热暴露和热盐暴露的交互作用对Ti811合金热盐应力腐蚀性能的影响

Ｔｉ８Ａｌ１Ｍｏ１Ｖ（Ｔｉ８１１）合金对热盐应力腐蚀（ＨＳＳＣ）较敏感,单个因素对合金ＨＳＳＣ行为影响已有研究,而复合因素的影响研究很少。采用工业生产的Ｔｉ８１１合金棒材,经双重退火后,研究了热暴露和热盐暴露的交互作用对合金ＨＳＳＣ性能的影响。结果表明：４２５℃实验条件下,热暴露和热盐暴露交互作用与单热盐应力腐蚀相比使合金的ＨＳＳＣ性能明显降低。延伸率由１８％降至６％;合金中存在位错在晶界处塞积诱发的沿晶裂纹,腐蚀产物易于在裂纹尖端积聚。导致沿晶断裂,加速腐蚀。此外,在交互作用过程中,合金中α２（Ｔｉ３Ａｌ）脆性相的析出以及晶间β相发生转变,使合金的ＨＳＳＣ敏感性增大,并加速热盐应力腐蚀。     

Ti811表面TC4激光熔覆层的β相变行为

参考航空发动机压气机转子叶片的维修手册,以Ti811 (Ti-8A1-1Mo-lV)钛合金为基板、TC4钛合金粉末为原料,采用同步送粉激光熔覆方法制备了激光熔覆层,并利用X射线衍射仪、扫描电镜和能谱分析仪等手段分析了熔覆层的显微组织和相变规律。结果表明:熔覆层微观组织呈典型的魏氏体组织或片层组织形貌特点;在激光熔覆的作用下,合金中的β相发生相变,分别生成了晶界α相、针状马氏体α'相、纳米有序相α_2(Ti_3Al)和残留的β相。在实际激光加工试验中应尽量避免魏氏体结构的出现。     

TC4合金应力松弛行为

研究了TC4合金的应力松弛行为,用二次延迟函数对实验数据进行了精确的拟合.研究表明,在应力松弛变形中,塑性应变速率与应力的双对数关系曲线呈现两段直线,存在槛应力.     

TC4合金微动腐蚀行为的研究

研究TC4合金在氯化钠溶液中的微动磨损行为,分析不同摩擦副材料下载荷与磨损形貌、摩擦系数和磨损量的关系。结果表明,微动磨损机制是粘着磨损-疲劳脱层-磨粒磨损和腐蚀磨损;腐蚀介质下摩擦系数曲线比干空气的低且平稳;Al_2O_3/TC4摩擦系数曲线波动较大,载荷较大时由微动转为往复滑动。Si_3N_4/TC4磨损量和磨损率均比GCr15/TC4的大,GCr15/TC4耐磨性优于Si_3N_4/TC4,GCr15球作摩擦副材料时磨损性能最好。TC4在氯化钠溶液中的失重是由机械磨损、腐蚀和磨损的交互作用造成的。     

Ti811合金的高温氧化行为

利用扫描电子显微镜(SEM)和光学显微镜,研究了Ti811合金在700～900℃的静止空气中的氧化行为,分析氧化时间、温度等因素对合金氧化动力学行为的影响.结果表明,合金的氧化动力学曲线主要为抛物线类型;低温短时氧化时,铝的热力学优势占主导,高温长时氧化时,钛的氧化动力学优势占主导;氧化皮与被氧化金属之间、氧化皮不同层次及复杂混合型氧化皮中不同相之间,由于结构上存在差异,将在界面上产生结构内应力,使氧化皮发生开裂或剥落.     

BT20钛合金热盐应力腐蚀开裂

研究了BT20钛合金的热盐应力腐蚀(HSSC).结果表明,在一定温度范围内(300-400℃),BT20钛合金对热盐应力腐蚀敏感.用气相色谱法测得试样平均氢含量表明,氢是引起热盐应力腐蚀的重要因素.盐在高温应力条件下与试样发生反应产生氢,氢定向扩展到裂纹处,使试样断裂,发生脆化.     

Ti811合金表面TC4激光熔覆层微观组织及性能

按照CFM56系列发动机维修手册的建议,在Ti811合金表面采用同步送粉激光熔覆技术,以TC4合金粉末为原料,制备出均匀致密、无气孔和裂纹等缺陷的激光熔覆层. 分析涂层的宏观形貌、微观组织结构和组织相变过程,测试涂层的显微硬度和摩擦磨损性能. 结果表明,扫描电镜下涂层微观组织呈现魏氏体结构特征,涂层显微硬度相比基材有所提高,主要原因是涂层中的针状马氏体α'有一定的强化作用;涂层中弥散分布的纳米颗粒Ti₃Al的沉淀强化和弥散强化等作用也在一定程度上提高了涂层的显微硬度;熔覆层的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损的复合磨损机制.     

TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为

采用楔形张开加载（WOL）试样开展应力腐蚀试验,研究TC4钛合金在3.5%NaCl溶液中的应力腐蚀行为,分析应力腐蚀开裂（SCC）机理。结果表明,腐蚀24 h后,即可在试样表面观察到SCC裂纹。腐蚀30 d和75 d的试样,SCC裂纹长度接近,且都明显大于腐蚀15 d的试样,说明15～30 d内SCC扩展终止。试样的加载应力越大,裂纹长度越长,随着裂纹扩展,应力逐渐松弛,当残余KI值降低到38 MPa·m~(1/2)附近时,SCC扩展终止。SCC扩展是应力和腐蚀耦合作用的过程,在SCC起始阶段,应力主导裂纹快速扩展,断口呈韧窝形貌。SCC中后阶段,断口呈解理形貌和鳞片状花样,鳞片边缘存在钛氧化物,推测是由于应力松弛后的裂纹间歇性驻留和阳极溶解促进的裂纹继续扩展反复交替作用形成的。     

选区激光熔化TC4合金高温力学性能及腐蚀行为研究

采用选区激光熔化技术(selectivelasermelting,SLM)制备了TC4合金,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、万能材料试验机以及电化学测试等技术研究其热处理后的组织、高温力学性能及腐蚀行为,并与铸造TC4合金做了对比。结果表明,SLM与铸造TC4合金物相组成相同,SLM TC4合金组织主要为片层状(α+β)相,平均晶粒面积约为2μm²,而铸造TC4合金表现出典型的魏氏组织,平均晶粒面积约为276μm²。相对于铸造TC4合金,SLM TC4合金的室温及高温力学性能均较优异,且表面形成的钝化膜保护性能更好,腐蚀速率更低。     

温度、应力及晶粒度对TC4合金应力松弛性能的影响

研究了温度、应力、晶粒度对TC4合金应力松弛的影响。结果表明，TC4合金应力松弛行为对材料的组织形态和外界试验条件极为敏感。温度升高时，松弛速率大大加快，应力松弛极限降低；不同初应力作用下，应力松弛极限相同，符合应力松弛第一定律；600℃时小晶粒材料应力松弛速率高于大晶粒材料。     

热暴露温度和氢对Ti811合金热盐应力腐蚀性能的影响

研究了热暴露温度和氢对Ｔｉ８１１合金棒材热盐应力腐蚀（ＨＳＳＣ）性能的性能。结果表明：Ｔｉ８１１合金ＨＳＳＣ性能对暴露温度敏感，在暴露温度低于４２５℃时，合金无ＨＳＳＣ现象，高于４８０℃时，合金发生明显ＨＳＳＣ，性能恶化。合金发生ＨＳＳＣ的临界温度为４５０℃。在ＨＳＳＣ过程中有氢产生，氢优先沿晶界扩散，盐蚀区氢和氧含量高于基体，使材料脆化。     

国外海绵钛价格变化分析

研究了热处理工艺，显微组织和试样表面下Ｔｉ８１１合金热稳定性能的影响，结果表明，具有等轴组织和双态组织的Ｔｉ８１１合金有很好的热稳定性能，针状组织的存在使Ｔｉ８１１合金热稳定性能恶化，Ｔｉ８１１合金在４２５℃热暴露下，表面氧化层及暴露时间对合金的热稳定性能没有明显影响，在本研究的实验条件下，影响Ｔｉ８１１合金热稳定性能的主要因素是暴露过程中的相结合变化。     

组织形态对TC4合金应力松弛的影响

研究了组织形态对TC4钛合金应力松弛行为的影响。结果表明：200℃时等轴组织的抗应力松弛性能好于魏氏组织；400℃和600℃时魏氏组织的抗应力松弛性能稍高于等轴组织。不同组织的塑性应变速率-应力曲线具有相似的形状。等轴组织晶粒发生轻微的长大，魏氏组织在发生粗化的同时，条状物长径比减小，有球化的倾向。     

TC4/Ti60合金钎焊接头界面组织及力学性能

采用TiZrNiCu非晶钎料实现了TC4和Ti60异种钛合金的真空钎焊连接,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析手段研究了钎焊工艺参数对接头界面组织结构及力学性能的影响. 结果表明,TC4/TiZrNiCu/Ti60钎焊接头的典型界面结构为:TC4/α-Ti+β-Ti+(Ti,Zr)2(Ni,Cu)/Ti60. 随着钎焊温度升高或保温时间延长,片层状α+β相逐渐填充整条钎缝,(Ti,Zr)2(Ni,Cu)相含量减少且分布更加均匀. 接头室温抗拉强度随钎焊温度或保温时间的增加均先增大后减小,在990 ℃/10 min钎焊条件下所获接头抗拉强度达到最大为535.3 MPa. 断口分析结果表明,断裂位于钎缝中,断裂方式为脆性断裂.     

晶粒尺寸对Al-Zn-Mg铝合金应力腐蚀敏感性的影响

采用慢应变速率拉伸试验、扫描电镜断口观察和透射电镜晶界微观结构观察及析出相统计等方法,研究了两种晶粒尺寸的Al-Zn-Mg铝合金在3.5%(质量分数)NaCl溶液(pH=6)中的应力腐蚀行为。结果表明:晶粒度大的Al-Zn-Mg铝合金的应力腐蚀敏感性比晶粒度小的合金要高;透射电镜的统计观察分析表明,小晶粒度小的合金的晶界析出相覆盖率高于大晶粒度合金的晶界析出相覆盖率。在一定的晶界析出相面积范围之内,析出相面积分数高的Al-Zn-Mg合金应力的腐蚀敏感性小于析出相面积分数低的Al-Zn-Mg合金。     

TC4钛合金在溴化锂水溶液中的空蚀行为

利用超声波气蚀试验机研究了TC4钛合金在温度为25℃蒸馏水和38%溴化锂水溶液中的空蚀行为。利用扫描电镜跟踪观察了空蚀形貌,测量了空蚀条件下的累积失重以及表面粗糙度的变化,对比了其在溴化锂溶液中静态和空蚀条件下的动电位极化曲线。结果表明,在空蚀相同时间条件下,TC4在溴化锂溶液中的累积失重量相比蒸馏水中有所升高。与静态相比,空化使TC4的自腐蚀电位正移近230mV,电化学腐蚀速率增加一个数量级。两种介质中的空蚀形貌相似,都是由初期出现裂纹和蚀坑发展到后期的蜂巢状结构。在溴化锂水溶液空蚀过程中,力学因素是造成腐蚀磨损失重的主要因素,但在交互作用中腐蚀对空蚀的促进作用更为明显。     

模拟体液中纯钛及Ti6A14V合金的腐蚀行为

采用电化学测试技术研究了人体医用金属材料工业纯钛和Ti6A14V合金在人工模拟体液中的腐蚀行为,结果表明,阳极极化后两种合金均未发现点蚀,工业纯钛的维钝电流密度小于于Ti6A14V合金,前者的阳极极化性能优于后者,Ti6A14V合金缝隙试样在阳极电位超过＋2000mV(vsSCE)后,电流开始急剧增大,发生了缝隙腐蚀;通过电子探针分析发现,在缝隙内Al和V两种元素发生活性溶解。工业纯钛在电位达到＋4000mV/(vsSCE）时仍没有发生缝隙腐蚀。