基于三态组织的近 α 钛合金近 β 锻+固溶时效工艺参数匹配

基于正交试验结果,对近β锻+固溶时效工艺参数进行了显著性分析,并详细讨论了工艺参数对TA15钛合金显微组织的影响及合理的工艺参数,以获得性能优异的三态组织。结果表明：变形温度、固溶温度和固溶时间是3个最为重要的工艺参数,分别对等轴α_p相的体积分数和直径、片层α_s相的体积分数及片层α_s相的厚度影响最大。较合理的TA15钛合金处理工艺参数为970 ℃/0.1 s^-1/60%变形程度/水淬+930 ℃/1.5 h/空冷+550 ℃/5 h/空冷。     

TC4钛合金绝热剪切带的微观组织及织构

应用电子背散射衍射技术(EBSD)研究TC4钛合金绝热剪切带(ASB)的微观组织及其织构演化。原为等轴组织的小圆柱试样用Gleeble-3500热模拟试验机以相对低的应变速率热压缩获得ASB。结果表明,试样组织由基体、过渡区和ASB组成。基体为等轴α晶粒和晶粒间的β相;过渡区为内部包含亚晶的1~4μm宽的拉长组织;试样中心ASB由0.2~0.7μm的再结晶晶粒组成;接近试样边缘ASB存在剧烈拉长的条状组织、大量的亚晶和再结晶晶粒。极图表明,基体具有较强的{0001}1010织构;过渡区包含{1010}1120和{1122}1123织构;中心ASB没有取向集中;接近试样边缘ASB为{1120}1010织构。     

冷却介质对商业纯钛 β→α 相转变组织及织构的影响

利用OM、ECC、EBSD、TEM等表征技术和显微硬度实验研究了经β固溶处理的商业纯钛板材在β→α相变过程中不同冷却介质对其组织演变、变体选择、织构遗传及力学性能的影响。结果表明：随着冷却速率的降低,相变组织依次呈细针状α′马氏体（水冷和液氮冷）、Widmanst?tten组织（空冷）及粗大晶粒（炉冷）,且冷却速率越快,则转变组织越细,进而其硬度值越高。在β→α冷却过程中,只有炉冷条件下由于出现了部分不满足Burgers关系的取向,导致其并不严格遵循Burgers取向关系。与原始组织相比,水冷和液氮冷条件下由于出现新的织构成分（<0001>//TD、<110>//ND）,导致其织构分布更分散;炉冷条件下由于发生了强烈变体选择而出现织构遗传现象,导致更强的相变织构。因此可以通过提高冷却速率来抑制变体选择,进而弱化相变织构。     

TA15钛合金的热变形微观组织与织构

采用X线衍射仪和EBSD分析研究近α型TA15钛合金在不同工艺参数下的热压缩变形组织和织构演变规律。结果表明:TA15合金热变形后淬火组织中存在针状马氏体α′相;晶粒在(101)和(002)滑移面上的滑移率先达到临界分切应力,发生塑性变形,使组织细化,并最终导致变形组织的择优取向;在小应变速率(0.01 s-1)和低变形温度(950℃)条件下,动态再结晶分数较高,产生较强的再结晶织构;随着变形温度和应变速率的升高,材料晶粒取向性减弱。     

大应变量冷轧AA1050铝合金微观组织与织构的演变

采用ECC和EBSD技术研究了AA1050铝合金冷轧到大应变量下微观组织和织构的演变规律. 结果表明,AA1050合金冷轧到大形变量时,微观组织由低应变下的胞块组织结构转变成典型的层片状界面(LBs)结构,其内部的LBs基本与轧向(RD)平行;主要存在两种转变机制,即由于轧制变形(机制I)和借助于S-bands结构的剪切作用(机制II),从而导致GNBs逐渐旋转到与RD平行,且以机制I为主.变形过程中,由于晶粒的分裂形成大量的大角度界面,随应变的增加,大角度界面的间距逐渐减小、数目逐渐增多;当冷轧到90%应变量时,除原始晶界外,约为47%的大角度界面起源于变形诱导的界面. 冷轧变形主要形成典型的Brass+S+Copper轧制织构,且强度随应变的增加而逐渐增加.     

TB8钛合金的热变形组织与织构

采用电子背散射衍射(EBSD)技术对新型亚稳态β型TB8钛合金的热压缩变形组织和织构进行研究。结果表明:TB8合金热压缩变形组织呈明显的形变不均匀特征;动态再结晶的形核及长大与亚结构的演变关系极为密切;变形过程中无论动态再结晶是否发生或进行完全,形变组织都存在较强织构,造成TB8钛合金力学性能及成形性的各向异性。     

双相Mg-Li合金的 α→β 相变及热加工性能研究

在温度为250-400℃、应变速率为0.1-10 s^-1条件下进行了热压缩试验,研究了双相Mg-Li合金的热加工性能、显微组织演变和相组成。建立了整合加工和α-Mg相含量的最佳热加工窗口。结果表明,所建立的Arrhenius本构模型能够准确预测软化过程中的应力流动行为。通过对合金显微组织的观察,发现动态回复(DRV)、动态再结晶(DRX)和α-Mg相变是主要的软化机制。α-Mg相以球化和α-Mg相内析出的形式转变为β-Li相,尤其是在300℃以上相变现象显著。同时,DRX行为容易在β-Li相中发生,而在α-Mg相中会被抑制。基于动态材料模型和微观结构分析,获得最佳加工窗口：温度300-350℃/0.1-1 s^-1和温度250℃/0.1 s^-1。     

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。     

AZ31镁合金压缩变形微观织构演变规律

采用电子背散射衍射(EBSD)原位跟踪实验方法研究了AZ31镁合金压缩变形微观织构演变规律。在温度为170℃条件下,研究了AZ31镁合金轧制板材经过3次连续真空压缩(变形量分别为11%、17%和23%)时,其相同观察区域的微观织构演变。研究结果表明,AZ31镁合金轧制板材的微观织构为典型的(0001)基面织构。当温度为170℃、变形量为11%时,晶粒取向发生显著改变,大部分晶粒都发生了完全孪生,只有少数发生部分孪生,原始的基面轧制织构大幅减弱,孪生变体符合60°/1010和86.3°/1210取向关系。随着变形量的增加,滑移开始启动,孪晶晶界减少,织构变化不明显。压缩变形过程微观织构演变机理主要以拉伸孪生为主,基本上没有压缩孪生出现。     

初生 α 相对Ti6242s合金在保载疲劳载荷作用下微区塑性变形的影响

分析Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo-0.1Si(Ti6242s)合金的组织特征和疲劳性能的关系。微观组织定量分析结果显示,不同温度固溶处理对初生α相的比例和形貌有明显影响,这些微观结构特征的变化对Ti6242s合金的室温拉伸性能和低周期疲劳性能有轻微的影响,但是对室温保载疲劳和保载疲劳敏感性有明显影响。随后分析证实了Ti6242s合金在保载疲劳载荷作用下存在相对较强的应力集中和不均匀微区塑性变形情况。而且,通过对疲劳失效断口形貌分析也证实了Ti6242s合金在室温保载疲劳下形成小平面特征和附近的准解理断裂区域特征,相关测试结果恰好对应等轴初生α相和附近的软相/软晶粒的微观组织应力应变分布表征结果。因此,在具有较低体积分数等轴初生α相的合金中形成相对较低程度的微区不均匀塑性变形,有助于降低裂纹萌生的概率并延迟裂纹扩展,从而改善保载疲劳性能。     

TC11合金两相区退火对微观组织与微观织构的影响

采用金相、扫描电镜和电子背散射衍射(EBSD)研究两相区退火温度和时间对热压缩态TC11(Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si)双相钛合金组织和微观取向的影响。结果表明:初始魏氏组织在850℃热压缩后被破坏,形成较为细小、扭折的片层组织,晶粒取向呈非均匀分布;在后续700和900℃退火过程中,α相变形组织和亚结构发生静态再结晶而转变为等轴状晶粒,晶粒尺寸较退火前的更为细小,再结晶程度和等轴组织比例随保温时间的延长而增加,片层组织的球化程度、晶粒取向和形貌的均匀性与合金的再结晶程度相关。在900℃退火时,α相的再结晶程度较700℃退火时的更为明显;经过120 min退火后,合金发生完全再结晶,得到较为均匀、细小的等轴状组织。     

2A97-T3铝锂合金激光焊接接头微观组织与织构的EBSD研究

从2A97-T3铝锂合金激光焊接头的上水平面、横截面、纵截面和下水平面进行取样,对接头的微观组织和织构进行了分析。利用电子背散射衍射（EBSD）技术的多种表征方法,如OIM、PF、IPF、取向角分布、ODF、晶粒形貌图,并结合激光焊过程的数值模拟,研究了激光焊作用下接头微观组织的演变机理。结果表明,由于薄板冷轧工艺和激光焊加工的非平衡特性,导致接头不同截面的晶粒形态、取向和微观织构存在明显差异。这种组织的不均匀性是接头性能各向异性的根本来源。因此,有必要对接头的不同截面进行分析,进而对微观组织和织构获得全面性和空间性的认识。激光诱导下,热影响区发生了动态再结晶和亚结构晶粒的形成和长大,焊缝区则产生了微观组织的重熔现象,该过程会导致母材原有织构特征在热影响区减弱、在焊缝区消失。     

TB9钛合金棒材组织遗传效应与性能

以TB9钛合金为研究对象,对比分析了TB9铸锭不同部位在热加工过程中的组织差异,揭示了TB9钛合金棒材的组织遗传效应及其对性能的影响。结果表明,TB9钛合金铸锭可以分为底部沿轴向的柱状晶区,芯部的等轴晶区,边部与轴向呈45°的柱状晶区。其中铸锭底部的柱状晶具有较强的<100>织构,在随后的锻造和热轧过程中,<100>织构的柱状晶难以破碎,具有很强的遗传性,致使最终棒材尾部残留粗大的柱状晶结构,时效后抗拉强度仅为987 MPa。铸锭芯部等轴晶区没有明显的择优取向,最终制备的棒材晶粒细小,组织均匀,棒材的性能优良,抗拉强度可达1290 MPa。     

Zr-sn-Nb新型锆合金板材加工过程中不均匀组织与织构演变

利用XRD,SEM-ECC,TEM和EBSD技术,研究了Zr-Sn-Nb系新型锆合金板材加工过程的微观组织及织构演变.结果表明,β相淬火得到的随机织构经热轧后形成沿横向倾斜的基面织构,随后的加工过程均保留该织构;热轧及两次冷轧后的基面织构都为(1010)方向平行于轧向((1010)∥RD),而退火后转变为(1210)方向平行于轧向((1210)∥RD).淬火形成的网状魏氏组织经热轧转变为不均匀形变组织,两次冷轧使组织的不均匀性更显著,最终退火得到完全再结晶组织;轧制形成的难变形晶粒多为晶粒C轴平行于轧板法向(C∥ND)的取向;最终退火板材的大晶粒多为(1210)∥RD的基面织构,小晶粒则以(1010)∥RD为主.结合锆合金的变形及再结晶机制对轧制时产生的不均匀组织及再结晶过程的织构转变进行了分析.     

往复镦粗-挤压对Mg-Gd-Y-Zr合金变形均匀性及织构的影响

采用等温往复镦粗-挤压工艺对Mg-8.3Gd-3.2Y-0.4Zr合金在420℃进行了4道次变形.利用光学显微镜(OM)、电子背散射衍射仪(EBSD)和X射线衍射仪研究了合金在4道次镦挤后不同区域的变形均匀性.结果表明:等温往复镦粗-挤压过程由于摩擦导致变形不均匀,试样内侧区域仍能发现粗大晶粒,平均晶粒尺寸约为20 μ...     

耐腐蚀性能和拉伸性能提升的 α 型钛合金设计

通过2个电子参数（结合次数Bo_t和d轨道能级Md_t）提出了新设计的α型钛（α-Ti）合金。新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、改性合金Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和参考合金Ti-5Al-2.5Sn具有相同的Bo_t值（3.847）以及不同的Md_t值（2.430,2.426,2.422）。测试了3种α-Ti合金的极限抗拉伸强度（σ_UTS）、断裂应变（?_f）和热盐腐蚀性能。3种α-Ti合金均采用冷坩埚悬浮熔炼技术进行制备。结果表明,3种合金样品均具有均匀的微观结构。在3种α-Ti合金中测量到的α单相晶粒尺寸约为600 μm。Ti-5Al-4Zr-3.6Sn合金的σ_UTS和?_f值为801 MPa和16%,Ti-5Al-3Sn-1.9Zr合金的σ_UTS和?_f值为708 MPa和15%,Ti-5Al-2.5Sn合金的σ_UTS和?_f值为603 MPa和15%。热盐腐蚀测试进行28.8 ks后显示Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和Ti-5Al-2.5Sn合金的失重率为2.61%、2.83%和3.10%。σ_UTS、?_f和耐热盐腐蚀结果表明,新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn是一种有实际应用潜力的钛合金材料。     

Zr-Sn-Nb新型锆合金板材加工过程中不均匀组织与织构演变

利用XRD,SEM-ECC,TEM和EBSD技术,研究了Zr-Sn-Nb系新型锆合金板材加工过程的微观组织及织构演变.结果表明,β相淬火得到的随机织构经热轧后形成沿横向倾斜的基面织构,随后的加工过程均保留该织构;热轧及两次冷轧后的基面织构都为〈1010〉方向平行于轧向(〈1010〉//RD),而退火后转变为〈1210〉方向平行于轧向(〈1210〉//RD).淬火形成的网状魏氏组织经热轧转变为不均匀形变组织,两次冷轧使组织的不均匀性更显著,最终退火得到完全再结晶组织;轧制形成的难变形晶粒多为晶粒C轴平行于轧板法向(C//ND)的取向;最终退火板材的大晶粒多为〈1210〉//RD的基面织构,小晶粒则以〈1010〉//RD为主.结合锆合金的变形及再结晶机制对轧制时产生的不均匀组织及再结晶过程的织构转变进行了分析.     

航空发动机用大规格TC17钛合金棒材显微组织均匀性研究

利用电子背散射衍射(EBSD)技术对?500 mm TC17钛合金棒材显微组织的均匀性进行了研究,分析了不同部位α、β相的晶体取向。结果表明,棒材边部和心部的初生α相等轴化良好,取向分布均匀;锻后冷却速度会影响棒材边部和心部组织中等轴α相的晶粒尺寸,心部显著大于边部。在光学显微镜下原始β晶界不明显,但心部组织中出现β相基本保持取向一致的"宏区",说明原始β晶粒破碎程度不足。对于大规格TC17钛合金棒材,仅凭借显微组织判定其均匀性存在漏洞,需增加β晶粒度检查以规避后续出现粗大原始β晶粒的风险。     

1200 MPa级高强高韧损伤容限钛合金强韧性研究进展

高强高韧损伤容限钛合金是高强钛合金的重要研究方向,本文重点研究、评述了1200 MPa级高强高韧损伤容限钛合金Ti-5321的拉伸强度与冲击韧性、断裂韧性的关系。Ti-5321合金的微观组织明显影响合金的强度和韧性。片层组织具有较好的强度、塑性、断裂韧性、冲击韧性匹配,而双态组织也有较好的强度、塑性、断裂韧性匹配,但冲击韧性低。结合微观组织演变分析了强度、断裂韧性、冲击韧性的变化规律,并提出了高强高韧损伤容限钛合金的研究方向。     

TC17(α + β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头相组成及织构分析

利用电子背散射衍射技术对TC17(α+β)/TC17(β)钛合金线性摩擦焊接头测试并分析,对接头各区域进行相鉴定和织构分析.结果表明,与母材相比,焊态接头两侧热力影响区α相减少,β相增多.由于焊缝区冷却迅速快,焊态焊缝处发生动态再结晶,生成了大量的亚稳定β相晶粒. TC17(β)侧母材及热力影响区的织构分布密度比TC17(α+β)侧强,且焊态焊缝区产生(5 4 6)[■]织构,轧面与(1 1 1)近似平行.经过610℃热处理后,焊缝区亚稳定β相发生分解,形成细小的次生α相和β相.与焊态焊缝相比,热处理后焊缝区晶体稍有转动,焊缝区织构强度较焊态有较大增强,形成(5 5 7)[■]织构.热处理前后的焊缝区晶体取向都存在着ND方向与[1 1 1]靠近,轧面与(111)接近平行的择优取向.