SPS烧结Ti-25Ta-3Ag合金的组织演变与腐蚀行为研究

用XRD、SEM等测试手段对SPS烧结的Ti-25Ta-3Ag生物合金的物相、形貌和微观结构进行表征；采用开路电位、动电位极化曲线和电化学阻抗谱等方法研究了不同烧结温度制备的合金在人工模拟体液(Hank’s溶液)中的电化学腐蚀行为。结果表明：Ti-25Ta-3Ag烧结产物中存在α相(不规则多边形)、马氏体α＂相(针状)和β相(片层状),同时在晶界处有单质Ag(白色颗粒)析出。电化学实验表明：随着烧结温升高,合金的耐腐蚀性能增强。该合金在人工模拟体液中耐腐蚀性能优异的主要原因是：Ag提高了合金的腐蚀电位,且在晶界析出,由于Ag的高耐腐蚀性,使得晶界不易发生腐蚀；另一方面合金表面形成的钝化膜主要由TiO₂和Ta₂O₅氧化物,Ti和Ta的低价态氧化物以及金属Ag组成,且钝化膜与基体钛结合紧密,其稳定性和保护性更强。     

生物医用Ti-Nb-(Ta)-Zr合金的微观结构与性能

采用显微硬度测试、X射线衍射分析和透射电子显微镜观察等方法,研究不同热处理后生物医用Ti-35Nb-5Ta-7Zr合金和Ti-35Nb-7Zr合金的显微硬度变化及微观组织特征,揭示Ta元素的添加对合金微观结构、时效析出序列及性能的影响。结果表明:Ti-35Nb-5Ta-7Zr合金比Ti-35Nb-7Zr合金具有更明显的时效强化效果;固溶处理(ST)后经300和600℃时效处理,Ti-35Nb-5Ta-7Zr合金的时效析出顺序可以描述为β+α″(ST)300℃→β+α600℃→β+α+等温ω,而Ti-35Nb-7Zr合金的时效析出顺序为β+α″+淬火ω(ST)300℃→β+α+等温ω600℃→β+α;Ta元素的添加抑制固溶处理过程中淬火ω相的析出,提高时效过程中等温ω相的析出温度。     

Ti-Nb-Ta-Zr合金组织研究

本文研究了时效处理对两种医用Ti-Nb-Ta-Zr合金组织的影响研究表明,在300-600℃之间对Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金进行时效处理,α和ω相从β基体中析出Ti-39Nb-13Ta-4.6Zr合金比Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金稳定,对其进行短期时效处理,未见α相和ω相析出.长期时效处理(12 d)后,才有可见α相出现.     

Ti—40阻燃钛合金中的第二相

研究了Ti-40(Ti-25V-15Cr-0.2Si)阻燃钛合金中的第二相及其对合金性能的影响。研究结果表明：固溶温度升高,Ti40合金析出第二相的趋势增大;低于850℃固溶,合金中没有第二相析出,高于850℃固溶,合金中析出棒状α相和少量Ti5Si3相;910℃固溶＋600℃时效,合金存在第二相有α和Ti5Si3相;860℃固溶＋600℃时效,合金仅存在Ti5Si3相,固溶时效态存在的第二相对合金的性能没有明显影响,540℃,100h热暴露,合金中存在的各种形态的α相和Ti5Si3析出物,明显降低合金的热稳定性能。     

烧结温度对热压烧结Ti-6Al-4V合金组织与性能的影响

采用热压烧结(压力25 MPa, 800～1100℃)及780℃×2 h再结晶退火工艺制备了具有优异性能的Ti-6Al-4V(TC4)合金。研究了Ti-6Al-4V合金相结构及随温度的变化规律，分析了不同热压烧结温度对Ti-6Al-4V合金的烧结致密度、微观组织及力学性能的影响。结果表明，Ti-6Al-4V合金从α相到β相转变的开始温度与结束温度分别为627℃和941℃。在800℃热压烧结没有实现烧结致密化，900℃热压烧结获得了较为均匀、细小的组织，1000℃及1100℃烧结均导致组织异常长大。在900℃烧结并退火处理的Ti-6Al-4V合金抗拉强度达到894.6 MPa,断后伸长率达到了15.7%,获得了极好的强度与塑性。     

粉末冶金Ti-Al-Mo-V-Ag合金的显微组织与力学性能

通过粉末冶金元素混合法,制备含α及β相的Ti-Al-Mo-V-Ag合金。通过X射线衍射、金相观察、扫描电镜观察及力学性能测试,研究Ag的添加及烧结温度对Ti-5Al-4Mo-4V合金的组织与性能影响。结果表明：Ag的添加能提高粉末冶金Ti-5Al-4Mo-4V合金的的相对密度,改善合金的力学性能;在1250℃下烧结4h后,Ti-5Al-4Mo-4V-5Ag合金的相对密度及抗压缩强度分别达到96.3%和1656MPa。     

Ti-6Al-7Nb合金随温度的组织与性能演变

为揭示Ti-6Al-7Nb合金随热处理温度的不同,显微组织、力学性能及相组成的变化规律,研究了合金在650℃-1030℃热处理空冷条件下的组织演变,进行室温力学性能测试与XRD分析。结果表明：650℃属于时效温度,热加工得到的原β转变组织中析出细小的α相,合金的强度和弹性模量有所提高。700℃-850℃之间进行热处理,可以获得良好的综合性能,满足相关标准要求。合金弹性模量处于94-100 GPa。950℃-1030℃温度范围内,随着温度的升高,由于二次针状α相的析出,或者生成α"相,呈现强度上升,塑性下降的趋势。650℃、850℃两个温度热处理后,Ti-6Al-7Nb合金的XRD图谱未出现β相的衍射峰,均为α相的衍射峰。1030℃热处理后,α"相具有较强的(002)、(101)衍射峰,其它晶面的衍射峰能量很弱。合金弹性模量达最大值108GPa。通过金相观察,推算Ti-6Al-7Nb合金α+β→β转变的开始温度处于900℃-920℃,终了温度处于1010℃-1030℃。     

热处理对SPS烧结Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金显微组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术制备生物医用Ti-24Nb-4Zr-8Sn合金,研究固溶时效处理对合金显微组织和力学性能(强度、塑韧性及弹性模量)的影响。结果表明:合金经850℃固溶处理后主要由β相、少量初生α相及淬火马氏体α″相组成;在450℃时效处理后,合金基体β相内析出大量细小无规则的针状次生α相,随着时效时间从4 h延长到48 h,次生α相趋于定向析出,含量和尺寸逐渐增大;与烧结态相比,固溶时效处理后合金抗压强度和弹性模量增大,而塑韧性呈先提高后降低趋势;经优化后固溶时效处理制度为(850℃,1.5 h,WQ)+(450℃,4 h,FC),此时合金抗压强度、屈强比和弹性模量分别为1701 MPa、0.69 GPa和42.8 GPa。     

机械合金化与放电等离子烧结制备Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金

采用双步球磨法和放电等离子烧结技术制备细晶Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)(摩尔分数,%)合金,利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)等对球磨后的粉末形貌、相组成以及烧结块体的显微组织结构进行观察和分析,研究烧结温度对Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金显微组织和力学性能的影响.结果表明:双步球磨粉末的颗粒形状较规则,其颗粒尺寸为10～40 μm,内部结构较均匀,主要由TiAl和Ti3Al相组成;放电等离子烧结后的块体主要由主相TiAl、少量的Ti3Al相及Ti2Al和TiB2相组成;当烧结温度为1 000 ℃时,烧结块体主要为等轴晶组织,等轴晶粒平均尺小于500 nm;当烧结温度为1 100 ℃时,烧结块体致密、无孔洞,部分等轴晶粒明显长大;随着烧结温度的升高,Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金的显微硬度随之增大,抗压强度和抗弯强度却随之降低;压缩断口形貌分析表明:Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金在1 000 ℃时,属于沿晶断裂,在1 100 ℃时,断口以沿晶断裂为主,存在部分解理断裂.弯曲断口形貌分析表明:Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金以沿晶断裂为主,存在部分解理断裂.     

放电等离子烧结温度对Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr合金显微组织和力学性能的影响

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备Ti-29Nb-13Ta-4.6Zr(TNTZ)合金,研究烧结温度对合金致密度、显微组织及力学性能的影响。结果表明:在950~1150℃烧结温度范围内合金具有较高的致密度和抗压强度,合金由β-Ti相与Ti-Nb-Ta-Zr固溶体形成的混合基体组织及少量未熔化的Nb、Ta、Zr金属颗粒组成。随着烧结温度的升高,合金致密度和抗压强度呈增大趋势,合金中混合基体组织尺寸越来越大且不断融合联结,难熔金属颗粒数量越来越少且尺寸越来越小。合金压缩弹性模量在58~60GPa之间,说明具有良好的力学相容性,烧结温度变化对其影响较小。     

时效工艺对Ti-26合金棒材组织和拉伸性能的影响

对经过790℃固溶处理后的Ti-26合金棒材进行了不同温度及时间的时效处理，研究了时效温度和时间对Ti-26合金棒材显微组织和拉伸性能的影响。研究结果表明：在450-550℃范围内，随时效温度升高，合金组织有针状“相弥散物析出。升温至510℃，相同时效时间内析出α相数量最多，高于510℃，部分析出α相开始溶解。合金时效处理10h内，随时效时间延长，合金组织针状α相弥散物数量增加，且针状α相存在跨晶界长大现象。合金经510℃×10h时效处理，OL相形核和长大达到最佳匹配，Ti-26合金获得理想的强度和塑性匹配。     

时效温度对Ti-5Al-4Zr-10Mo-3Cr钛合金微观组织及力学性能的影响

研究了Ti-5Al-4Zr-10Mo-3Cr合金经过β相区固溶(880 ℃)、不同温度时效(540~620 ℃)处理后次生α相(α_s)析出形貌及其对力学性能的影响。结果表明:随着时效温度由540 ℃升高至620 ℃,合金中析出α_s相片层厚度由0.030 μm增加到0.142 μm,屈服强度由1353 MPa降低至1074 MPa,断后伸长率由2.5%升高至11.4%,即时效析出的微米级片层α_s能够显著调控合金的力学性能。此外,时效温度升高使合金的拉伸断裂由沿晶脆性断裂为主转变为韧窝穿晶为主的韧性断裂方式。Ti-5Al-4Zr-10Mo-3Cr合金时效析出的片层状α_s相的厚度大于0.1 μm,合金的断后伸长率≥6%。当时效温度为600 ℃时,合金的硬度为387 HV10,抗拉强度为1182 MPa,伸长率为8.5%,具有良好的强塑性匹配。     

热变形参数对47Zr-45Ti-5Al-3V合金β→α相转变的影响

采用Gleeble 3500热模拟实验机和D/MAX-2500/PC型X射线衍射仪研究了热变形参数对47Zr-45Ti-5Al-3V合金β→α相转变的影响。结果表明,在850℃固溶处理后,该合金发生完全再结晶,再结晶晶粒尺寸为224μm,合金的组织由单一β相组成。在α+β两相区热变形过程中,该合金将发生β→α相的转变,其相变行为依赖于应变速率和变形温度。在低应变速率变形时,该合金发生了β→α相的转变;而在高应变速率变形时,该合金发生α→β相转变。在低温高应变速率变形时,该合金中析出的α相为针状。随变形温度的升高和应变速率的降低,针状α相发生球化,而且球状α相的体积分数逐渐增加。当变形温度为600℃和应变速率为10~(-3)s~(-1)时,针状α相完全球化。     

生物医用多孔Ti-6Mo合金选择性激光烧结的结构特征和力学行为

采用选择性激光烧结金属元素Ti、Mo和粘结剂的混合粉末,制备了多孔Ti-6Mo合金,并研究了其结构特征和力学性能。结果表明,多孔Ti-6Mo合金的孔隙结构与烧结工艺有关,随着烧结温度从1000℃升高到1200℃,孔隙由三维连通孔变为相互孤立孔,孔隙率从58%下降到24%,孔径从112μm减小到43μm;多孔Ti-6Mo合金在室温为片层组织,均由大量α相和少数β相构成,并伴有微量α析出物;压缩应力-应变曲线表现为弹性变形、塑性屈服和断裂区三阶段,随着孔隙率降低,弹性模量和屈服强度分别在2.07~11.9 GPa和31.4~152.8 MPa增大,且相对弹性模量和相对屈服强度和相对密度之间遵循幂律关系。多孔Ti-6Mo合金的孔隙特征和力学性能均可满足自然骨要求,是一种可行的医用材料。     

合金元素Mo对Laves相强化Cr-10Ta合金组织与性能的影响

通过机械合金化+热压烧结工艺制备了Cr-10Ta和Cr-10Ta-20Mo合金,研究了添加20%Mo对Laves相Cr-Ta合金组织及室温力学性能的影响。结果表明,Cr、Ta和Mo元素粉经球磨25 h后在1350℃×1 h热压工艺下可获得组织细小均匀的高致密度Cr-10Ta和Cr-10Ta-20Mo合金。Cr-10Ta中生成的Laves相Cr_2Ta是室温下稳定的C15结构,而添加20%Mo会使合金中生成的Laves相Cr_2Ta发生相转变,形成亚稳态的C14型Laves相。所制备的Cr-10Ta-20Mo合金表现出良好的细晶和合金化强韧化效果,室温下的硬度为6.89 GPa,断裂韧性大于7.91 MPa·m1/2,屈服强度和抗压强度分别达2635、3364 MPa,压缩应变为6.7%。     

热处理温度对Ti-6Al-7Nb合金组织与性能的影响

为揭示Ti-6Al-7Nb合金显微组织、力学性能及相组成随热处理温度的变化规律,研究了合金在650～1 030℃热处理空冷条件下的组织演变,并进行了室温力学性能测试与XRD分析。结果表明:对于Ti-6Al-7Nb合金,经650℃热处理后,热加工得到的原β转变组织中析出了细小的α相,合金的强度和弹性模量有所提高。在700～850℃之间进行热处理,可以获得良好的综合性能,满足医用钛合金相关标准要求。在950～1 030℃范围内,随着热处理温度的升高,析出二次针状α相或生成α''马氏体相,呈现强度上升、塑性下降的趋势。经650、850℃热处理后,XRD图谱中均为α相的衍射峰,未出现β相的衍射峰。1 030℃热处理后,α''相具有较强的(002)、(101)衍射峰,其他晶面的衍射峰强度很弱,合金弹性模量可达108 GPa。     

粉末冶金法制备Ti-Nb-Zr-Sn合金的研究

以氢化钛粉和Nb、Zr、Sn粉为原料,采用粉末冶金法制备致密的Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金。通过力学性能测试和SEM法研究了烧结工艺对Ti-24Nb-4Zr-7.9Sn合金组织和性能的影响。结果表明,最佳烧结工艺为烧结温度1250℃×2h,此时合金致密度高达97.2%、烧结密度5.2g/cm3、抗拉强度705MPa、伸长率5.58%。该合金的组织为典型的魏氏体,由β基体和析出的α相组成;烧结温度高,孔隙度明显降低,β晶粒、α相平均尺寸都相应增加;保温时间越长,β晶粒、α相平均尺寸也都相应增加。     

Ti-V-Cr系阻燃钛合金显微组织研究

本文通过SEM和TEM研究了Ti-35V-15Cr和Ti-25V-15Cr阻燃合金在不同热处理制度下的微观组织变化.实验结果表明固溶和时效温度对Ti-25V-15Cr和Ti-35V-15Cr合金热暴露组织中α相析出量、形态和晶界偏聚程度有明显的影响.为获取较好热稳定性和室温性能,建议两合金的热处理制度为820-870℃/0.5 h,WQ+600℃/5 h,AC.     

Mo、V和Ag对粉末冶金Ti-5Al合金组织与力学性能的影响

采用元素混合法制备粉末冶金Ti-Al-Mo-V-Ag合金,通过金相观察、扫描电镜及力学性能测试等方法研究Mo、V和Ag的添加及烧结温度对Ti-5Al合金的烧结行为、显微组织与力学性能影响,并对其作用机制进行探讨.结果表明1350℃烧结时,V与Mo的添加能改善烧结合金的压缩强度,单独添加Ag时,则降低基体合金的综合性能,但当Ag与Mo、V同时添加到基体合金中时,改变合金的显微组织,提高烧结合金的致密度与抗压缩强度,致密度能达到96%,抗压缩强度达到1782MPa.同时,烧结温度不同时,相同成分的粉末冶金Ti-5Al合金的显微组织与性能也表现出不同的特征.     

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。