固溶温度对Ti-1300合金时效析出行为与性能的影响

研究了Ti-1300合金固溶处理后低速率升温时效的α相析出行为及力学性能。通过SEM、TEM和拉伸试验等手段对不同固溶温度处理的Ti-1300合金进行显微组织观察和力学性能测试。结果表明:随着固溶温度由820 ℃降低至790 ℃,初生α相(α_p)的尺寸变化不明显,但是其含量(面积分数)从0.8%增至6.7%;合金经4 ℃/min升温速率加热到500 ℃时效4 h,显微组织中析出次生α相(α_s)的长度从0.098 μm 增加到0.440 μm。此外,固溶温度降低使合金的强度与塑性均提高,拉伸断口由沿晶脆性断裂特征转变为韧窝状的韧性断裂特征。820 ℃固溶处理的试样其抗拉强度为1358 MPa,断后伸长率小于2%,而790 ℃固溶处理的试样其抗拉强度为1548 MPa,断后伸长率为10.2%,可获得优良的强塑性匹配。分析认为790 ℃固溶处理组织中初生α相含量较多,其尺寸为微米尺度,同时基体中时效析出的片层α_s相能产生显著的强化效果。     

时效处理对Ti-6Al-3Nb-2Zr-Mo合金组织演变和力学性能的影响

为了解不同时效参数对Ti-6Al-3Nb-2Zr-Mo(Ti6321)合金组织和力学性能影响的根本原因,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和力学性能测试,研究了不同时效条件(500～650℃,3～24 h)下的显微组织和力学性能。结果表明,次生相α(α_s)比初生相α(α_p)对时效参数更为敏感。此外,α_s相的厚度与时效温度和时效时间呈正相关。随着时效温度和时效时间的增加,Ti和Al元素在β_t相中的偏析明显,α_s相由细针状转变为长棒状。当合金在600℃时效12 h时,合金表现出较好的综合力学性能。抗拉伸强度、屈服强度和伸长率分别为907 MPa、796 MPa和16%,冲击功为55 J。     

热处理对新型高强钛合金组织与性能的影响（英文）

研究了新型高强钛合金(Ti-6Al-6Mo-4V)的微观结构和力学性能。分别在α/β和β区固溶处理后,在460～620℃5个不同温度下时效6h,研究合金的组织与性能之间的关系。结果表明,α/β区固溶时效处理后的性能与β单相区固溶时效处理后相比,α/β区固溶时效处理后合金获得更好的强度和塑性组合。在850℃(α/β区域)固溶处理以及460℃时效后,合金获得最高的强度为1572 MPa,伸长率为2.63%;在620℃时效时,合金的伸长率达到最高为11.46%,但强度较低为1201 MPa。经过825℃固溶处理,540℃时效后,该合金获得最好的强度(1328 MPa)和伸长率(7.58%)匹配。同时,β区溶液处理后的β晶粒较大,时效后形成细小的二次α相,导致强度和塑性较差。     

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金中α′相和α″相的组织演变与力学性能

对Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si合金进行固溶时效处理,随后使用光学显微镜、扫描电镜、XRD衍射仪、拉伸试验以及冲击性能试验,分析固溶时效对合金中α′相和α″相的组织演变与力学性能的影响。结果表明,固溶处理后的微观组织中发生初生α相尺寸变小并趋于等轴化,尺寸较小的初生α相发生溶解并消失,其β转变组织变得不明显,经时效后的微观组织中析出大量α_s相,β转变组织更加明显。经固溶处理后,组织均由α+α′+α″相构成,经时效处理后,组织由α相和β相构成。合金经固溶处理后,其抗拉强度为1336 MPa,屈服强度为1070 MPa,断后伸长率为6%,断面收缩率为22%,冲击吸收能量为16 J。经时效处理后,强度随时效温度升高而升高,塑性趋势与之相反,其冲击性能几乎没有变化。合金经固溶处理后的拉伸与冲击断口微观形貌均由韧窝构成,为典型的韧性断裂。经时效处理后,拉伸和冲击断口的微观形貌有明显的高低起伏,随着时效温度的升高,韧窝的尺寸和数量减少,并出现撕裂棱以及空洞,断裂类型有向脆性断裂转变的趋势,但仍以韧性断裂为主。     

热处理对Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe合金组织与力学性能的影响研究

对Ti-3Al-5Mo-4Cr-2Zr-1Fe(Ti-35421)合金进行了不同工艺的固溶时效处理,研究了热处理后的组织演变规律与力学性能。结果表明：经不同温度固溶+540℃时效后,随着固溶温度的升高,初生α相板条变短变粗,体积分数减少,针状次生α相体积分数增加,Ti-35421合金的强度增加,塑韧性减小,拉伸断口表面韧窝数量减少、尺寸变小,逐渐出现微孔和空洞;经775℃固溶+不同温度时效后,随着时效温度的升高,针状次生α相变短变粗,次生α相间距增大,合金的强度减小,塑韧性增加,拉伸断口表面韧窝逐渐变大变深,微孔和空洞逐渐消失。当热处理工艺为775℃/1 h/AC+560℃/16 h/AC时,Ti-35421合金的抗拉强度为1125 MPa,屈服强度为1024 MPa,延伸率为5.5%,冲击吸收功为36.3 J,具有良好的强塑韧性匹配。     

热处理对新型高强钛合金组织与性能影响研究

本论文研究了新型高强钛合金（Ti-6Al-6Mo-4V）的微观结构和力学性能。分在α/β和β区固溶处理后，在460℃~620℃5个不同温度下时效6h，研究合金的组织与性能之间的关系。结果表明，α/β区固溶时效处理后的性能与β单相区固溶时效处理后相比，α/β区固溶时效处理后合金获得更好的强度和塑性组合。在850℃（α/β区域）固溶处理以及460℃时效后，合金获得最高的强度为1572MPa，伸长率为2.63％；在620℃时效时，合金的伸长率达到最高为11.46％，但强度较低为1201MPa。经过825℃固溶处理，540℃时效后，该合金获得最好的强度（1328MPa）和伸长率（7.58％）匹配。同时，β区溶液处理后的β晶粒较大，时效后形成细小的二次α相 ,导致强度和塑性较差。     

时效温度对一种新型β钛合金组织演变及力学性能的影响

采用d-电子合金设计法设计了一种β钛合金,Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe(wt.%)。在450℃~600℃范围内选取了多个时效温度进行时效处理,以研究时效温度对该合金组织演变及力学性能的影响。结果表明,当时效温度为500℃时,在ω辅助形核机制作用下,形成了尺寸和相间距更小的次生α相,在此细小的次生α相对β基体的强化作用下合金抗拉强度达到最大值,为1510MPa;同时,由于晶界α相的析出以及晶界无析出区的形成,导致合金的塑性极差,伸长率仅为4.6%。随着时效温度的升高,晶内细小的次生α相粗化。粗大的次生α相导致其相间距增大,并使可有效阻碍位错运动的α/β相界面减小。时效温度的升高使合金强度降低,但合金塑性提高。当时效温度升高至600℃,在β晶界处形成了向晶内平行生长的板条状次生α相,同时β晶粒内次生α相间距增大,使合金塑性明显提高,伸长率可达12.2%。     

时效温度对一种新型β钛合金组织演变及力学性能的影响（英文）

采用d-电子合金设计法设计了一种β钛合金,Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe(质量分数)。在450~600℃范围内选取了多个时效温度进行时效处理,以研究时效温度对该合金组织演变及力学性能的影响。结果表明,当时效温度为500℃时,在ω辅助形核机制作用下,形成了尺寸和相间距更小的次生α相,在此细小的次生α相对β基体的强化作用下合金抗拉强度达到最大值1510 MPa;同时,由于晶界α相的析出以及晶界无析出区的形成,导致合金的塑性极差,伸长率仅为4.6%。随着时效温度的升高,晶内细小的次生α相粗化。粗大的次生α相导致其相间距增大,并使可有效阻碍位错运动的α/β相界面减小。时效温度的升高使合金强度降低,但合金塑性提高。当时效温度升高至600℃,在β晶界处形成了向晶内平行生长的板条状次生α相,同时β晶粒内次生α相间距增大,使合金塑性明显提高,伸长率可达12.2%。     

热处理对Ti-5Al-2V-3Fe-0.2O热轧板材组织和力学性能的影响

研究了固溶处理后不同时效温度对Ti-5Al-2V-3Fe-0.2O合金热轧板材显微组织与力学性能的影响。结果表明:热轧态板材组织主要由α相和β相组成;固溶处理后,组织中出现了α相向β相转变现象,由初生α相及亚稳态β转变组织组成;通过时效处理,亚稳态β转变组织部分分解,析出次生α相并形成晶间β相,随着时效温度从450℃升高到550℃,亚稳态β转变相进一步减少,次生α相增多并长大,初生α相逐渐粗化;与热轧态相比,固溶时效处理后板材抗拉强度和断后伸长率均提高,并且随着时效温度升高,抗拉强度逐渐降低,伸长率逐渐提高;940℃×15min/AC+500℃×6 h/AC热处理后的板材强度和伸长率分别达到1260 MPa、8.5%,具有较佳的综合性能。     

新型高强度钛合金47Ti-45Zr-5Al-3V退火后的微观组织与力学性能

通过对47Ti-45Zr-5Al-3V合金进行不同温度退火处理,对其微观组织与性能的演变规律进行研究。结果表明,经过高温锻造后的47Ti-45Zr-5Al-3V合金由α+β相组成,在550℃以上温度热处理时合金中α相向β相转变。随温度升高合金中β相含量增加,当温度为800℃时α相全部转变为β相。热处理对47Ti-45Zr-5Al-3V合金的力学性能的影响取决于α相和β相含量。合金抗拉强度随β相含量增加降低,而伸长率增加。     

Microstructure and mechanical properties of laser additive manufactured novel titanium alloy after heat treatment

A novel α+β titanium alloy with multi-alloying addition was designed based on the cluster formula 12[Al-Ti₁₂](AlTi₂)+5[Al-Ti₁₄](AlV_1.2Mo_0.6Nb_0.2) which was derived from Ti-6Al-4V.The nominal composition of this novel alloy was determined as Ti-6.83Al-2.28V-2.14Mo-0.69Nb-6.79Zr.In this study,the novel alloy and Ti-6Al-4V alloy samples were prepared by laser additive manufacturing.The microstructure,micro-hardness,room/high temperature tensile properties of the as-deposited samples were investigated.Compared to Ti-6Al-4V,the novel alloy has much higher room and high temperature (600℃) tensile strengths,which are 1,427.5 MPa and 642.2 MPa,respectively;however,it has a much lower elongation (3.2%) at room temperature because of the finer microstructure.To improve the elongation of the novel alloy,heat treatment was used.After solution at 960℃ or 970℃ for 1 h followed by air cooling and aging at 550℃ for 4 h followed by air cooling,a unique bi-modal microstructure which contains crab-like primary α and residual β phase is obtained,improving the compression elongation by 80.9% compared to the as-deposited samples.The novel alloy can be used as a high-temperature and high-strength candidate for laser additive manufacturing.     

Design for Ti-Al-V-Mo-Nb alloys for laser additive manufacturing based on a cluster model and on their microstructure and properties

In this study, α+β Ti-Al-V-Mo-Nb alloys with the addition of multiple elements that are suitable for laser additive manufacturing (LAM) were designed according to a Ti-6Al-4V cluster formula. This formula can be expressed as 12[Al-Ti₁₂](AlTi₂)+5[Al-Ti₁₄]((Mo, V, Nb)₂Ti), in which Mo and Nb were added into the alloys partially instead of V to give alloys with nominal compositions of Ti-6.01Al-3.13V-1.43Nb, Ti-5.97Al-2.33V-2.93Mo, and Ti-5.97Al-2.33V-2.20Mo-0.71Nb (wt.%). The microstructures and mechanical properties of the as-deposited and heat-treated samples prepared via LAM were examined. The sizes of the β columnar grains and α laths in the Nb-containing samples are found to be larger than those of the Ti-6Al-4V alloy, whereas Mo- or Mo/Nb-added alloys contain finer grains. It indicates that Nb gives rise to coarsened β columnar grains and α laths, while Mo significantly refines them. Furthermore, the single addition of Nb improves the elongation, whereas the single addition of Mo enhances the strength of the alloys. The simultaneous addition of Mo/Nb significantly improves the comprehensive mechanical properties of the alloys, leading to the best properties with an ultimate tensile strength of 1,070 MPa, a yield strength of 1,004 MPa, an elongation of 9%, and micro-hardness of 355 HV. The fracture modes of all the alloys are ductile-brittle mixed fracture.     

固溶时效处理对Ti-5.43Al-3.11Mo-1.41V合金显微组织和力学性能的影响

对BT14钛合金(Ti-5.43Al-3.11Mo-1.41V)进行不同温度固溶+时效热处理,研究了固溶温度对合金的显微组织、元素分布和硬度和压缩性能的影响。结果表明,在β相转变温度以下固溶后,随固溶温度上升,初生α相含量不断减少,初生α相和基体相(α′、α″或亚稳β相)中的Al含量均增加,Mo和V含量均下降,显微硬度上升。890、940、990 ℃固溶+540 ℃×6 h时效处理后,基体相分解形成弥散细小的α+β相,起到显著的强化作用,导致显微硬度整体提高,且随着固溶温度的升高,显微硬度和压缩屈服强度提高。     

固溶处理对Al-8.8Zn-2.0Mg-2.1Cu-0.1Zr-0.1Ce合金组织性能的影响

采用拉伸性能和导电率测试、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、差热分析(DSC)、透射电镜(TEM)研究了固溶温度和时间对Al-8.8Zn-2.0Mg-2.1Cu-0.1Zr-0.1Ce合金板材微观组织、拉伸性能及断口形貌的影响。结果表明,试验合金适宜的固溶工艺为470 ℃×60 min,使冷轧态金属间化合物充分固溶。在此工艺下合金时效后的抗拉强度、屈服强度(以R_p0.2计)以及伸长率分别为646 MPa、581 MPa和14.5%。TEM观察发现合金板材固溶时效后晶内强化相η′仅为2~5 nm,并且晶界析出相η呈现断续分布。此外,合金拉伸断面韧窝中大量弥散分布的AlCuCeZn粒子有利于合金塑性的明显提升。     

Ta含量对Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-xTa合金力学性能和腐蚀性能的影响

系统研究了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta(x=0,0.2,0.5,1.0,3.0,5.0)合金的微观组织、拉伸性能、夏比冲击韧性和耐海水腐蚀性。结果表明,经α+β两相区锻造后,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-5Ta合金获得片层组织,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta(x=0,0.2,0.5,1.0,3.0)均获得双态组织。XRD、TEM和选区电子衍射表明,在添加Ta元素后,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta合金没有新相产生。对于双态组织Ti-6Al-3Nb-Zr-1M0-x Ta合金,随着Ta含量的增加,其Mo当量逐渐增加,导致其屈服强度、抗拉强度和显微硬度均有所提高。而Ta含量对冲击吸收功的影响规律与屈服强度和抗拉强度的影响规律相反,其大小与冲击断口剪切唇区面积一致。当Ta含量超过1.0%(质量分数)时,由于α和β相之间的标准平衡电位差逐渐增大,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-x Ta合金的耐海水腐蚀逐渐降低。综合考虑强度、冲击韧性和耐海水腐蚀性能,Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo-1Ta合金综合匹配性最好,具有良好的海洋工程应用潜力。     

固溶温度对Ti-6Al-4V合金显微组织及剪切强度的影响

研究了不同固溶温度对Ti-6Al-4V合金的显微组织及剪切强度的影响。试验表明,在920～980℃之间固溶并在500℃时效后,随着固溶温度的升高,剪切强度不断提高,从643.5 MPa逐步增加到708.75 MPa,显微组织中的β相不断增加,α相不断减少;当在980℃固溶时,α相基本消失,出现了网篮组织。     

固溶时效温度对Ti-6Al-4V-0.5Si合金组织性能的影响

分析了不同固溶时效温度对Ti-6Al-4V-0.5Si合金抗拉强度、伸长率及显微组织的影响。结果表明,固溶处理后Ti-6Al-4V-0.5Si合金中存在较多的六方α′和斜方α″两种马氏体相和亚稳定相。时效处理后,马氏体相和亚稳定相分解再结晶得到分散的α+β相。综合分析表明,固溶时效工艺为950℃×30min(水冷,WQ)+480℃×4h(空冷,AQ),合金的综合性能最好,此时合金的抗拉强度和伸长率分别为745.6MPa和8.3%,比铸态合金分别提高了24.8%和36.0%。     

热处理时间对激光选区成形TC4钛合金组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机研究固溶时效工艺中时间参数对激光选区成形(SLM)TC4(Ti6Al4V)钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,退火态的SLM成形TC4钛合金的显微组织主要由连续的晶界α相(α_GB)、网篮状α相和β转变组织组成。经固溶时效处理后,试样的显微组织均呈现为网篮组织。在固溶温度为920 ℃,时效工艺为550 ℃×3 h,空冷的条件下,随着固溶时间从2 h增加为6 h,初生α相粗化明显,部分α_P相的晶粒长度可达16 μm;片状α相也发生粗化,晶粒长度由5~15 μm增长至20~30 μm,连续的晶界α相(α_GB)变得不连续,晶粒宽度由2.7 μm增长为4.4μm;同时,组织中出现了尺寸较大的α集束。试样的强度由1045.2 MPa增加为1156.9 MPa,断后伸长率由13.6%降低为6.7%。在时效温度为550 ℃,固溶工艺为920 ℃×2 h,水淬的条件下,随着时效时间从3 h增加为8 h,β转变组织的占比增加,初生α相的长度由40~60 μm减少为30~40 μm,晶界处连续的α_GB相晶粒宽度由2.7 μm增长为4.5 μm;片状α相稍有粗化,而试样的力学性能变化不大。因此,对于SLM成形TC4钛合金而言,在920 ℃固溶温度及550 ℃时效温度下,改变固溶和时效时间参数难以获得双态组织,且对综合力学性能的提高无显著影响。