板坯组织类型及热处理工艺对Ti6321合金板材组织与性能的影响

结合力学性能测试和OM、SEM分析,研究了不同板坯组织类型和热处理工艺对Ti6321合金组织与性能的影响。结果表明：合金板坯的组织类型对轧制板材的组织与性能状态具有显著影响,经相同工艺轧制后,等轴组织板坯形成双态组织板材,魏氏组织板坯形成等轴组织板材。(α+β)/β相变点以下热处理,等轴组织板坯制备板材的纵、横向的屈服强度和抗拉强度低于魏氏组织板坯制备板材对应方向的强度,延伸率和冲击功则相反；随加热温度的升高,不同板坯组织制备的板材其屈服强度、抗拉强度略有降低,冲击功则急剧升高。高于(α+β)/β相变点热处理,两合金的拉伸性能和冲击功均明显下降。合金板材在α+β两相区热处理过程,初生α相对温度的敏感性高于对保温时间的敏感性。随着温度的升高,初生α相含量急剧下降,而次生片状α相含量明显增加。Ti6321合金板材适宜的热处理工艺为：(940℃～980℃)×(2～3)h。     

热处理工艺对不同组织类型的Ti6321合金板坯组织与性能的影响

结合力学性能测试和OM、SEM分析,研究了不同板坯组织类型和热处理工艺对Ti6321合金组织与性能的影响。结果表明:合金板坯的组织类型对轧制板材的组织与性能状态具有显著影响,经相同工艺轧制后,等轴组织板坯形成双态组织板材,魏氏组织板坯形成等轴组织板材。(α+β)/β相变点以下热处理,等轴组织板坯制备板材的纵、横向的屈服强度和抗拉强度低于魏氏组织板坯制备板材对应方向的强度,延伸率和冲击功则相反;随加热温度的升高,不同板坯组织制备的板材其屈服强度、抗拉强度略有降低,冲击功则急剧升高。高于(α+β)/β相变点热处理,2种合金的拉伸性能和冲击功均明显下降。合金板材在α+β两相区热处理过程,初生α相对温度的敏感性高于对保温时间的敏感性。随着温度的升高,初生α相含量急剧下降,而次生片状α相含量明显增加。Ti6321合金板材适宜的热处理工艺为:(940～980℃)/(2～3) h。     

微观组织对Ti-6Al-4V-4Zr-1.5Mo合金绝热剪切敏感性的影响

对锻造态Ti-6Al-4V-4Zr-1.5Mo合金采用不同的热处理工艺得到等轴、双态和网篮3种组织。使用分离式Hopkinson Bar技术对3种组织的试样进行动态剪切试验,研究了不同微观组织对该合金绝热剪切敏感性的影响。结果表明:当加载条件高于其临界应变率时,不同组织试样的承载时间均随着应变率的提高而降低;微观组织对该合金的绝热剪切敏感性影响较大,网篮组织绝热剪切敏感性最低,双态组织绝热剪切敏感性最高;双态组织剪切带附近基体相界处出现微裂纹,是造成其易于发生剪切破坏的主要原因。     

热处理工艺对Ti6321合金腐蚀行为的影响

采用金相及扫描电镜对Ti6321合金在不同热处理工艺条件下的微观组织进行分析；采用电化学测试研究了不同组织Ti6321合金在人工海水及5 mol/L盐酸溶液中的耐蚀性能；采用扫描电镜以及激光共聚焦显微镜分析不同组织的Ti6321试样在5 mol/L盐酸溶液中浸泡后的腐蚀特征。结果表明，在人工海水溶液中，3种组织的Ti6321合金均具有优异的钝化能力，耐蚀性相差不大；在5 mol/L盐酸溶液中，魏氏组织耐腐蚀性能最差，等轴组织次之，双态组织的耐腐蚀性能最佳。     

高温、高应变率下Ti6321合金的力学行为及本构模型

为了研究Ti6321合金在高温、高应变率下的力学行为,采用分离式霍普金森压杆装置对Ti6321合金进行室温(25℃)和高温(200、400、600℃)动态压缩试验,对其在高温和高应变率下的力学性能、应变率敏感性和温度敏感性进行了研究。采用聚类全局优化算法构建了双态组织Ti6321合金在103s-1下的Johnson-Cook本构模型。结果表明,双态组织Ti6321合金在室温和高温下均存在应变率硬化效应,但试验温度对流变应力的影响比应变率的影响更大。随着压缩试验温度升高,流变应力显著降低,温度敏感因子升高。Johnson-Cook模型拟合的曲线与实验曲线吻合良好,可以用于Ti6321合金高应变率下的力学仿真计算。     

Ti6321钛合金动态断裂行为研究

对Ti6321钛合金进行动态三点弯曲加载,使其发生I型（张开型）断裂并获得波形曲线,结合实验-数值法获得了3种组织Ti6321钛合金的I型裂纹动态断裂性能。利用扫描电镜、激光共聚焦显微镜对3种组织Ti6321钛合金的断口进行观察分析。结果表明,魏氏组织具有最高的I型裂纹动态断裂性能,双态组织次之,等轴组织的动态断裂性能最低。对于I型裂纹断口,等轴组织与双态组织主要为韧性断裂机制,而魏氏组织呈现出部分解理断裂的特征。魏氏组织断口的起伏最大,比表面积最大,裂纹扩展需要消耗更多能量,因此断裂性能较好。     

板坯组织类型及热处理对Ti6321合金板材力学性能各向异性的影响

结合力学性能测试和OM、SEM、EBSD分析,研究了Ti6321合金板材力学性能各向异性及其影响因素。结果表明:板坯组织类型对板材平面各向异性具有显著影响,等轴组织板坯和魏氏组织板坯制备的合金板材屈服强度、抗拉强度和冲击功均具有明显的平面各向异性,且等轴组织板坯制备板材的屈服强度、抗拉强度和冲击功平面各向异性指数高于魏氏组织板坯制备板材相应指数。不同板坯组织类型制备的热轧态板材,织构均主要为柱面织构({0002}⊥轧面),织构的方向为c轴倾向于平行于TD方向排布;经(980℃, 80 min)热处理后板材织构主要为基面织构({0002}//轧面),织构方向为c轴倾向于与ND平行。不同组织类型的板坯经相同的热变形和热处理,对应板材的金相组织、织构组分、再结晶程度和裂纹扩展路径存在明显的差异,这综合引起Ti6321合金板材力学性能的各向异性。     

Effects of Microstructural Factors on Adiabatic Shear Behaviors of Ti6441 Alloys

针对Ti-6Al-4V-4Zr-Mo(Ti6441)合金采用不同的热处理工艺得到等轴和片层2种微观组织,使用分离式Hopkinson Bar技术对2种组织的试样进行动态剪切试验,研究微观组织对该合金绝热剪切敏感性的影响。结果表明:相同加载条件下,片层组织绝热剪切敏感性较等轴组织低;2种组织动态强度接近,但片层组织较等轴组织具有更好的动态延展性;片层组织试样中的绝热剪切带出现分叉现象,从而可以消耗更多的变形能。     

Ti-6Al-4V合金绝热剪切敏感性与临界破碎速度关系研究

利用应力塌陷发生的临界应变作为参量对比了Ti-6Al-4V合金的4种典型组织的绝热剪切敏感性,同时利用Taylor杆实验技术测定了其临界破碎速度,分析了钛合金绝热剪切敏感性与临界破碎速度关系.结果表明:不同组织的Ti-6Al-4V合金绝热剪切敏感性存在差异,实验涉及到的4种组织中双态组织最难于发生绝热剪切破坏;在Taylor杆高速冲击条件下,4种不同组织的Ti-6Al-4V合金均由于发生绝热剪切变形而导致破坏,并且临界破碎速度与应力塌陷临界应变成正比.     

Ti6321钛合金再加载力学行为研究

对经轻气炮预冲击的Ti6321钛合金双态组织样品进行准静态压缩和动态压缩再加载试验,探究冲击后其力学性能的变化。利用光学显微镜(OM)和透射电子显微镜(TEM)对其微观组织演化进行观察并分析。结果表明,经预冲击后的Ti6321钛合金的静动态屈服强度、平均流变应力较原始样品有所升高,但断裂应变、冲击吸收功明显下降,且经过预冲击的样品经动态再加载后更易出现绝热剪切破坏。TEM结果表明,经轻气炮预冲击过后的样品内部有孪晶生成,从而导致了Ti6321钛合金表现出冲击波强化效应。     

电脉冲短时热处理对等轴组织热轧TC4组织转变和绝热剪切特性的影响

研究了不同温度及保温时间电脉冲热处理对等轴组织热轧TC4钛合金微观组织和力学性能的影响。研究发现,电脉冲热处理能在5 min内将材料的原始等轴组织转变成魏氏组织,且温度越高,组织转变所需的时间越短;在组织转变前,原始热轧组织发生了一定程度的再结晶,转变成魏氏组织后晶粒随着温度的升高及保温时间的延长而长大。电脉冲热处理后的材料其准静态压缩塑性和动态压缩塑性均显著提高,绝热剪切敏感性显著降低,且随着热处理温度的升高及保温时间的延长,材料的准静态和动态压缩塑性呈现下降的趋势。经过1000℃/5 min电脉冲处理的钛合金综合力学性能最好,与原始热轧TC4钛合金相比,绝热剪切临界破坏应变提高了133%,绝热剪切破坏的临界单位体积吸收功提高了192%。     

锻造及热处理工艺对Ti80钛合金棒材组织和性能的影响

采用常规锻造、近β锻造和"高低高"锻造三种工艺锻制了Ti80钛合金棒材,并进行了热处理试验。结果表明:在不同锻造和热处理工艺下,Ti80合金棒材可以获得均匀的双态组织、等轴组织和双套组织,双态组织具有较高的冲击性能,等轴组织和双套组织具有较高的强度,但等轴组织与双套组织的性能总体差别不大。     

应力状态对Ti-6Al-4V绝热剪切敏感性的影响

采用分离式Hopkinson压杆技术对双态组织和片层组织Ti-6Al-4V进行了圆柱试样和帽形试样的冲击试验,对比了单轴压缩和压剪复合2种不同应力状态下2种组织钛合金的绝热剪切敏感性差异.结果表明:在单轴压缩状态下片层组织的绝热剪切敏感性要高于双态组织,而在压剪复合应力状态下其绝热剪切敏感性要低于双态组织,即应力状态对材料的绝热剪切敏感性影响显著.     

热处理对CMT电弧熔丝增材制造Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金显微组织和力学性能的影响

采用基于冷金属过渡焊接的电弧熔丝增材制造技术(CMT-WAAM)制备了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(Ti6321)合金，研究了热处理对Ti6321合金显微组织、力学性能的影响。研究表明，沉积态Ti6321合金组织由不规则的多边形原始β晶和晶界α相(α_(GB))组成，晶内分布有厚度不均的α片层和少量β相。经α+β两相区退火后，α片层内部的位错密度降低，其中，700℃退火后强度和冲击吸收功均有所降低，800℃退火后冲击吸收功提高，且强度达到1050 MPa以上。经双重热处理后析出次生α相(α_s),晶界α相(α_(GB))弱化呈断续分布，Ti6321合金冲击吸收功最高达到34 J。不同热处理状态下的冲击断口均有大量韧窝，为典型的韧性断裂。     

海洋环境用Ti-5111合金板材的组织与性能研究

以经过两相区轧制得到的25 mm厚Ti-5111合金板材为研究对象，研究了不同热处理制度下板材的显微组织和力学性能。研究发现，800 ℃热处理后的组织为等轴组织，950 ℃热处理后的组织为双态组织，1 000 ℃热处理后为魏氏体组织。950 ℃热处理后板材综合性能最好，其Rm=870 MPa，Rp0.2=775 MPa，A=14%，AKV=81 J。分析了不同热处理温度下Ti-5111合金冲击试样的断口形貌，并分析了影响材料韧性的因素，发现Ti-5111合金板材的冲击韧性与组织类型有关，双态组织的冲击韧性最好，魏氏体组织的次之，等轴组织最差。板材焊缝的力学性能与母材相当，表现出优异的焊接性能。     

次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响

研究了冷却速率对双态组织TC4钛合金中次生片层α相宽度的影响,并利用分离式霍普金森压杆,进一步研究了次生片层α相宽度对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响。结果表明:随着冷却速率的降低,次生片层α相宽度随之增加;在动态压缩实验条件下,合金的动态抗压强度随着次生片层α相宽度的增加,呈现逐渐降低的规律,而塑性应变则随着次生片层α相宽度的增加,呈现出逐渐增加的规律;在强迫剪切实验条件下,合金的绝热剪切敏感性随着次生片层α相宽度的增加,呈现出逐渐降低的规律,且各双态组织TC4钛合金均随着撞击杆初速的提高,其绝热剪切敏感性增加。     

TC4钛合金的显微组织及其抗冲击韧性

对TC4钛合金采用不同的热处理工艺,获得了马氏体组织、粗大网篮组织、针状组织、魏氏组织、蠕虫状组织和等轴状+块状双态组织的组织状态,采用夏比冲击试验,对其抗冲击韧性进行分析.结果表明:不同组织状态的TC4钛合金,其抗冲击韧性存在较大差异,原始态TC4钛合金为粗大的魏氏组织,抗冲击韧性很差,Akv2可达20 J;热处理后,等轴状+块状双态组织的冲击功最高,Akv2可达60 J,抗冲击韧性较好;马氏体组织、针状组织、粗大篮网状组织和魏氏组织的冲击功较低,Akv2可达40J,抗冲击韧性较差;蠕虫状组织冲击功最低,Akv2约为30 J,抗冲击韧性最差.     

魏氏组织TC17钛合金绝热剪切带(ASB)的组织与织构

利用热模拟试验机对原始组织为魏氏组织的TC17钛合金进行了热压缩试验,采用电子背散射衍射技术(EBSD)研究了不同变形参数对魏氏组织TC17钛合金材料显微组织与结构的影响。结果表明:在700℃以上进行热压缩变形时,魏氏组织TC17钛合金的材料均发生绝热剪切行为,所形成的ASB中心区域组织主要由动态再结晶形成的等轴状β相晶粒和少量α相组成。随变形温度升高,残余α相略有增加,β相晶粒尺寸增大。不同变形参数对于ASB中心区域β相的取向分布影响甚微,在β相中主要形成高斯织构。同时绝热剪切敏感性的研究表明,魏氏组织TC17钛合金具有较高的绝热剪切敏感性,且随变形温度升高,绝热剪切敏感性增强。     

不同应力状态下TC6钛合金不同组织绝热剪切敏感性研究

采用分离式霍普金森压杆装置,对TC6钛合金不同组织的圆柱试样和帽形试样分别进行应变率为103s-1量级的动态压缩及动态剪切试验,结合力学响应及微观分析研究不同应力状态下TC6钛合金3种典型组织的绝热剪切敏感性。结果表明:在单轴压缩应力状态下,TC6钛合金3种典型组织绝热剪切敏感性从高到低依次为网篮组织、等轴组织、双态组织;在压剪复合应力状态下,3种典型组织在动态剪切时的绝热剪切敏感性从大到小依次为等轴组织、双态组织、网篮组织;应力状态不同,组织绝热剪切敏感性的差异实质上体现了组织在不同应力状态下的塑性变形能力及绝热剪切带在不同组织中扩展的难易程度。     

转变β区体积分数对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响规律

研究了固溶温度对双态组织TC4钛合金中转变β区体积分数的影响,并利用分离式霍普金森压杆,进一步研究了转变β区体积分数对双态组织TC4钛合金动态压缩性能及其绝热剪切敏感性的影响。结果表明:随着固溶温度的升高,转变β区的体积分数随之增加;在动态压缩实验条件下,合金的动态抗压强度随着转变β区体积分数的增加,呈现出先升高后降低的规律,且在转变β区体积分数为80.7%时出现最大值,而塑性应变则随着转变β区体积分数的增加,呈现出依次降低的规律;在强迫剪切实验条件下,合金的绝热剪切敏感性随着转变β区体积分数的增加,呈现出先降低后升高的规律,且在转变β区体积分数为80.7%时出现最低值;且各双态组织TC4钛合金均随着撞击杆初速的提高,其绝热剪切敏感性增加。