Ti2AlNb合金锭真空自耗过程宏观偏析的数值模拟

Ti₂AlNb合金锭的真空电弧重熔(VAR)是一种超高温且不透明冶金过程,很难对这一过程中的熔体流动行为和宏观偏析的形成过程进行试验研究。发展了基于欧拉多相流的电磁场、温度场、流场、溶质场的多场强耦合数学模型,研究了真空自耗过程中的多物理场相互作用机制,对Ti₂AlNb合金锭中成分偏析形成过程及分布规律进行了预测。模拟结果表明,电磁力主要分布于熔池表面,自感电磁力推动金属液由中心向下流动而加深熔池;搅拌电磁力的离心效应则大幅提升熔池的温度场均匀度,促使熔池内金属液中的溶质混合均匀。尽管铸锭外围和中心分别形成了大范围的正、负偏析区,但区域内的成分较为均匀。在搅拌和沉降的作用下,金属熔池中的等轴晶极大地缩短了铸锭中的柱状晶区。该模型的模拟结果在熔池深度与宏观偏析分布方面与试验结果吻合良好,可进一步应用于预测和研究工业级大型铸锭中的成分偏析。     

热处理对选区激光熔化成形Ti2AlNb合金组织和力学性能的影响

通过激光选区熔化成形工艺制备Ti-22Al-25Nb合金,在此基础上研究不同热处理制度对微观组织组成、形貌及其力学性能的影响规律。结果表明,打印成形态的Ti-22Al-25Nb合金组织具有明显的横纵向差异,呈现沿Z轴向外延生长的柱状晶特征,微观组织组成主要为B2相,晶界和晶内均无明显α₂和O相析出。当热处理温度升高至1 080℃后会发生柱状晶向等轴晶转变,由于晶界对协调塑性变形和抵抗裂纹扩展能力较差,导致其强度较低、塑性较差;在O+α₂+B2三相区960℃热处理,可保持柱状晶的形貌特征,晶内二次析出O相板条的尺寸主要与时效温度有关,O相析出尺寸随时效温度降低而减小,弥散析出的多尺度O相起主要强化作用,连续的B2相基体有利于塑性变形,晶界不连续析出相有利于协调塑性变形和抵抗裂纹沿晶扩展,HT2和HT3制度的强度和伸长率更高,断口也呈现明显的韧性断裂特征,最终优选960℃/2 h+820℃/6 h的热处理制度组合,室温拉伸性能可达到Ti₂AlNb锻件的力学性能水平。     

Ti3AlC2陶瓷材料制备工艺研究进展

综合阐述了合成Ti3AlC2新型陶瓷材料的几种主要的制备方法.由于三元层状陶瓷材料Ti3AlC2具有特殊的结构特征,因此它同时具备金属和陶瓷的双重优点.从粉体材料和块体材料两方面,分别介绍了Ti3AlC2的几种主要的制备方法,有自蔓延高温合成(SHS)、无压合成(PLS)、机械合金化(MA)或机械诱发自蔓延反应合成(MSR)、放电等离子烧结(SPS)、热压烧结(HP)以及热等静压(HIP)烧结.     

硅热还原-碱浸法制备Ti2O3

在常压条件下,以锐钛型钛白粉为原料,金属硅粉为还原剂,采用硅热还原-碱浸法制备Ti₂O₃。使用X射线衍射(XRD)研究了不同还原温度、还原时间和硅钛比条件下还原产物的物相组成变化规律。硅热还原结果表明,更高的还原温度、更长的原时间或是更大的硅钛比均有利于TiO₂还原为Ti₂O₃,但同时TiN和SiTi₂的物相峰强也显著增强;当还原温度超过金属硅熔点时,还原反应由固固反应转变为液固反应,有利于Ti₂O₃的生成;较适宜的还原条件为还原温度1450℃、硅钛质量比为4∶10、还原时间为20 min。扫描电镜(SEM)和X射线光电子能谱(XPS)证实还原样品由Si,O和Ti 3种元素组成,样品颗粒尺寸从几微米到几十微米不等,且颗粒表面粗糙不平。碱浸样品的SEM,XRD和XPS分析表明,碱浸过程能有效地去除还原样品中的Si,SiTi₂和部分SiO₂,但是有少量片层状结晶物Na     

含B2O3的Al2O3—Fe2O3基无氟复合造渣剂的试验研究

在杭钢炼钢厂40t转炉上进行了含B2O3的Al2O3-Fe2O3基无氟复合造渣剂的工业性试验。试验结果表明其冶金特性良好;能提前0.5~1.0min化渣;全程化渣好,基本上不喷溅,不"返干"、不"粘枪";钢铁料、石灰等消耗有所降低。本文还探讨了Al2O3与B2O3化渣机理的有关问题。     

Al2O3La2O3Y2O3/Cu复合材料的电弧侵蚀特性研究

采用喷射沉积和内氧化法制备出Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu复合材料,研究该材料在直流20 V/20 A的工作条件下触点的电弧侵蚀特性,并与Al₂O₃/Cu材料进行了对比分析.利用电子天平、扫描电镜等方法分析电弧侵蚀后触点的质量变化和表面微观结构.结果表明,通过添加Y₂O₃、La₂O₃稀土氧化物颗粒,可有效降低触头材料的材料转移量.Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu材料的抗熔焊性和抗烧损性优于Al₂O₃/Cu材料的性能.在直流阻性负载条件下Al₂O₃La₂O₃Y₂O₃/Cu阳极触头表面形成凹坑,阴极触头表面形成凸起,触点表面显示出浆糊状凝固物和喷发坑等电弧侵蚀形貌特征.      

Ti-12Co-5Al合金的β相α+Ti2Co时效相变与硬度

研究了超塑合金Ti-12Co-5Al非平衡态β相α+Ti₂Co共析转变的时效过程以及它的硬度变化。当温度为450℃时,随着时间的增长硬度随之增加,β相的转变也更加完全,转变产物之间以及转变产物与母相之间的相变也从完全共格到半共格再到完全非共格,而峰值发生在320min左右;当时间为20min时,随温度的升高也具有相同的规律,峰值发生在600℃左右。Al元素除了具有固溶强化的作用之外,还有提高共析相变温度,从而减缓了相转变动力学的进行。     

闪烧致密Al2O3-ZrO2复相陶瓷的微观结构及力学性能

以α-Al₂O₃和氧化钇稳定氧化锆粉体为原料,无压烧结制备致密Al₂O₃-ZrO₂复相陶瓷,在临界电场下进行热处理后,对Al₂O₃-ZrO₂复相陶瓷的微观结构和力学性能进行研究。结果表明：在900 V/cm的电场下,烧结致密Al₂O₃-ZrO₂复相陶瓷的闪烧起始炉温为308℃。在炉温为1 200℃、电场为700 V/cm的条件下,闪烧致密Al₂O₃-ZrO₂复相陶瓷原位合成Al₂O₃-ZrO₂共晶结构。闪烧陶瓷主要分为复相区、过渡区和共晶区3个区域。复相区的微观结构与烧结陶瓷相似,形状不规则的Al₂O₃和ZrO₂相均匀分布;过渡区晶粒异常长大,粗大的Al...     

CeO2添加剂对Al2O3-MgO-CaO耐火材料

由于Al₂O₃-MgO-CaO系耐火材料在烧成过程中存在许多对烧结致密化不利的因素, 进而影响其相关性能的使用.为此, 在1 500~1 600 ℃条件下制备了Al₂O₃-MgO-CaO复合材料, 并研究加入CeO₂添加剂对该系耐火材料烧结致密化的影响.实验结果表明:将CeO₂添加到Al₂O₃-MgO-CaO系耐火材料的较优烧成温度为1 600 ℃, 当CeO₂的添加量(质量分数, 下同)分别为4 %和6 %时, 其显气孔率分别降低至3.9 %和3.8 %, 体积密度从未添加时的2.88 g/cm3分别升高至3.62 g/cm3和3.68 g/cm3; 同时, 通过扫描电镜观察发现添加CeO₂后该系耐火材料显微结构致密化程度较高, 从而实现其良好的致密化.      

石榴石固态电解质材料Li6.4Al0.2La3Zr2O12的制备及性能

采用固相反应法制得Al掺杂的固态电解质材料Li_6.4Al_0.2La₃Zr₂O₁₂(LALZO),利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和交流阻抗谱等检测手段表征了所得样品的晶体结构与电化学性能,研究了不同烧结方式对材料的结构、微观形貌和电化学性能的影响,探究了固相反应过程机理.研究结果表明：混合料加热到425℃时开始生成立方相LALZO,更高温度下立方相LALZO经由Li_0.5Al_0.5La₂O₄和Li₂ZrO₃等中间相转化生成;425℃预反应后再经1 000℃烧结可得到纯的立方相LALZO;与聚环氧乙烷(PEO)组成复合固态电解质时,该材料在30℃下离子电导率可达3.61×10^-5 S/cm,具有良好的电化学性能.     

Ti3A1基合金研究

介绍了西北有色金属研究院(NIN)在“七五”、“八五”期间有关Ti3A1化合物基合金材料的研制情况，包括冶金制备、热加工、热处理、显微组织与力学性能等。并简要介绍了当前Ti3A1基合金国内外研究状况。     

铌对Ti3Al价电子结构及其脆性的影响

应用固体与分子经验电子理论计算了Ｔｉ３Ａｌ及加入铌后各相的价电子结构,并从均匀变形因子α,解理能Ｇｃ及位错行为等方面分析了铌对Ｔｉ３Ａｌ脆性的影响,铌使Ｔｉ３Ａｌ合金的α及Ｇｃ提高;同时氟也减弱了Ｔｉ－Ｔｉ共价键,增加了基面滑移,从而导致Ｔｉ３Ａｌ脆性有本质改善。     

Influence of powder characteristics on sintering behaviour and properties of PM Ti alloys produced from prealloyed powder and master alloy

Abstract

The use and development of titanium and titanium alloys have been strongly correlated to high technology industries where costs are not the most important aspect. Titanium could see its market grow by the application of lower cost and more efficient processing methods such as powder metallurgy. This work deals with the characterisation of two types of powders: commercial prealloyed powder and powder produced from master alloy combining mechanical milling and conventional blending to adjust the particle size. The characteristics of the powders, sintering behaviour and final properties of the parts indicate that the master alloy approach leads to better compressibility than the prealloyed powders and, therefore, to lower dimensional change during sintering. The most important result is that it is possible to obtain Ti alloys with properties similar to or better than alloys from prealloyed powders and to obtain homogeneous microstructures, which allows the composition to be adjusted to requirements.     

Ti2AlNb合金金相试样的制备方法

介绍了Ti2AlNb合金金相试样的制备方法,并描述了试样制备过程中研磨、抛光、浸蚀的技巧和辅材的选择方法。实验结果表明：在抛光过程中采用短绒毛的平绒织物和超细纤维眼镜布,并配合使用合适粒度的加有洗洁精的Cr2O3,抛光液进行粗抛和精抛,可快速制备高质量的金相试样;采用合适浓度的化学腐蚀液氢氟酸＋硝酸或氢氟酸＋过氧化氢溶液进行浸蚀后,可获得晶界轮廓清晰的加工态组织（口单相组织）或清晰的热处理组织（晶内的网篮组织和魏氏组织）。     

铌对Ti_3Al价电子结构及其脆性的影响

应用固体与分子经验电子理论计算了Ｔｉ３Ａｌ 及加入铌后各相的价电子结构， 并从均匀变形因子α、解理能Ｇｃ 及位错行为等方面分析了铌对Ｔｉ３Ａｌ 脆性的影响。铌使Ｔｉ３Ａｌ 合金的α及Ｇｃ 提高； 同时铌也减弱了ＴｉＴｉ 共价键， 增加了基面滑移， 从而导致Ｔｉ３Ａｌ 脆性有本质改善。     

真空脱气对粉末冶金Ti2AlNb合金力学性能的影响

采用无坩埚感应熔炼超声气体雾化法制备了成分为Ti-22Al-24Nb-0. 5Mo(原子分数,x/%)的预合金粉末,并对预合金粉末的化学成分、表面状态及流动性等进行了表征。通过包套热等静压工艺制备了粉末冶金Ti2AlNb合金,研究了真空脱气对粉末冶金Ti2AlNb合金力学性能的影响。结果表明,超声气体雾化法制备的Ti2AlNb合金粉末化学成分批次稳定性好;从粉末填充的工艺性能方面考虑,热等静压成形应选取粒度小于250μm以下的全粒度分布预合金粉末;真空脱气处理可减少粉末冶金Ti2AlNb合金的孔隙缺陷,提升合金拉伸性能的稳定性和高温持久寿命。     

Al2O3/Cr3C2/(W,Ti)C陶瓷模具材料研究

应用热压技术制备了添加不同含量Cr3C2和（W，Ti）C的Al2O3／Cr3C2／（W，Ti）C复合陶瓷材料。利用光学显微镜、环境扫描电镜、透射电镜和能谱分析仪等对～203／30％Cr3C2、Al2O3／30％（W，Ti）C、Al2O3／20％Cr3C2／10％（W，Ti）C三种复合陶瓷材料的显微组织结构进行了观察分析。研究表明：同其它两种材料相比，Al2O3／20％Cr3C2／10％（W，Ti）C陶瓷复合材料组织细化均匀，有连续骨架结构生成。Cr3G和（W，Ti）C颗粒的共同加入有利于晶粒生长的制约，裂纹分枝与偏转、晶粒拔出、以及纳米相等等，有效提高了氧化铝陶瓷材料的力学性能。     

致密烧结Ti/Al2O3复合材料

利用放电等离子烧结技术(SPS)制备出相对密度、断裂韧性、弯曲强度分别为99.74%、19.73±0.4MPa·m1/2、1002±12MPa的40vol%Ti/Al2O3复合材料。SEM对复合材料表面形貌观察发现,Ti、Al2O3两相分布均匀,表面无明显气孔存在;断口的SEM和EDS表明,复合材料已形成网络导电结构;复合材料的HREM微观结构分析表明,Al2O3三角晶界处无其它杂质的偏聚,小颗粒的金属Ti富集在Al2O3的三角晶界结合处,界面结合紧密。     

Ti3SiC2陶瓷材料的研究进展

层状结构的Ti3SiC2陶瓷属于六方晶体结构,空间群为P63/mmc. 它结合了金属和陶瓷的许多优异性能, 如极好的导电、导热能力, 优良的可加工性, 高的抗氧化性、耐化学腐蚀性, 出色的抗热震性、高温强度和高温塑性, 良好的自润滑性等, 因而可以预料Ti3SiC2将成为重要的高温结构陶瓷和功能材料. 该文从Ti3SiC2材料的结构、组成与性能入手, 对其制备方法及应用进行综合评述.     

Ti_3AlC_2自蔓延高温合成中组织分析

用燃烧波淬熄法及借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱分析仪(EDS)研究了Ti3AlC2自蔓延高温合成(SHS)中的显微组织变化,淬熄试样保留了未反应区、预热区、燃烧波前沿、反应区、产物区。试验结果表明,Ti3AlC2自蔓延高温合成机理为溶解-析出-熔化-包晶机制:一方面,Ti和C向Al熔液中溶解,最终导致Al3Ti析出;另一方面,随着C向Ti中扩散,最终导致TiC从Ti-Al-C熔体析出;当温度超过Al3Ti的熔点后,Al3Ti熔化,促使Al3Ti和TiC发生包晶反应生成Ti3AlC2。最终的产物中除了大量的Ti3AlC2外还存在少量Al3Ti和Ti,这与试验使用了较粗的Ti粉有关。