载荷方式对双态Ti-55531合金变形和断裂的影响

通过室温静态拉伸和扭转试验,结合TEM、SEM等分析检测方法,系统研究了双态Ti-55531合金在拉伸和扭转载荷下的变形和断裂失效行为。结果表明,载荷方式对双态Ti-55531合金变形和断裂行为有显著的影响：首先,该合金扭转剪切强度较拉伸强度低约300MPa,表明该合金的断裂对扭转切应力的敏感性高于拉伸应力。其次,拉伸和扭转变形时,合金主要都受滑移和剪切共同控制,但相对拉伸变形扭转变形时等轴α_p产生的剪切滑移带数量更多;且变形时晶界α和等轴α_p的界面处易堆积高密度位错。最后,拉伸断口较扭转断口陡峭,拉伸断裂失效是以微孔聚集为主的穿晶断裂机制;而扭转断裂失效则是以微孔聚集和剪切开裂的混合断裂机制。     

Ti-55531合金变形及断裂行为的原位SEM分析

采用原位SEM拉伸方法对比分析了Ti-55531合金片层和双态组织静载下的变形及断裂行为。结果表明,静载下α相的特征参数对该合金的形变、裂纹萌生及扩展有强烈影响。片层组织中粗大次生αs片较软,αs片最先变形促进位错滑移,位错运动至次生αs和残留βr的界面处堆积,塑性变形导致局部应力集中促进裂纹萌生,并沿αs/βr相界面扩展。双态组织中初生等轴αp是相对最软相且尺寸较大,位错滑移自由程较大,易启动多系滑移,αp内不同位向的滑移线交割促进应力集中,部分位错在αP/βtrans界面处堆积产生应力集中,两者导致微裂纹萌生于αp内及αp/βtrans界面,并沿αp/βtrans界面和αp聚集处扩展。     

Ti-55531合金退火处理工艺研究

研究了两相区、单相区退火和双重退火对Ti-55531合金组织和性能的影响。两相区退火后合金的组织为由条状相α等轴状α相和β转变组织组成的双态组织,随着第一阶段退火温度的升高,等轴状α相比例呈降低的趋势;单相区退火后合金为带有粗大β晶粒的魏氏组织,随着退火温度的升高,β晶粒长大;双重退火后合金组织中含有较大比例的针状α相。两相区退火可获得较高的延伸率、断面收缩率,但抗拉强度较低;单相区退火可获得较好的强塑性匹配;单相区双重退火后合金具有最高的抗拉强度,而合金延伸率、断面收缩率最低。     

片层Ti-55531合金的拉伸和扭转断裂失效行为

通过室温静态拉伸和扭转试验,结合TEM、SEM等分析检测方法,系统研究了片层Ti-55531合金在拉伸和扭转载荷下的断裂失效行为。结果表明,片层Ti-55531合金在拉伸和扭转载荷下的断裂失效有显著的不同:拉伸变形受滑移、次生α_s的孪生及剪切共同控制,扭转变形主要受滑移和剪切控制,未发现有孪晶;拉伸断口较扭转断口陡峭,失效以微孔聚集为主,含少量穿晶解理和沿晶开裂的混合断裂机制;扭转断裂失效则以微孔聚集和剪切开裂为主,含部分穿晶解理的混合断裂机制。无论在拉伸还是扭转载荷下,片层Ti-55531合金的断裂失效面均由最大剪切应力产生,剪切力比正应力更易使片层Ti-55531合金损伤破坏。     

应变对β固溶Ti-55531合金室温压缩变形机制的影响

研究应变对β固溶处理后Ti-55531合金室温压缩变形机制的影响,相变点以上固溶水淬处理后得到全β组织,使用Gleeble3800热模拟试验机和6.3MN锻造模拟试验机完成室温压缩。运用OM, XRD和TEM对不同应变后的组织进行观察,结果表明:应变速率为0.0005 s~(-1),工程应变量为30%室温压缩真应力-真应变有明显的应变硬化阶段,应变速率为0.1 s~(-1),工程应变量为30%室温压缩真应力-真应变曲线无明显的应变硬化阶段,而出现了流变软化现象;室温压缩真应力-真应变曲线均无双屈服现象,不同应变速率条件下,相同应变量的变形组织特征差异较小,室温压缩变形机制以滑移为主,随着应变量的增大,位错密度逐渐增大,出现了位错塞积、位错缠结和剪切;工程应变量为30%出现了应变诱发α"马氏体转变;应变速率为10 s~(-1),工程应变量为50%和60%也出现了应变诱发α"马氏体转变。     

热处理制度对Ti-55531合金组织和力学性能的影响

通过采用不同的热处理制度研究了时效温度和β退火温度对Ti-55531合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:Ti-55531合金固溶加时效处理后可获得初生α相呈长条或等轴状的组织,β基体上大量析出的次生α相使其获得较高的强度,且强度随时效温度升高而显著降低,延伸率变化不明显,断面收缩率在620℃以上随着时效温度升高有所增加,但该组织状态断裂韧度偏低;β退火后可获得均匀的片状组织,具有较高的断裂韧性,抗拉强度在600~650℃之间随退火温度升高呈线性关系降低,可根据需要很方便地调整强度级别,塑性随退火温度升高变化不太明显。     

Ti-55531合金修正的Johnson-Cook本构模型的建立

对Ti-55531合金进行热压缩试验,分析该合金的高温流变行为并建立修正的Johnson-Cook本构模型,并用该模型进行了应力值预测.结果表明,该模型具有较高的预测精度.     

Ti-75合金的正交设计与强化机制

采用正交设计的方法,通过测定试验合金的力学性能、点阵常数、弹性模量,系统研究了Ti-Al-Mo-Zr合金系中单一合金元素Al、Mo、Zr和Al-Mo、Al-Zr、Mo-Zr合金元素之间的交互作用对力学性能和显微组织的影响,并给出了合金成分与力学性能间的定量关系式.     

Ti-55531近β合金轧板拉伸性能各向异性研究

Ti-55531针片状α组织在750_^oC热轧,通过分析微观组织及宏观织构研究了Ti-55531近β合金轧板塑性及极限抗拉强度的各向异性。结果表明,Ti-55531合金轧板内的α相垂直于受力方向分布,并且存在明显的α相织构。α相形貌的取向性使得沿轧向(RD)拉伸时的裂纹扩展阻力大于沿横向(TD)拉伸,从而具有更好的塑性。宏观织构造成沿RD和TD拉伸滑移系和孪晶的启动存在明显的差异,从而导致沿TD方向拉伸时具有更高的极限抗拉强度。     

冷轧对Ti-55531组织特征及时效行为和力学性能的影响

对全β固溶Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr进行冷轧与时效处理,采用XRD、TEM、硬度测试等手段研究冷轧对Ti-55531组织特征及后续时效过程中的相变、组织演变以及时效处理后力学性能的影响。结果表明:冷轧合金主要组织特征为ωisothermal发生回溶,没有出现存在于其他近β钛合金中的应力诱导α″。时效以后,冷轧过程中形成的位错等缺陷抑制ωathermal的析出,促进析出含量更高且更为细小的α相。冷轧合金硬度随时效温度的升高呈现先增大后降低的趋势,在400℃达到峰值。     

时效处理对Ti55531钛合金微观组织演变规律及力学性能的影响

在INSTRON-5948R微型材料试验机上开展了近β型钛合金Ti55531经800℃/2 h固溶+580～640℃/6～10 h时效热处理后的力学性能试验,获得了不同时效工艺下Ti55531合金的力学性能及强塑积。研究了时效处理对合金微观组织演变规律及合金在拉伸变形时的断裂机制。结果表明：次生片层αs相对时效参数变化比初生α相更敏感。次生片层αs相厚度与时效温度或时效时间呈线性正相关。与时效时间对比可知,次生片层αs相粗化速率对时效温度敏感性较弱,且其随时效温度和时效时间粗化速率分别约为1 nm/℃和8 nm/h。合金经固溶时效后,其力学性能显著提升,且合金在800℃/2 h固溶+640℃/8 h时效后达到最佳的综合力学性能,此时抗拉强度为1144 MPa,延伸率为8.16%,且强塑积超过9.3 GPa·%。合金经固溶时效热处理后拉伸断裂形式为韧脆混合型断裂,且以韧性断裂为主,包括晶间开裂和微孔合并。     

β单相区固溶温度对Ti-55531合金组织及性能的影响

采用OM、SEM及拉伸测试方法,结合系列的热处理工艺,研究了β单相区不同的固溶温度对Ti-55531合金片层组织参数及力学性能的影响规律。结果表明,β单相区不同温度固溶,再经相同的时效处理后,合金的组织均为片层状的次生α_s、残余β片和微量晶界α组成的片层组织,但不同温度固溶后合金的β晶粒尺寸改变,进而影响时效析出次生α_s片的含量及尺寸,最终导致合金力学性能的差异。固溶温度在830~900 ℃之间时,随固溶温度的升高,原始β晶粒尺寸增大,后续时效析出的次生α_s长、宽及长宽比均先增大后减小,数量越来越多,合金强度直线下降,塑性先降低后增加。固溶温度为860℃时合金对应的强塑性匹配最好。合金的断裂失效机制为以微孔聚集为主,沿晶开裂和穿晶断裂并存的混合断裂机制。     

原位自生TiB增强Ti-55531合金复合材料组织与力学性能研究

采用真空自耗电弧熔炼及近等温热塑性变形方法制备了原位自生TiB/Ti-55531复合材料。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及万能材料试验机等研究了增强相含量对其组织与力学性能的影响规律,并分析其失效断裂机制。结果表明,热处理态TiB/Ti-55531复合材料的组织特征为α相、TiB增强相弥散分布于β基体。随着TiB增强相的引入及含量增加,复合材料的基体晶粒明显细化,沿晶界分布的粗条状α相逐渐球化,抗拉强度、屈服强度、杨氏模量明显增加,延伸率有不同程度降低。2vol%TiB/Ti-55531复合材料的强塑性匹配较好,抗拉强度为1444.2 MPa,屈服强度为1421.4 MPa,杨氏模量为115.5 GPa,延伸率为9.2%。随着TiB增强相的引入及含量增加,拉伸试样断口的韧窝数量减少,深度变浅,断裂机制逐渐从韧性断裂向混合断裂转变。     

难熔高熵合金的强韧化途径与调控机理

在众多高熵合金中,由5种或5种以上的难熔金属元素,按照等原子比或者近等原子比混合形成的难熔高熵合金,凭借稳定的相结构和优异的高温性能,在高温材料领域具有广阔的应用前景。本文从难熔高熵合金的研究现状出发,综述典型难熔高熵合金的微观组织和相组成、室温和高温力学性能、强韧化机理与力学性能调控,并对未来难熔高熵合金的研究开发进行展望。首先,将难熔高熵合金按照组成相进行分类,分析了难熔高熵合金的微观组织和相组成,然后总结了难熔高熵合金的室温和高温力学性能与强韧化机理,并讨论了3种不同的强韧化方案,即化学成分调控、工艺调控和相结构调控。最后对未来难熔高熵合金的发展进行了展望,并对其未来重点研究方向提出了如下建议：借助计算机等技术,模拟与计算材料的性能与形成相,构建难熔高熵合金的研究平台与数据库;借助组合实验方法,加快筛选新的难熔高熵合金;掌握自上而下和自下而上的实验方法,探究性能优异的新型难熔高熵合金体系。     

非均匀组织FeMnCoCr高熵合金的微观结构和力学性能

提出了一种简单的高熵合金加工工艺,即对Fe-Mn系高熵合金采用中等形变量冷轧和中温短时退火相结合的方法,获得了由晶粒尺寸为数十微米的形变晶粒和超细尺度再结晶晶粒组成的非均匀结构.通过向合金中同时引入由高密度位错、晶粒细化、析出相、ε-马氏体、α-马氏体和回复孪晶等微观结构特征及变形过程中持续发生的形变孪生、ε-马氏体相...     

高熵合金强化机制的研究进展

高熵合金是一种多主元合金, 相比于传统单一主元合金具有不同的变形机制和强韧化机制。现有的研究结果表明,高熵合金的强韧化潜力明显优于传统合金,是一种极具应用前景的新型结构材料。本文综述了近年来高熵合金在强化机制领域的研究进展,对高熵合金的多种强化机制进行了讨论分析,并指出了影响高熵合金强化的因素,最后给出了高熵合金强韧化研究的方向。     

高强韧Al-Si-Mg合金材料设计与制备

为获得高强韧Al-Si-Mg合金,以亚共晶Al-Si-Mg合金为研究对象,探究了ASN晶种合金对其组织及室温力学性能的影响.试验结果表明:未添加ASN晶种合金时,Al-Si-Mg合金中α-Al晶粒粗大,枝晶发达,共晶组织分布不均匀;而向Al-Si-Mg合金中添加1％的ASN晶种合金后,α-Al晶粒得到一定细化,枝晶生长...     

加热温度对Ti-6242合金组织及性能的影响

对Ti-6242合金在不同温度下保温空冷后的组织及性能的关系进行了研究。结果表明,在低于相变点加热,随着加热温度升高,α相的含量逐渐减少;在相变点以上进行加热,晶粒尺寸随着加热温度升高开始粗大,空冷后主要得到魏氏体组织;随着加热温度的升高,合金的强度和塑性呈现先增加后降低的趋势,而其冲击性能随着加热温度升高而逐渐降低;在相变点以上进行保温加热时合金强度以及韧性主要取决于α相、β相转变组织的含量、形状及晶粒大小。     

显微组织均匀性对片层Ti-55531合金高周疲劳裂纹萌生的影响

采用高周拉压疲劳试验,测试了片层Ti-55531合金的室温高周疲劳性能。利用TEM、SEM等分析检测方法,研究了近裂纹源区次生裂纹特征,以及显微组织均匀性对高周疲劳裂纹萌生的影响。结果发现:该片状Ti-55531合金室温高周疲劳强度σ_(-1)(1×10~7)可达639 MPa。合金显微组织中含少量晶界α和大量10~50μm大小的组织不均匀区,疲劳变形时,晶界α处开裂或组织不均匀区内次生αs断裂、α_s/β_r界面处开裂等萌生微裂纹,促进合金的疲劳失效。     

时效处理对Ti-633G合金组织及拉伸断裂特性的影响

研究了两种时效处理对Ti-633G合金组织及拉伸断裂特性的影响。结果表明,对水淬态Ti-633G合金进行常规时效(625℃/2h)时,材料的强度(σ_b,σ_(0,2))提高,但塑性下降;而高温长时时效(750℃/24h)时,α片内和片间析出硅化物,降低材料的强度极限,略微提高屈服强度,急剧降低材料的塑性,其断口呈现为典型的脆性断口形貌。