不同组织Ti6321合金的绝热剪切行为研究

通过热处理获得等轴组织、双态组织和魏氏组织的Ti6321合金,研究不同组织的Ti6321合金在动态压缩下的绝热剪切行为。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对帽形试样进行强迫剪切加载,结合扫描电子显微镜和金相显微镜,对其绝热剪切带和微观组织演化进行观察和分析。结果表明:Ti6321合金的绝热剪切敏感性与其组织密切相关,魏氏组织具有最高的绝热剪切敏感性,等轴组织与双态组织的绝热剪切敏感性接近。随着热处理温度的升高,双态组织的Ti6321合金初生α相含量降低,绝热剪切敏感性增大。冲击速度也会对Ti6321合金的绝热剪切行为产生较大影响,随着冲击速度提高,其绝热剪切敏感性提高。     

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。     

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。     

Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo钛合金在低温高应变速率下的变形行为

在变形温度为193~298 K、应变速率为2000~3000 s^-1的范围内,对Ti6321钛合金进行动态压缩试验,研究温度和应变速率对材料力学性能和变形行为的影响。采用光学显微镜（OM）、透射电子显微镜（TEM）和电子背散射衍射（EBSD）表征和分析了合金的微观结构演变。结果表明,随着温度的降低和应变速率的增加,Ti6321钛合金的动态屈服强度和平均流动应力均增大,而断裂应变明显降低。采用Johnson-Cook本构方程预测了Ti6321钛合金在低温高应变速率下的力学行为,拟合结果与实验结果吻合较好。微观结构分析表明,随着变形温度的降低,｛112｝和｛101｝2种孪晶的含量明显增加,即变形机制逐渐由孪晶的辅助作用转变为孪晶占主导地位。     

Ti-5553合金在轻气炮冲击下的变形行为

利用一级轻气炮装置,以不同速度的飞片对Ti-5553合金进行冲击加载;采用光学显微镜和透射电子显微镜观察并分析微观组织和变形行为;结合XRD和定量金相研究方法进行分析和计算。结果表明,Ti-5553合金在轻气炮冲击下会发生位错滑移、形变孪生和应力诱发马氏体相变(stress-induced martensite,SIM),形成α″相。α″相的生成量受轻气炮冲击速度的影响,随着冲击速度的增大,形成的α″含量呈明显上升趋势,当轻气炮冲击速度由380 m/s上升到560 m/s时,单位面积α″线的长度LA由39.18 mm/mm~2上升到52.65 mm/mm~2。     

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。     

合金元素对TC4钛合金动态力学性能的影响

利用分离式Hopkinson压杆装置,在应变率=2000,3000,4000s-1加载条件下,对4种TC4钛合金的等轴组织试样进行了动态压缩试验,得到了不同状态下的动态真应力-应变(σ-ε)曲线。结果表明:随着Al、V含量的增加,TC4钛合金等轴组织试样的平均动态流变应力、均匀动态塑性应变和冲击吸收功都有所增加,动态力学性能有所提高;随着间隙元素含量的增加,TC4钛合金等轴组织试样的平均动态流变应力和冲击吸收功有所提高,而均匀动态塑性应变有所降低。     

挤压对Ti6321钛合金管组织的影响

采用35MN热挤压机挤压出了φ112 mm×12 mm的Ti6321钛合金管材,研究了挤压温度、挤压速度对Ti6321钛合金管材组织的影响。结果表明:挤压对坯料的显微组织有很大的改善作用,有利于组织均匀化。挤压温度影响α晶粒的形状及α相的含量。挤压速度对显微组织没有影响,但影响挤压模具的寿命。     

TC4钛合金室温滞后回弹研究

为了探明TC4钛合金室温下的滞后回弹效应,采用万能试验机进行了不同预应变和不同加载速率的滞后回弹实验;为了揭示滞后回弹变化规律的微观机理,采用OM和TEM对微观组织进行表征。结果表明:TC4钛合金经过室温塑性变形卸载后尺寸继续变化,具有明显的滞后回弹效应。随着预应变以及加载应变率的提高,滞后回弹应变(TDSS)的绝对值均呈现指数增长。组织分析表明,"流线型"光镜组织、位错塞积以及孪晶组织的演变与滞后回弹变化规律正相关。     

基于CMT的电弧熔丝增材Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金的组织与性能

采用基于冷金属过渡的电弧熔丝增材方法(CMT-WAAM)制备了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo合金试样,研究了CMT-WAAM Ti6321合金显微组织、力学性能及其各向异性. 结果表明,CMT-WAAM Ti6321合金显微组织由不规则的多边形原始β晶和晶界α相组成,CMT脉冲工艺(CMT+P)能够有效细化晶粒,组织中没有发现贯穿式的柱状晶,且未发现马氏体.CMT-WAAM Ti6321合金x向和z向的室温抗拉强度达到同级别锻件标准,断口形式均为典型的韧性断裂.成形组织中没有明显的织构存在,拉伸强度的各向异性也不明显,组织中的气孔导致z向的断后伸长率低与x向. x向和z向冲击韧性均不低于65 J,能够满足船用钛合金结构件的需求,冲击断口中存在大量的撕裂型韧窝,为典型的韧性断裂.     

Ti40阻燃合金粗晶超塑性变形行为及机理

借助OM、TEM研究了高温条件下Ti40阻燃合金的粗晶超塑性变形行为及机理。结果表明:在920℃下,应变速率为5×10-5～1×10-2s-1的Ti40合金表现出良好的超塑性行为,拉伸延伸率均超过250%,应变速率敏感指数m大于0.3。超塑变形后,粗大的等轴组织细化。TEM分析表明,在变形过程中,位错运动形成亚晶界,亚晶界通过吸收滑移位错形成小角度晶界甚至大角度晶界。Ti40合金的粗晶超塑性是由动态回复和再结晶共同作用的结果。     

原位合成TiC和TiB增强钛基复合材料的微观结构与力学性能

利用钛与Ｂ４Ｃ之间的自蔓延高温合成反应经普通的熔钐工艺原位合成制备了ＴｉＣ、ＴｉＢ增强的钛基复合材料。光学金相、ＥＰＭＡ、ＴＥＭ和Ｘ射线衍射的研究结果表明：存在匠两种不同形状的增强体,即短纤维状ＴｉＢ晶须和等轴、近似等轴状ＴｉＣ粒子。ＴｉＢ、Ｔｉ基体界面洁净,没有明显的界面反应,而ＴｉＣ、Ｔｉ基体界面有非化学配比的ＴｉＣ过度层存在。由于增强体承受载荷,基体合金晶粒细化以及高密度位错的存在,制备钛基     

NiTi40合金微观组织结构的电子显微学分析

采用扫描电子显微分析(SEM)、电子背散射衍射分析(EBSD)、透射电子显微分析(TEM)、高分辨电子显微分析(HRTEM)、高角度环形暗场-扫描透射(HAADF-STEM)等技术手段,对NiTi40(60%Ni+40%Ti,质量分数)合金淬火态样品的微观组织结构进行分析。结果表明:NiTi40合金在950℃、150 min固溶水冷和1050℃、150 min固溶水冷的硬度值相近,为60~61 HRC,但微观组织结构有显著的区别。经950℃固溶水冷后,合金中的粗大第二相主要为NiTi2和Ni3Ti相,还有少量和NiTi2相互伴生的TiC相;经1050℃固溶水冷后,合金中的Ni3Ti相接近完全回溶的,粗大第二相主要为相互伴生的NiTi2及Ti C相。随着固溶温度的升高,合金的晶粒尺寸明显增大,合金晶界处的小晶粒在1050℃固溶时基本消失。经950℃固溶处理,晶内析出相主要为10~20 nm的Ni4Ti3相;经1050℃固溶处理,晶内析出相主要为几十至几百纳米的Ni4Ti3相。     

Characterization of α_2 Precipitates in Ti–6Al and Ti–8Al Binary Alloys: A Comparative Investigation

Transmission electron microscopy (TEM) and atom probe tomography (APT) techniques were used to investigate the nanoscale orderedα_2 (Ti _(3 )Al) precipitates in Ti–Al binary alloys.Ti–6Al and Ti–8Al binary alloys were solution treated and aged to obtain Widmanstatten microstructure and promoteα_(2 )precipitates.The TEM results displayed strong short-range ordering ofα_(2 )precipitates in Ti–8Al alloy,while no evidence of the superlattice reflections ofα_(2 )in Ti–6Al alloy.The results acquired from APT showed theα_(2 )clusters and atoms distribution at the interface between the matrix andα_(2 )precipitates.The size and morphology ofα_(2 )particles in Ti–8Al alloy,respectively,obtained by TEM and APT are closely consistent.Meanwhile,the APT results displayed tiny size clusters in Ti–6Al alloy,which supposed to give evidence of the initial ordering process ofα_(2 )precipitates in the absence of correlative results from TEM.     

热处理对Hf-基非晶合金力学性能的影响

采用铜模浇铸法制备Hf44.5Cu27Ni13.5Ti5Al10块体非晶合金,并对其进行等温退火处理。利用X射线衍射仪（XRD）和透射电镜（TEM）对非晶合金的晶化行为进行了分析,并通过MTS810实验机及场发射扫描电子显微镜（FESEM）研究了等温退火对合金力学性能的影响。结果表明,该非晶合金等温退火相转变进程为：非晶→非晶＋Al16 Hf6Ni7→非晶＋Al16 Hf6Ni7＋CuTi2→CuHf2＋CuTi2。合金断裂强度随退火温度的升高先增大后减小。743 K等温退火后,合金断裂强度达到最大值2400 MPa,弹性应变为3.0%。在Hf44.5Cu27Ni13.5Ti5Al10块体非晶合金压缩断口上观察到纳米级韧窝及周期性条纹结构。随着退火温度的升高,周期性条纹间距逐渐减小直至消失,断口形貌呈现为脆性解理断裂的河流状花样。     

Ti6Al4V合金超声深滚层的组织结构特征

采用超声深滚技术对Ti6Al4V合金进行表面机械强化处理,使用扫描电镜、硬度分析、X射线衍射和透射电镜等分析手段研究超声深滚处理Ti6Al4V合金表面层的组织结构特征。结果表明：超声深滚处理后,材料表层组织严重细化,形成了纳米结构层,表面晶粒尺寸小于20 nm。晶粒细化层的深度约为0.15 mm,在0.15 mm深度处,虽然晶界结构保持完整但晶粒内部位错密度增加。分析了组织结构细化对于改善疲劳性能的意义     

基于冷金属过渡的电弧增材制造钛合金螺旋桨成形机理及组织性能

通过对基于冷金属过渡(CMT)的电弧增材制造成形过程中电弧形态、电流电压同步信号和熔池形貌的同步检测分析,研究了电弧不同阶段的熔滴过渡形式和熔池金属的受力状态,探明了悬垂结构成形过程中的熔池金属的受力机制,实现了钛合金螺旋桨的成形,并分析成形后的组织性能。研究结果表明,通过对CMT电弧热输入和电弧力的精细控制,能够在无支撑条件下实现螺旋桨叶片的快速成形,同时获得良好的力学性能。在本研究条件下,钛合金CMT增材制造过程中熔滴过渡主要以短路过渡的形式进行,降低基值和短路阶段的焊接电流能够增加悬垂结构倾角,且当I基值/I峰值小于0.3时,钛合金螺旋桨最大倾角达到53.26°。基于优化后的工艺成形船用Ti6321合金,内部组织致密且无贯穿式的粗大柱状晶,力学性能达到同级别锻件标准,水平方向和竖直方向的各向异性不明显。     

The Effect of Sintering Temperature on Mechanical and Electrical Properties of a W-10Ti Alloy Prepared by Hot Press Sintering

W-10Ti alloy was prepared by hot press sintering using W-TiH₂ powders milled for 24 h under argon atmosphere. The effect of sintering temperature on the phase constituents and the microstructure of the alloys was characterized by x-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and transmission electron microscopy (TEM). The microhardness of W-rich phase, electrical resistivity and impurity (C, O) contents of W-10Ti alloy were determined. The results show that the amount of W-Ti solid solution, the microhardness of the W-rich solid solution and the resistance of W-10Ti alloy increase with an increase of sintering temperature. At 1300 °C, W-10Ti alloy has the maximum microhardness value of 333 HV_0.05, the O content of 360 ppm and C content of 200 ppm.