响显著,当轧制压下量为60%时,复合板结合质量良好,层状结构完整。当轧制压下量为70%时,Ti层局部产生开裂,使两侧铝层相连,不能保持层状结构。随着退火温度的升高,Ti/Al界面处Ti,Al元素扩散距离增加,Al元素扩散距离大于Ti元素的扩散距离,并有少量的第二相生成。Ti/Al复合板的屈服强度介于原始钛板与原始铝板屈服强度之间,高于混合定律计算值,延伸率低于原始板材,并且随着应变速率的增加,复合板材屈服强度及抗拉强度提高。     

发动机用石墨烯表面镀Cu增强钛基复合材料的制备及力学性能

通过微波烧结法制备石墨烯(GNPs)表面镀Cu增强钛基(Ti6Al4V)复合材料,探讨石墨烯表面镀Cu后对钛基复合材料显微组织和力学性能的影响。结果表明:石墨烯表面成功镀覆一层较均匀分布的Cu颗粒;石墨烯与基体Ti界面反应严重,容易生成粒径为2~5μm的TiC,石墨烯表面镀Cu后,界面反应产生的TiC含量更多,同时生成了Ti_2Cu相;相比于单纯外加石墨烯,石墨烯表面镀Cu后,提高了复合材料的力学性能,其相对密度、显微硬度、抗压强度分别达到95.48%、468 HV_(0.1)、1 406 MPa;室温磨损机制由基体(Ti6Al4V)的磨粒磨损转变为GNPs-Cu/Ti6Al4V复合材料的黏着磨损。     

回火热处理对轧制钛/钢复合板界面组织与性能的影响

研究了500~670 ℃回火热处理对轧制钛/钢复合板界面组织与性能的影响,以期为复合板热加工的工艺参数制定提供指导。对轧态和回火态的钛/钢复合板进行了拉伸、冲击和剪切试验测试,并利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射等研究手段表征了复合板的界面组织、剪切断口形貌及断口反应相。结果表明,回火热处理后,钛/钢复合板的剪切性能降低,随着回火温度的升高,剪切强度呈现下降趋势。轧态和回火态复合板界面反应相均为β Ti和TiC,其中TiC反应相的厚度随着回火温度的升高呈现增厚趋势。TiC脆性相厚度的增加导致了复合板剪切强度的下降,且使得剪切断口呈现脆性断裂倾向增大,撕裂特征减弱,呈现出明显的平滑断裂特征。     

轧制温度对TA1/Q345复合板性能的影响

相对于爆炸复合法和爆炸轧制复合法而言,采用真空-轧制生产钛钢复合板的方法更加适应大规模生产需要.本实验将TA1钛材置于两块Q345钢材中间组成组合坯,组合坯经抽真空至0.1 Pa后密封,在840~930℃下进行加热轧制,对轧制复合样进行力学性能检测,并利用扫描电镜、X射线衍射分析及显微硬度仪对组织与界面结合度进行分析.在该实验条件下,钛钢复合板剪切强度在159 MPa以上,达到了1类复合板标准要求,870℃轧制复合板性能较优.900和930℃轧制时,钛发生相变,同时在界面处生成了较多的金属问化合物,钛和钢的变形抗力相差过大和变形不协调导致界面附近的内应力变大,这些因素都降低了界面的剪切强度.840℃轧制后剪切强度低的原因是由于温度过低影响了界面附近元素的扩散.