超声滚压微锻造增材件表面力学性能

增材制造Ti-6Al-4V钛合金构件时，易出现裂纹、表面粗糙度大等缺陷.为了解决这一问题，将应用于表面强化处理的超声滚压微锻造工艺与增材制造过程相结合，通过有限元软件模拟了激光熔丝增材制造及冷却过程，并分析了超声滚压微锻造加工对增材件表面力学性能的影响.结果表明：在经过超声滚压微锻造加工后，增材件残余应力由拉应力转变为较大的压应力，有效降低了增材件产生裂纹等缺陷的风险，同时，加工后的增材件表面等效塑性应变增大，表面显微硬度提高，且超声滚压微锻造加工对滚压头接触区域影响最大.     

钽涂层对Ti-6Al-4V合金抗腐蚀性能的影响

摘要：目的 在模拟体液环境中,研究钽（Ta）涂层对Ti-6Al-4V合金抗腐蚀性能的影响。方法 对Ti-6Al-4V合金试样采用等离子喷涂技术在其表面形成一层500μm厚的钽涂层。通过模拟体液环境下电化学测量法对比涂层前后的试样抗腐蚀性能的强弱。结果 塔菲尔极化曲线图形显示,Ti-6Al-4V合金经钽涂层处理后表现出阳极和阴极极化曲线低平,自腐蚀电位向正方向移动,钝化区间变长,而维钝电流降低。结论 Ti-6Al-4V合金表面涂覆钽涂层的表面改性处理能有效提高基体金属的抗腐蚀性能,为解决人工关节无菌性松动及Ti-6Al-4V合金关节假体的优化提供了发展方向。     

机场道面除冰液对3D打印的Ti-6Al-4V腐蚀研究

本文研究了电子束熔融(EBM)和激光选区熔化3D打印(SLM)技术制备的Ti-6Al-4V合金在机场道面除冰液—醋酸钾溶液中的电化学腐蚀行为,并与传统锻造Ti-6Al-4V合合金进行对比,通过电化学阻抗谱和极化曲线分析三种合金的抗腐蚀性能.研究结果表明,传统锻造Ti-6Al-4V合金的表面阻抗值更大,极化电阻更高,致钝电流密度更低,更易形成钝化膜,耐蚀性更强.而SLM-和EBM-Ti-6Al-4V合金阻抗值、极化电阻、致钝电流密度非常接近,抗腐蚀性能相似.     

注射成形Ti-6Al-4V合金的显微组织和力学性能

采用金属注射成形方法制备Ti-6Al-4V合金坯体,然后利用溶剂脱脂和热脱脂工艺脱除坯中粘结剂,研究了合金在真空烧结和热等静压烧结条件下的显微组织和力学性能.结果表明:真空烧结Ti-6Al-4V合金具有典型的魏氏体组织,其初始的β晶粒粗大,β晶粒内为次生片状α和薄β相片,空隙较多,合金的强度和塑性较低;合金经热等静压处理后,组织明显细化且均匀,空隙很少或几乎没有,从而强度和塑性都有所提高.     

金属Sc对Ti-6Al-4V合金组织演变与性能的影响

采用真空电弧熔炼技术制备了含Sc(质量分数)为0,0.1%,0.3%,0.5%的4种Ti-6Al-4V合金,并利用X射线衍射技术、光学金相显微镜和SHIMADZU HMV硬度计对铸态合金的相组成、等温退火后进行淬火的合金的显微组织和显微硬度进行研究.研究结果表明:在合金的铸态组织中存在大量的类魏氏组织,添加金属Sc减小了魏氏组织的含量与尺寸;经过等温退火及淬火处理后,在合金组织中存在细针状的马氏体组织和少量的类魏氏体组织,同时,随着退火温度的降低,组织中针状马氏体尺寸减小,金属Sc对合金组织起明显的细化作用;在铸态合金中存在的相为Ti3Al,添加金属Sc使α-Ti在低角度的衍射峰强度变弱,在高角度的衍射峰强度变强;添加金属Sc导致Ti-6Al-4V合金片层组织的显微硬度大幅度提高,当Sc含量在0.1%～0.3%时,其显微硬度最适宜;退火态合金的显微硬度比铸态合金的显微硬度提高了很多;金属Sc对α-Ti的固溶强化效果最明显.     

置氢Ti-6Al-4V合金组织与室温变形行为的相关性

应用压缩实验研究置氢Ti-6Al-4V合金的室温力学行为,采用OM、SEM分析了氢对钛合金组织的影响和断口形貌特征,探讨了置氢钛合金组织和室温变形行为之间的相关性.结果表明:氢的固溶强化作用使置氢Ti-6Al-4V合金硬化效应增加,但适量的氢可以显著降低其压缩屈服强度和弹性模量,且断裂时发生的变形量增加,此时合金组织为á a的双态组织,当合金中产生粗大的a晶粒时,断裂时发生的变形量显著降低;氢的加入促进了合金中斜方马氏体á″的生成;置氢Ti-6Al-4V合金的室温压缩断口为延性沿晶断裂或脆性沿晶断裂和解理型穿晶断裂两种断裂方式的混合断口.     

置氢Ti-6Al-4V合金组织演变与超塑性能

应用高温拉伸实验研究了氢对Ti-6Al-4V合金超塑变形行为的影响,借助于OM、SEM、TEM和XRD等分析手段,分析了氢对钛合金组织演变的影响. 结果表明:氢可促进合金中β相数量的增加,氢质量分数达到0.2%时合金出现马氏体组织,并随着氢含量的增加而逐渐粗化;适量的氢可以改善钛合金超塑变形行为,如降低流动应力和超塑变形温度、提高应变速率敏感指数m值;Ti-6Al-4V合金加入质量分数0.1%的氢,其峰值流动应力降低53%,变形温度降低约60℃,且由于氢的加入,使得超塑变形后的位错密度减少,说明氢促进了位错的运动.     

MA-SPS制备超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩擦磨损性能

以机械合金化+放电等离子烧结(MA-SPS)制备的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金为研究对象,研究了合金在模拟体液(SBF)中的摩擦磨损性能,并与放电等离子烧结制备的微米尺寸晶粒的Ti-8Mo-3Fe合金、铸造纯Ti及Ti-6Al-4V(TC4)合金进行了对比.结果表明:采用MA-SPS工艺可制备出高致密度、组织均匀的超细晶Ti-8Mo-3Fe合金,合金由β相及少量α相组成,平均晶粒尺寸为1.5μm,显微硬度为448 HV;在相同摩擦磨损条件下,超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的摩损程度明显低于微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态的纯Ti及TC4合金,具有最低的磨损体积和较稳定的摩擦系数.超细晶Ti-8Mo-3Fe合金的磨损机制为磨粒磨损,而微米晶粒Ti-8Mo-3Fe和铸态纯Ti及TC4合金的磨损机制为磨粒磨损和黏着磨损并存的混合磨损.     

钛合金激光熔丝增材制造的温度场与应力场模拟

激光熔丝增材成形过程中复杂热循环和残余应力分布会使沉积层产生较大的变形甚至开裂.利用ABAQUS软件建立其完全热力耦合有限元模型,采用移动热源子程序模拟激光加载,生死单元技术模拟材料的添加.综合考虑了材料的熔化潜热、对流/辐射换热边界条件、随温度变化的材料非线性等问题,研究Ti-6Al-4V 钛合金单道多层薄壁件沉积过程中的热循环特性和残余应力分布.结果表明:沉积成形经历了快速加热、快速冷却的过程,随着层数的增加,热累积效应增强;沉积层整体呈拉应力状态,易产生裂纹等缺陷.     

多次激光冲击对电子束熔化成形Ti–6Al–4V合金的微观组织及力学性能的影响

激光冲击强化作为一种先进的表面处理技术，利用强激光束产生等离子冲击波，可用来提升增材制造金属构件的力学性能。然而，激光冲击对增材制造金属构件力学性能的影响机制仍不清晰。本文研究了多次激光冲击对电子束增材制造（EBM）Ti–6Al–4V钛合金的微观组织及力学性能的影响。系统地分析了多次激光冲击前后电子束增材制造Ti–6Al–4V钛合金试样的微观组织、表面形貌、残余应力及拉伸性能。通过x射线计算机断层扫描三维成像技术分析了激光冲击前后电子束成形试样的内部孔隙分布。研究结果表明，经过两次激光冲击强化处理，可以降低电子束成形Ti–6Al–4V合金试样内部孔隙，细化表层晶粒；两次激光冲击强化后试样抗拉强度提升了12%。此外，试样表层应力状态发生改变，表层产生的最大残余压应力达到419 MPa，影响层深度达到700 μm。多次激光冲击提升EBM成形钛合金力学性能的强化机制可归结为α相的晶粒细化与较深的残余压应力层的形成。     

硬质合金刀具和涂层刀具车削加工Ti-6Al—4V的性能研究

采用硬质合金刀具和硬质合金涂层刀具在低速和高速两种切削状态下进行Ti-6Al—4V的车削对比试验,通过对两种刀具的刀具寿命和刀具的磨损形貌进行观察分析,研究硬质合金刀具和涂层刀具在不同切削状态下的切削性能。     

硬质合金刀具和涂层刀具车削加工Ti-6A1-4V的性能研究

采用硬质合金刀具和硬质合金涂层刀具在低速和高速两种切削状态下进行Ti-6Al-4V的车削对比试验,通过对两种刀具的刀具寿命和刀具的磨损形貌进行观察分析,研究硬质合金刀具和涂层刀具在不同切削状态下的切削性能。     

金属钛的离子注入表面改性

讨论了离子注入表面改性技术在生物材料中的应用，研究了Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金表面注入Ｎ＋离子后的摩擦磨损行为，结果表明，Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ经离子注入后，摩擦磨损性能都大幅提高．     

聚晶金刚石刀具加工钛合金热塑剪切失稳研究

采用聚晶金刚石(PCD)刀具,以不同的切削速度对钛合金Ti-6Al-4V进行了切削实验.通过分析切屑的金相和扫描电子显微(SEM)照片,对PCD刀具加工钛合金Ti-6Al-4V的热塑剪切失稳现象进行了深入研究,分析表明发生热塑剪切失稳时锯齿形切屑齿尖角随切削速度先增大,后减小,并通过计算锯齿形切屑内的剪应变、测量剪切带内外的显微硬度和切屑内的X射线衍射分析证实了在发生热塑剪切失稳时钛合金的组织发生了相变.     

HA/Ti梯度薄膜材料的体外细胞相容性研究

用射频磁控溅射与水蒸气处理相结合的方法，在医用Ti-6A1-4V合金表面制备HA／Ti梯度薄膜．通过材料与成骨细胞体外共培养，研究实验材料的细胞相容性．结果表明：随着细胞培养时间的延长，两组试样表面细胞均呈典型的S型生长，增殖显著，形态正常．相比之下，HA／Ti梯度薄膜周边和表面的细胞数量更多，贴附更加紧密，显示了良好的细胞亲和力。     

SCR成形Al-1.5Mg-0.3Sc合金线材的组织与性能

采用单辊搅拌冷却技术(SCR)制备Al-1.5Mg-0.3Sc(质量分数,%)合金线材,对比相同成分常规铸造工艺制备的合金,对SCR成形合金线材组织与性能进行了研究.结果表明:SCR成形Al-1.5Mg-0.3Sc合金的晶粒较常规铸造工艺制备合金的晶粒细小;常规铸造工艺制备的Al-1.5Mg-0.3Sc合金,金相试样腐蚀后,在合金晶界处出现黑色的、结构不规则的层片状、有弓形边界的Al3Sc沉淀物;SA合金线材520℃在线固溶、320℃时效3 h,抗拉强度为304 MPa,延伸率为18.9%,合金线材具有较高的强度和良好的塑性.     

3D finite element simulation of microstructure evolution in blade forging of Ti-6Al-4V alloy based on the internal state variable models

The physically-based internal state variable (ISV) models were used to describe the changes of dislocation density, grain size, and flow stress in the high temperature deformation of titanium alloys in this study. The constants of the present models could be identified based on experimental results, which were conducted at deformation temperatures ranging from 1093 K to 1303 K, height reductions ranging from 20% to 60%, and the strain rates of 0.001, 0.01, 0.1, 1.0, and 10.0 s-1. The physically-based internal state variable models were implemented into the commercial finite element (FE) code. Then, a three-dimensional (3D) FE simulation system coupling of deformation, heat transfer, and microstructure evolution was developed for the blade forging of Ti-6Al-4V alloy. FE analysis was carried out to simulate the microstructure evolution in the blade forging of Ti-6Al-4V alloy. Finally, the blade forging tests of Ti-6Al-4V alloy were performed to validate the results of FE simulation. According to the tensile tests, it is seen that the mechanical properties, such as tensile strength and elongation, satisfy the application requirements well. The maximum and minimum differences between the calculated and experimental grain size of primary α phase are 11.71% and 4.23%, respectively. Thus, the industrial trials show a good agreement with FE simulation of blade forging.     

Ti-6Al-4V合金镀渗Ni-P合金后的组织结构与耐磨性

本文对Ti-6Al-4V合全化学镀Ni-P合金后,在氩气中经1123K扩散0.5—7h试样的相组成、组织、硬度及耐磨性进行了研究。结果指出:渗层组织共分五层,其中最外层是由Ni_5P_2、Ni_3P和Ti_(1.7)P三种磷化物组成的混合物分布在Ni_3Ti基体上的复相组织,硬度高达HK900。 磨损试验在Skoda-Savin磨损试验机上进行。研究结果表明,Ti-6Al-4V经镀渗Ni-P后,从根本上消除了钛及钛合金在磨损过程中的粘着现象,从而极大地提高了耐磨性。