快速凝固铝锂合金的显微组织与力学性能

本文采用快速凝固技术制备了Al-2.28Li-1.77Cu-0.98Mg-0.13Zr合金。研究了这种合金在不同热处理条件下的力学性能和显微组织。结果表明:选择合适的固溶温度,既能使单相固溶体的均匀化和过饱和程度得到改善,又能控制晶粒大小;采用合适的时效温度和时间,能够有效地控制δ′(Al_3Li)和S′(Al_2CuMg)等相的沉淀行为,从而使合金获得最佳的力学性能。文中讨论了合金热处理工艺参数、组织和性能之间的关系。     

选区激光熔化成型TC4钛合金的拉伸性能

为实现选区激光熔化成型的TC4钛合金在军用航空上的应用,减小选区激光熔化成型的TC4钛合金垂直沉积方向(XY方向)与平行沉积方向(Z方向)的拉伸性能差异,在室温状态下对选区激光熔化成型的TC4钛合金进行准静态拉伸试验,结果表明选区激光熔化的TC4钛合金两种方向取样的拉伸性能都达到了中国与美国AMS宇航钛合金标准。TC4钛合金沿XY向取样合金的抗拉强度与屈服强度要略高于沿Z方向取样,断后伸长率与断面收缩率略小于沿Z方向取样。合金断口为韧窝特征形貌,与XY方向取样相比,Z方向取样断口剪切唇区域尺寸分布比例略小,纤维区差异不大。     

添加Al-Ti-B中间合金对ZnAl4合金显微组织及性能的影响

利用OM(光学显微镜)、SEM(扫描电镜)、拉伸测试等方法,研究了Al-Ti-B中间合金对ZnAl_4合金显微组织及力学性能的影响,研究表明:ZnAl_4合金中加入Al-Ti-B能够细化合金显微组织,抑制粗大的β-Zn枝晶析出,扩大共晶组织区域面积,同时析出α-Al相,随着Al-Ti-B合金添加量的增加,实验合金力学性能得到改善,本实验研究中,添加0.48%的Al-Ti-B对改善实验合金力学性能最为有效。     

合金元素对ZnAl4压铸锌合金组织和力学性能的影响

通过合金熔炼、压铸试样制备,微观分析及力学性能等方法,研究铝、镁、镧元素对ZnAl4压铸锌合金显微组织及力学性能的影响。结果表明:铝、镁元素对锌合金铸锭显微组织的影响在于β相形貌及共晶组织区域的变化,不同实验合金压铸试样的组织特性与铸锭组织有关,通过对原始铸锭组织进行控制,可以进一步影响压铸制件的各项性能,实验合金中,添加0.06%～0.12%稀土镧对提高ZnAl4合金综合力学性能较为有效。     

TC4合金氩弧熔覆TiN复合涂层的组织及耐磨性

为提高钛合金表面性能,以TiN粉和Ti粉为原料,利用氩弧熔覆技术,在TC4合金表面成功制备出TiN增强Ti基复合涂层。采用扫描电镜、X射线衍射仪分析了熔覆涂层的显微组织和物相组成;利用显微硬度仪、摩擦磨损试验机测试了复合涂层的显微硬度和室温干滑动磨损条件下的耐磨性能。结果表明:氩弧熔覆涂层组织均匀致密,熔覆层与基体呈冶金结合,熔覆涂层主要由TiN棒状树枝晶和TiN颗粒组成,复合涂层明显改善了TC4合金的表面硬度,涂层的最高显微硬度可达9.5 GPa;复合涂层在室温干滑动磨损实验条件下具有优异的耐磨性,磨损机制主要是磨粒磨损,其耐磨性较TC4合金基体提高近9倍。     

EBM成型TC4钛合金研究进展

电子束熔化成型技术（electron beam melting,EBM）是3D打印的代表性技术之一,特别适合传统工艺不易加工的Ti-6Al-4V合金（TC4钛合金）的快速成型,目前在航空航天、化工、生物医疗等领域展示出巨大的应用前景。从EBM的原理出发,综述了EBM制备TC4钛合金的显微组织、缺陷以及力学性能。分析了受成型工艺参数和成型件位置等因素影响的冷却速度的变化所导致的TC4钛合金的显微组织发生变化;并指出了导致TC4钛合金出现缺陷的主要原因。EBM成型TC4钛合金的拉伸性能已与锻造TC4钛合金相当,其较低的疲劳强度可以通过热等静压处理提高。     

新型Mg-Li-Al-Mn-Si-Ca合金的显微组织和力学性能

向Mg-Li合金中添加微量元素Al,Mn,Ca和Si,研究了合金的显微组织与力学性能.室温下合金具有良好的加工性能,能够轧制成薄板.通过金相观察可知,添加元素能够细化组织中的α相,并生成颗粒状及细条状物质,通过SEM和EDX分析可知,其为不同添加元素之间形成的化合物.室温下拉伸测试结果表明,合金具有较高的强度和延伸率,随着不同元素的逐步添加,合金强度不断提高,最终σ0.2可以提高17.06%,σb可以提高13.16%,而延伸率有所降低,但仍具有较高值,这是添加元素强化的结果.     

不同加工方式对TC4钛合金组织与力学性能的影响

分别采用激光快速成型(3D打印)技术、锻造和铸造方法制备了TC4钛合金试样.通过光学显微镜、扫描电镜和X射线衍射仪以及力学性能测试设备分别分析了不同制备方式成型样品的微观组织和力学性能变化规律.结果表明,3D打印成型的钛合金组织和性能有明显的取向性.3D打印横向样品抗拉强度和延伸率分别为1 013 MPa和8%,纵向抗拉强度和延伸率分别为972 MPa和15%;锻造样品抗拉强度和断后延伸率分别为877 MPa和18%;铸造样品的抗拉强度和延伸率分别为836 MPa和4%.不同成型方式样品力学性能的差异来自于其形成的不同微观组织和晶粒大小.3D打印TC4钛合金样品会在其成型快速冷却过程中形成网篮组织,且晶粒非常细小,约为2～3μm.锻造样品成型时形成等轴组织,晶粒尺寸约为10μm,且微观组织比3D打印和铸态合金更加均匀,因而具有更高的延伸率.铸造样品中形成魏氏组织,晶粒尺寸达到20～25μm,组织分布亦不均匀,因而,其具有更低的力学性能指标.     

TC4合金表面激光熔覆CoCrW涂层工艺和性能

为提高TC4钛合金表面耐磨性和耐腐蚀性，利用激光熔覆技术在TC4钛合金表面激光熔覆制备CoCrW涂层，并对其工艺及耐磨性和耐蚀性进行研究。结果表明：CoCrW熔覆层和TC4基体有着良好的冶金结合，熔覆涂层显微组织均匀致密，主要由树枝晶组成。在激光工艺参数中，扫描速度、离焦量、光斑直径和搭接率一致情况下，当激光功率为3000 W时，所得熔覆层硬度最大为1160 HV,为TC4基材硬度324 HV的近4倍，且在该功率下，CoCrW熔覆层平均摩擦系数最低为0.2363,磨损量最小，表现出较好的耐磨特性，磨损机制为磨粒磨损和轻微的黏着磨损；而TC4基材的平均摩擦系数为0.3598,磨损机制为黏着磨损和疲劳剥落磨损，此时，熔覆层的电化学腐蚀电位较高，腐蚀速率较低，表现出良好的耐蚀性。     

打击气压对激光快速成形TC4合金剪切带形成及发展的影响

采用分离式霍普金森杆系统,对激光快速成形TC4合金帽型试样进行不同打击气压下的动态压缩试验.采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜等分析手段,研究了打击气压对其剪切带形成及发展的影响.结果表明,打击气压对激光快速成形TC4合金中所产生剪切带的形成及发展有较大的影响,随着打击气压的增大,剪切带宽度增大,且剪切带内的沿剪切方向的流线逐渐减弱;各种打击气压下,剪切带内均由细小晶粒组成,当打击气压为0.065 MPa时,剪切带内无动态再结晶晶粒,而其它气压下,剪切带内均出现了动态再结晶晶粒,且随打击气压的增大,再结晶晶粒比例增多,至气压为0.100 MPa时,剪切带内几乎由细小再结晶晶粒构成,计算显示,随打击气压的增大,剪切带内的绝热温升也随之增加.     

激光选区熔化TC4钛合金疲劳与断裂

分析了激光选区熔化ＴC４钛合金疲劳寿命及其影响因素。研究结果表明,激光选区熔化TC4钛合金的疲劳性能与传统的经过退火处理的钛合金性能相当。对断口的疲劳源分析表明,激光选区熔化TC4钛合金的疲劳裂纹起源于距离表面最近的制造缺陷,这种制造缺陷多为不规则形状,在缺陷中能够明显地观察到制造过程中产生的层间界线。通过对比分析可知,疲劳源在试样表面以下的位置及其最大跨度尺寸影响着试样的疲劳寿命。目前,制造缺陷仍然是影响激光选区熔化TC4钛合金疲劳性能的主要因素。     

TC4钛合金钻杆在腐蚀条件下的力学性能研究

为研究适用于腐蚀环境下的钛合金钻杆材料,参照NACE和GB规范中的腐蚀要求和试验标准,首先对TC4钛合金试件进行腐蚀处理（设置未经腐蚀处理的对照组）,然后进行拉伸、冲击和硬度试验,研究其在腐蚀条件下的综合力学性能. 结果表明:在NaCl、H₂S、CO₂、205 ℃条件下,TC4钛合金的拉伸性能下降不超过10%,冲击性能变化仅为0.33%,硬度下降3.21%,说明TC4钛合金具有出色的耐腐蚀性,在腐蚀条件下能够保持良好的综合力学性能. 以API规范中对钢钻杆材料的力学性能要求为指标,腐蚀处理后TC4钛合金的力学性能表现为屈服强度、拉伸强度及伸长率均不低于X级钢;冲击吸收功高于API对钢钻杆要求的62%（20 ℃）;硬度超过G级钢约37%,接近S级钢;故可将TC4钛合金应用于腐蚀性油气井钻杆中以避免或减轻钻杆腐蚀失效.      

激光立体成形TC4钛合金动态剪切特性研究

采用微型霍普金森压杆装置和双剪切试样对激光立体成形TC4钛合金的高应变率动态剪切特性进行了研究.通过数值模拟方法从应力、应变均匀性和应力三轴度方面对双剪切试样的缺口形状、剪切区宽度和长度进行优化设计.采用实验方法,分析了不同取向的激光立体成形沉积态TC4钛合金的高应变率（10⁴ s^-1量级）剪切性能.结果表明,动态剪切力学性能并没有明显的各向异性,流动应力随应变率的增大而增加,二者大致呈线性关系.     

退火温度对TC4ELI钛合金大规格环材组织和力学性能的影响

采用光学显微镜、万能材料试验机和金属摆锤式冲击试验机研究了退火温度对TC4ELI钛合金大规格环材（Φ3 384 mm/Φ3 300 mm×1 950 mm）的显微组织和力学性能的影响。显微组织分析结果表明：退火温度在850 ℃以下时,TC4ELI钛合金大规格环材退火后的显微组织与热加工态的显微组织基本相同;900 ℃退火后,TC4ELI钛合金大规格环材中部分片层状或针状α相的尺寸增大,同时出现了尺寸微小的等轴α相。力学性能测试结果表明：随着退火温度的升高,TC4ELI钛合金大规格环材的强度和伸长率有所提高;850 ℃以下退火,TC4ELI钛合金大规格环材断面收缩率变化不大,850 ℃以上退火,其断面收缩率显著升高。冲击试验结果表明：随着退火温度的升高,TC4ELI钛合金大规格环材的冲击功逐渐增加。经800～900 ℃保温2 h空冷后,TC4ELI钛合金大规格环材抗拉强度、屈服强度、塑性与冲击功达到较好匹配。     

选区激光熔化快速成型过程分析

分析了选区激光熔化的成型过程及成型机理,归纳了该工艺的技术特征,推导了温升与加工参数间的解析关系式,并据此优化了选区激光熔化快速成型的工艺.采用Cu-P合金对成型工艺进行了实验验证,分析了扫描速度及激光功率对成型质量的影响,探讨了球化的成因及消除方法.结果表明,通过合理配置扫描速度、扫描间距、激光功率等加工参数,可以直接成型具有高致密性的金属零件.     

6063合金的微观组织及力学性能研究

用电解低钛铝合金熔配6063合金,挤压成型材后,研究其微观组织与力学性能,并与国内6063型材的微观组织与力学性能做了对比.,电解加钛6063合金具有良好的力学性能,抗拉强度和延伸率均有显著增加.用电解低钛铝合金熔配6063合金是完全可行的.     

Functionally Gradient Material Laser Rapid Prototyping Technique

The functionally gradient material laser rapid prototyping system is developed based on the increasing material manufacture idea of the rapid prototyping. The system hardware is composed of a 5 kW CO2 laser, a three-dimensional numeric control table, a three-stock-bin coaxial powder delivery device, and an integration operation control desk. The system software is composed of the CAD slicing and scan filling module, materials component distributing design module, and hardware equipment integration drive module. The real time change proportion allocation technique of three metal powders, powder uniform mixing technique, and coaxial powder delivery technique are studied. According to the principle of the output powder cumulative volume invariable in unit time, the real time powder allocation formulae are deduced. The design method of the materials component distributing regularity in the part entity is studied. The gradient change regularity of the face gradient, line gradient, and point gradient is studied. A sort of the file layout of integrating material information and geometry information is brought forward.     

TC4钛合金薄板储能焊接头组织与性能

采用微型储能焊机对厚度为0．2mm的TC4钛合金薄板进行了快速连接,并研究了接头组织形貌及焊接参数对接头力学性能的影响。结果表明：储能焊能够实现TC4钛合金薄板的快速凝固焊接,焊接接头由熔核和熔核向母材过渡的熔合区（线）组成。极短的焊接时间和高的冷却速率,使得熔核凝固过程具有快速凝固特征,熔核中凝固组织得到显著细化。当焊接工艺参数为电压250V、电容6600妒、电极力20N时,接头剪切强度可达601MPa。     

喷射成形超高强度Al-Zn-Mg-Cu合金的固溶处理

研究了单级固溶和双级固溶热处理工艺对喷射成形Al-Zn-Mg-Cu铝合金力学性能的影响.应用光学显微镜、扫描电镜与透射电镜对显微组织和第二相颗粒的固溶及沉淀析出状况做了进一步的研究.结果表明:双级固溶时效和单级固溶时效处理制度相比,前者得到的组织和力学性能较为理想;双级固溶处理综合了低温单级固溶和高温单级固溶的优点,即再结晶晶粒尺寸较小,同时回溶颗粒较多.时效后的组织也较理想.采用双级固溶处理(450℃/3h 480℃/3h)和T6时效处理后,合金的抗拉强度和屈服强度分别达到806MPa和797MPa,延伸率达到7.5%.