Ti-6Al-4V合金电弧熔丝增材的组织性能研究进展

Ti-6Al-4V钛合金具有密度低、高温下组织稳定、强度高的特点,被广泛应用于机翼翼梁、起落架支撑肋等航空工业关键零部件的制造。电弧熔丝增材技术研究始于20世纪80年代,该技术具有成型效率高、原材料利用率高、设备简单等优势。目前,学界对Ti-6Al-4V合金电弧熔丝增材技术开展了广泛研究并已取得一定成果。笔者综述了电弧熔丝增材制造技术的发展历史及研究热点,并整合了国内外Ti-6Al-4V合金电弧熔丝增材技术的最新研究及应用情况,对电弧熔丝增材制造Ti-6Al-4V合金的组织性能特性及调控工艺进行了总结与展望。     

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.     

铝热还原制备Ti-6Al-4V合金的热力学和动力学

分别对Al-TiO₂,Al-V₂O₅,Al-V₂O₅-TiO₂及Al-V₂O₅-TiO₂-CaO体系的热力学和动力学进行了研究.结果表明:采用铝粉直接还原TiO₂,V₂O₅粉末制备Ti-6Al-4V合金是可行的.加入CaO会降低体系单位质量反应热,需要补热才能维持反应进行.Al还原TiO₂的反应在951℃发生,表观活化能E₁为166.47kJ/mol,反应级数n₁为0.3982;Al还原V₂O₅的反应在946℃发生,表观活化能E₂为392.72kJ/mol,反应级数n₂为1.0618.Al粉还原V₂O₅和TiO₂制备Ti-6Al-4V合金体系的反应在1019℃左右发生,表观活化能E₃为173.56kJ/mol,反应级数n₃为0.4722;加入CaO后,反应在979℃左右发生,体系表观活化能升高但反应级数降低.这四个体系均属于液-固反应体系.     

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.     

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。     

Ti-6Al-4V合金在快锻液压机上锻造工艺的计算分析

本文对Ti-6Al-4V合金在快锻液压机上锻造过程中的变形力及变形温度等工艺参数进行了计算;阐述了锻件在快锻液压机上镦粗及拔长过程中的温度变化及锻造回炉加热次数的计算方法,为锻造车间锻造工艺的确定和对锻造工艺更加深入的研究工作提供了参考。     

热处理对粉末注射成形钛合金的组织与性能的影响

采用粉末注射成形方法制备了钛合金坯体,利用溶剂脱脂和热脱脂方法脱除坯体中粘结剂,并在真空气氛下烧结致密钛合金样品.真空烧结后,经960 ℃和140 MPa热等静压处理,在720～760 ℃进行1～1.5 h退火处理获得的样品微观结构为均匀的双态组织,由许多等轴较小的α晶粒和少量尺寸较小的β晶粒组成.XRD分析结果表明,当退火温度高于800 ℃时,样品存在Ti3Al杂质相.     

Ti-18Nb-10Zr-(2, 4, 6)Cr合金显微组织和力学性能的研究

不含有毒元素的β钛合金,具有较低的弹性模量和良好的生物相容性等特点,成为近年来研究的热点。采用电弧熔炼制备Ti-18Nb-10Zr-(2, 4, 6)Cr钛合金,均匀化处理后在室温冷轧,随后在800 ℃固溶1 h后淬火。采用光学显微组织（optical microstructure, OM）和X射线衍射仪（X-ray diffractometer, XRD）分析合金显微组织与物相组成,采用维氏硬度计测试合金硬度,采用万能材料试验机进行拉伸测试。结果表明：合金固溶后均显示为单一β相。随着Cr含量的增加,合金的抗拉强度从690 MPa增加到776 MPa,维氏硬度从186增加到235。Ti-18Nb-10Zr-4Cr合金具有较高的强度（699 MPa）、较低的弹性模量（74 GPa）、良好的塑性（19%）和耐磨性,具有良好的生物应用前景。     

基于摩擦和温度修正的Ti-6Al-4V钛合金热变形本构模型建立

Ti-6Al-4V是民航客机应用最广泛的中高强度钛合金, 在锻造领域, 数值模拟准确性依赖于高准确度的材料模型. 本工作基于热压缩模拟方法, 在不同变形温度（750、800、850、900和950 ℃）和应变速率（0.001、0.01、0.1、1和5 /s）下, 针对变形量为60%的Ti-6Al-4V合金, 考虑鼓度因素影响, 对真实应力-真实应变曲线进行了摩擦和温度修正, 并进一步构建了该工况条件下的本构模型. 对比实验结果, 修正后的流变应力值低于实际测量值, 且随着应变量和应变速率的提高、变形温度的降低, 二者之间的差值也逐渐增大. 本工作分别建立了Ti-6Al-4V双曲正弦式以及用Z参数表达的材料本构模型. 真实应力应变曲线的摩擦和温度修正对提高材料模型的准确性具有指导意义, 同时对提高数值模拟精度具有参考价值.     

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.     

医用钛合金Ti-6Al-4V切削参数优化试验研究

以医用钛合金Ti-6Al-4V车削加工性为研究目的,以提高切削刀具的耐用度作为研究目标,在分析医用钛合金Ti6Al-4V材料特性的基础上,从刀具材料、刀具几何参数、切削用量等方面进行了试验研究,实现了切削刀具的合理选用及切削用量的优化选择,为实现切削参数的在线优化奠定基础.     

Ti-6Al-4V钛合金非比例多轴低周疲劳寿命预测

在MTS拉扭复合疲劳试验机上,采用扭转应变控制、非比例循环加载方式,依次按比例、圆形、矩形、正方形、椭圆形和菱形加载路径,对Ti-6Al-4V合金进行多轴拉扭低周疲劳寿命实验,将结果与等效应变法模型、能量法模型和临界面法模型的计算结果进行对比分析.结果表明,基于临界平面法模型的预测,对于Ti-6Al-4V合金多轴低周疲劳寿命估算具有较高的准确性.     

钛合金 Ti-6Al-4V 电子束焊接接头的性能研究

本文研究了钛合金Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ真空电子束焊接接头的机械性能和金相组织结构。发现接头的冲击韧性不亚于母材，甚至高于母材。焊缝区和热影响区的硬度均高于母材，组织分别为１００％马氏体和部分马氏体，晶粒粗化现象与其它熔化焊方法相比轻微得多。