Ti6Al4V合金吸氢行为研究

研究了Ti6Al4V合金在不同置氢温度、保温时间和氢压下的吸氢行为,利用光学显微镜研究了氢在钛合金中的分布规律。研究结果表明,Ti6Al4V合金的氢含量是由置氢温度、保温时间和氢压来控制的。随着置氢温度的升高,氢含量先增加后降低。随着氢压的增加,氢含量直线增加。钛合金的吸氢过程实质上是氢的扩散过程,随着保温时间的增加,合金中的氢分布逐渐趋于一致。     

Ti6Al4V合金相变及吸氢热力学研究（英文）

在823～1023 K的氢化温度范围内对Ti6Al4V合金进行了压力-成分等温线测试,研究了Ti6Al4V合金的相变和吸氢热力学。结果表明,当Ti6Al4V合金在不同的氢化温度下进行置氢处理时,氢压随着氢含量的增加而逐渐升高。由于Ti6Al4V合金中原始β相的存在,在置氢处理过程中,每个压力-成分等温线只有一个倾斜的压力平台。根据Vant’s Hoff定律,压力平台区的焓变值和熵变值分别为-50.7±0.26 k J/mol和-138.4±0.69 J·K~(-1)·mol~(-1)。随着置氢温度的升高,Sieverts常数呈先增大后逐渐减小的趋势。分析了Ti6Al4V合金在置氢处理过程中的相组成和相变。     

Ti6Al4V合金相变及吸氢热力学研究

在823~1023 K的氢化温度范围内对Ti6Al4V合金进行了压力-成分等温线测试,研究了Ti6Al4V合金的相变和吸氢热力学。结果表明,当Ti6Al4V合金在不同的氢化温度下进行置氢处理时,氢压随着氢含量的增加而逐渐升高。由于Ti6Al4V合金中原始β相的存在,在置氢处理过程中,每个压力-成分等温线只有一个倾斜的压力平台。根据Vant''s Hoff定律,压力平台区的焓变值和熵变值分别为 -50.7±0.26 kJ/mol和-138.4±0.69 J·K^-1·mol^-1。随着置氢温度的升高,Sieverts常数呈先增大后逐渐减小的趋势。分析了Ti6Al4V合金在置氢处理过程中的相组成和相变。     

不同氢含量Ti6Al4V合金的磨损性能研究

利用M-200型摩擦磨损试验机对不同氢含量的Ti6Al4V合金板材进行了摩擦磨损试验,研究氢含量对Ti6Al4V合金摩擦系数和磨损率的影响,并利用材料分析测试技术研究了合金磨损表面的形貌及成分变化,分析了合金的磨损机制。结果表明,氢使钛合金的摩擦系数降低,但是氢含量对Ti6Al4V合金摩擦系数的影响不明显。随氢含量的增加,钛合金的耐磨性能逐渐变差。随着氢含量的增加,钛合金的氧化磨损特征逐渐变弱,磨粒磨损所起的作用逐渐增强。     

置氢TC4钛合金与TiAl合金的扩散连接研究

分别对Ti Al合金与TC4钛合金、置氢0.5 wt%的TC4钛合金进行了扩散焊接试验。利用扫描电子显微镜、X射线衍射分析仪、能谱分析仪对接头界面进行了分析,并开展了抗剪强度试验。结果表明,在焊接温度为850℃,连接压力为15 MPa的工艺参数下,当保温时间为5 min时,连接界面存在细小孔洞;当保温时间为15 min时,置氢TC4钛合金的界面孔洞消失,并且产生一定厚度的反应层:保温时间达到30 min时,置氢TC4钛合金与Ti Al合金接头的连接强度平均可达290 MPa。断口分析表明,界面组织主要由Ti Al、Ti_3Al、Ti Al_2和Ti_3Al_5相组成。在相同的扩散焊接工艺规范下,置氢TC4钛合金与Ti Al合金的扩散接头连接强度明显高于未置氢TC4钛合金与Ti Al合金的扩散接头连接强度。     

Dehydrogenation of Hydrogenated Ti-6Al-4V Alloy

对未置氢及置氢Ti-6Al-4V合金进行了TG/DSC试验,研究了置氢钛合金的除氢行为。结果表明,当温度超过600℃时,置氢钛合金的失重规律与未置氢钛合金具有较大的差别。当加热温度在600~900℃之间时,置氢钛合金的失重随着氢含量的增加而增加。这是由于置氢合金中的亚稳相发生了分解。不考虑合金氧化的影响,置氢钛合金的最大失重与合金中的氢含量一致。置氢钛合金的最佳除氢温度为750℃。对于不同氢含量的置氢钛合金,其除氢工艺是相同的。     

置氢钛合金的除氢研究（英文）

对未置氢及置氢Ti-6Al-4V合金进行了TG/DSC试验,研究了置氢钛合金的除氢行为。结果表明,当温度超过600℃时,置氢钛合金的失重规律与未置氢钛合金具有较大的差别。当加热温度在600~900℃之间时,置氢钛合金的失重随着氢含量的增加而增加。这是由于置氢合金中的亚稳相发生了分解。不考虑合金氧化的影响,置氢钛合金的最大失重与合金中的氢含量一致。置氢钛合金的最佳除氢温度为750℃。对于不同氢含量的置氢钛合金,其除氢工艺是相同的。     

钛合金置氢过程的氢分布规律

采用定性的金相法和定量的除氢法两种手段研究置氢温度和保温时间对TA15钛合金中氢分布的影响规律,并应用ANSYS瞬态热分析模块对置氢过程的氢分布规律进行模拟.结果表明:钛合金置氢过程是一个扩散过程,开始阶段合金中氢含量沿截面呈梯度分布,边缘氢含量明显高于心部,内部组织存在明显差异,具有明显的组织分界线;随着保温时间增加和置氢温度升高,分界线向心部移动,组织趋于一致,组织分界线逐渐消失,氢分布达到均匀.模拟结果表明,研究结果与实验结果吻合,说明采用瞬态热分析模块模拟氢在钛合金中的扩散问题是可行合理的,关键在于确定模拟过程各个参数的对应关系.     

置氢对Ti6Al4V合金微观组织和硬度的影响

利用光学显微镜、X射线衍射和透射电镜研究了Ti6Al4V合金置氢后的微观组织变化,分析了氢化物的形成机制,通过硬度测试分析了置氢对Ti6Al4V合金硬度的影响.研究结果表明:置氢可以显著降低(á a)/a转变温度.置氢后的组织中存在斜方结构的马氏体á"和面心立方结构的氢化物?,氢化物?不仅可以从á相内析出,还可以从a相析出.文章认为,?在á相内的形成过程是基于氢元素扩散的相变过程,而a相内的?是共析反应aH→á ?的产物.硬度测试的结果显示:随着氢含量的增加,Ti6Al4V合金的硬度增加,这是氢化物析出强化、氢固溶强化、氢与位错的相互作用以及马氏体转变综合作用的结果.     

置氢Ti-6Al-4V合金的切屑形成过程与机制

利用金相显微镜、X射线衍射仪和扫描电镜对置氢Ti-6Al-4V合金的微观组织和相组成及切屑形貌进行了观察分析,采用分离式Hopkinson压杆试验测试置氢Ti-6Al-4V合金的动态力学性能,研究氢对Ti-6Al-4V切屑形成过程及切屑形态的影响,探讨置氢Ti-6Al-4V合金的切屑形成机制。结果表明:置氢后Ti-6Al-4V合金切屑的收缩系数增加,表面层片结构尺寸减小,切屑锯齿化程度减轻;氢含量低于0.4%(质量分数)时,局部材料热塑失稳是形成锯齿切屑的主要原因,随氢含量增加,钛合金切屑的绝热剪切现象减轻,随着氢含量的进一步增加,锯齿切屑的形成是由微裂纹而致。     

基于自洽模型的置氢Ti6Al4V合金流动应力预测

对不同置氢量Ti6Al4V合金在Gleeble-1500热模拟实验机上进行了等温压缩实验,实验温度为750、800、850、900、950和1000 ℃,应变速率为1 s-1。结果表明,Ti6Al4V合金的流动应力随置氢量增加先减小后增大,变形温度为750℃、800℃和850℃时,置氢量0.31wt%合金流动应力最低;变形温度为900℃、950℃、1000℃时,流动应力最小值对应的置氢量分别为0.17wt%、0.1wt%和未置氢。基于自洽模型建立了置氢Ti6Al4V合金高温变形本构模型,该模型通过调整氢对β相的强化作用和氢对β相转变温度的降低反映置氢对Ti6Al4V合金流动应力的影响。与实验结果对比表明,所建立的本构模型可以准确预测流动应力随置氢量和变形温度的变化。     

氢含量对Ti-6Al-4V合金室温高速压缩性能的影响(英文)

利用电磁成形实验研究氢含量对Ti-6Al-4V合金室温高速压缩性能的影响,通过微观组织观察揭示氢致压缩性能机理。结果表明,氢对Ti6Al4V合金的高速压缩性能存在有益的影响。在电磁成形实验放电能量相同的条件下,Ti-6Al-4V合金的变形率随氢含量的增加呈先增加后降低的趋势。当Ti-6Al-4V合金置氢0.2%(质量分数)时,合金的变形率增加了47.0%。确定了有利于Ti6Al4V合金室温电磁成形时的最佳氢含量。分析了氢致压缩性能的机理。     

高Nb-TiAl合金高温固态置氢组织与高温变形行为

研究了Ti-44Al-8Nb合金高温固态置氢过程中微观组织演化规律,并考察了氢对Ti Al合金高温变形行为的影响。结果表明,Ti-44Al-8Nb合金吸氢过程是一个吸热过程,合金的吸氢量随着置氢温度、置氢时间、氢流量的提高而逐渐提高;置氢合金中的残余B2相含量较高,这归因于氢为beta稳定元素,在高温固态置氢过程中稳定B2相;在T_α温度以上进行固态置氢和等温热处理后,合金微观组织由枝晶向等轴晶转变,且置氢后合金的晶界光滑平直,主要是由氢降低界面能引起的;氢能够大幅降低高Nb-Ti Al合金的高温变形抗力,在变形温度为1200℃和应变速率为0.01 s~(-1)条件下,添加0.043%H(质量分数,下同)后,合金峰值应力降低40%。     

导热系数对钛合金切削绝热剪切影响的有限元模拟

利用ABAQUS/Explicit有限元软件,建立了硬质合金刀具-Ti6Al4V钛合金正交切削有限元模型,并对Ti6Al4V钛合金正交切削过程进行了有限元模拟。基于对Ti6Al4V钛合金正交切削实验,通过对比试验及仿真的切削力以及切屑形态对有限元模型进行了验证。利用所建立的有限元模型研究了导热系数的改变对Ti6Al4V钛合金切屑形态、温度分布以及切削力的影响。结果表明:随着导热系数的增加,切削力逐渐增大,剪切区的温度逐渐降低,绝热剪切程度减小。证明了在Ti6Al4V钛合金切削过程中,工件材料较低的导热系数是导致在剪切区产生绝热剪切现象的重要原因。     

1Cr18Ni9Ti不锈钢/Ti6Al4V钛合金真空钎焊工艺研究

采用Ag-Cu-Ti钎料进行Ti6Al4V(TC4)钛合金和1Cr1 8Ni9Ti不锈钢的真空钎焊,观察分析了其在钎焊温度为790～870℃和保温时间为1和3min时钎缝界面微观组织和成分分布.研究结果表明,钎缝宽度随着钎焊温度的升高而降低,随着保温时间的增加而增加;扩散层厚度随着保温时间的增加而增加.Ti是焊缝中反应物多少的决定因素.在钎焊温度790℃,保温3min时能得到较好的焊缝组织,界面无裂纹出现.     

置氢对Ti-6A1-4V合金高温塑性变形的影响

利用XRD分析了置氢Ti-6A1-4V合金的相组成,应用Gleeble等温热模拟试验研究了置氢量对Ti-6A1-4V合金高温塑性变形的影响,计算了不同置氢量钛合金的变形激活能.结果表明:随置氢量的增加,Ti-6A1-4V合金β相含量增加,高温塑性变形的流动应力显著降低呈下凹型曲线变化,即存在一个最小值,应力最小值对应的置氢量随变形温度的升高而降低:置氢可以促进高温塑性变形过程动态软化与硬化的平衡;在相同应力水平下,适量的置氢可使变形温度降低50℃,或应变速率提高一个数量级.置氢Ti-6A1-4V合金变形激活能随置氢量增加呈下降趋势,变形由不受扩散机制控制转变为受扩散机制控制.     

置氢对Ti-6Al-4V合金高温塑性变形的影响

利用XRD分析了置氢Ti-6Al-4V合金的相组成,应用Gleeble等温热模拟试验研究了置氢量对Ti-6Al-4V合金高温塑性变形的影响,计算了不同置氢量钛合金的变形激活能。结果表明：随置氢量的增加,Ti-6Al-4V合金口相含量增加,高温塑性变形的流动应力显著降低呈下凹型曲线变化,即存在一个最小值,应力最小值对应的置氢量随变形温度的升高而降低;置氢可以促进高温塑性变形过程动态软化与硬化的平衡;在相同应力水平下,适量的置氢可使变形温度降低50℃,或应变速率提高一个数量级。置氢Ti-6Al-4V合金变形激活能随置氢量增加呈下降趋势,变形由不受扩散机制控制转变为受扩散机制控制。     

微量硼元素添加对Ti6Al4V-xB组织及性能的影响

采用高真空非自耗熔炼及吸铸方法制备不同硼含量的Ti6Al4V-xB(x=0,0.05,0.1,0.5,质量分数,%)合金,将合金在900℃下进行2 h保温退火。研究了不同微量硼元素添加对Ti6Al4V-xB的铸造显微组织及力学性能的影响。结果表明,微量硼元素的添加影响了钛合金高温形核过程,在固-液前沿富集B元素阻碍初始β-Ti长大,有效细化钛合金晶粒,当硼含量超过0.1%时,则有TiB相的析出。Ti6Al4V-xB合金的强度极限随硼含量的增加单调上升,由893 MPa变为966 MPa,这是细晶强化和析出强化共同作用的结果;合金的塑性则是先升高后降低,Ti6Al4V-0.05B的塑性提高了15%,而Ti6Al4V-0.1B与Ti6Al4V-0.5B的塑性则降低了50%,是因为析出脆性的Ti B相,形成脆性断裂敏感带。     

工艺参数对Al2O3/TC4合金接头界面组织及力学性能的影响

采用Cu＋B钎料分别在钎焊温度890～970℃,保温时间为10min;钎焊温度为930℃,保温时间0～30min条件下,钎焊A120,陶瓷与TCA合金．利用SEM,EDS和压剪试验研究接头界面组织及力学性能．结果表明,随钎焊温度升高或保温时间的延长,Ti2（Cu,Al）2O层增厚,紧邻其侧生成连续并增厚的Ti2（Cu,Al）,Ti2（Cu,Al）含量增加;Ti＋Ti2（Cu,Al）含量增加,尺寸变大,分布范围逐渐变宽并向TC4合金侧迁移,TCA合金侧过共析组织区变宽．钎焊温度低于950℃时,TiB晶须主要分布在Ti2Cu晶界处的AlCu2Ti上;当钎焊温度高于950℃时,AlCu2Ti相逐渐消失,TiB晶须主要分布于Ti2Cu上．当保温时间为10min,钎焊温度为950℃时,接头最大强度为96MPa;而当钎焊温度为930℃,保温时间为20min时,接头最大强度为83MPa．关键词：Al2O3陶瓷;TC4合金;钎焊参数;界面组织;抗剪强度     

Mo与Ti6Al4V合金的扩散连接行为与组织性能

采用真空扩散连接技术制备了高强度Mo/Ti6Al4V连接接头,研究了不同扩散连接温度和保温时间对Mo与Ti6Al4V连接接头界面组织及力学性能的影响。结果表明,Mo/Ti6Al4V接头的扩散层宽度随着连接温度的不断升高而逐渐变宽,形成了由Mo、Ti、Al和V组成的扩散层,在1100℃下由于热失配的问题界面处出现开裂的现象。在连接温度为900℃时,延长保温时间有助于提高元素的互扩散作用,扩散层的宽度由保温10 min的1.85μm提高到保温90 min的5.75μm。Mo/Ti6Al4V接头的拉伸强度呈现出随扩散温度和保温时间先增加后减小的趋势。当扩散温度1000℃,保温时间60 min时,Mo/Ti6Al4V接头拉伸性能达到最大值为323 MPa。