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增材制造TiB/Ti复合材料网状组织形成与力学性能

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材料工程 2024年第2期52卷 31-39页

作者：韩远飞方旻翰张亮孙中刚黄光法吕维洁上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室上海200240 上海材料研究所上海3D打印材料工程技术研究中心上海200437 南京工业大学材料科学与工程学院先进材料研究院南京210009

采用快速凝固技术将TiB直接植入基体钛合金,形成一种新型超细网状结构钛基复合材料(titanium matrix composites,TMCs)粉体,并采用激光增材制造技术,制备出一种等轴网状和柱状网状组织交替分布的新型钛基复合材料,系统分析和讨论增材制... 详细信息

采用快速凝固技术将TiB直接植入基体钛合金,形成一种新型超细网状结构钛基复合材料(titanium matrix composites,TMCs)粉体,并采用激光增材制造技术,制备出一种等轴网状和柱状网状组织交替分布的新型钛基复合材料,系统分析和讨论增材制造TMCs超常凝固网状组织形成机制与力学特性。研究发现:增材制造TiB/Ti复合材料网状组织(约9μm)主要由原位自生纳米TiB晶须组成,呈现B27和Bf两种晶体结构;B元素的直接引入,易于在凝固界面形成成分过冷,不仅促使交替形成等轴网状组织和柱状网状结构,也同步细化基体晶粒尺寸,实现基体合金片层α相的等轴化。经原位力学观察分析发现,增材制造形成的原位自生纳米TiB网状组织结构,不仅能够抑制裂纹偏转并钝化裂纹,还将大量滑移迹线聚集于网络结构内部,并在晶界诱发高密度位错,限制材料的塑性变形,大幅度提高了复合材料的强度,增材制造TiB/Ti复合材料抗拉强度提高42%,伸长率保持在约10%。

关键词：增材制造钛基复合材料网状结构力学性能

颗粒增强钛基复合材料大塑性变形组织演变与性能

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稀有金属材料与工程 2020年第3期49卷 901-906页

作者：项娟韩远飞乐建温陈越黄光法来晓君吕维洁上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240 昆明冶金研究院云南昆明650031 浙江嘉钛金属科技有限公司浙江嘉兴314211

采用大塑性变形实现了难变形微纳米颗粒(Ti B+La2O3)复合增强Ti-6Al-4V钛合金等通道挤压变形(ECAP),深入研究了大塑性变形温度对复合材料组织演变的影响规律和超细晶形成机制。结果表明,材料经ECAP大变形后易于在基体形成超细晶,变形温... 详细信息

采用大塑性变形实现了难变形微纳米颗粒(Ti B+La2O3)复合增强Ti-6Al-4V钛合金等通道挤压变形(ECAP),深入研究了大塑性变形温度对复合材料组织演变的影响规律和超细晶形成机制。结果表明,材料经ECAP大变形后易于在基体形成超细晶,变形温度对超细晶形成机制有显著影响。变形温度较低时,易于在基体产生位错塞积和位错缠结;变形温度较高时,发生动态再结晶实现细晶强化,经800℃变形后抗拉强度可达1128 MPa,相比未加工时提升了18%。且增强体在界面微区促进连续动态再结晶,实现晶粒的进一步细化。变形后Ti B增强体平均长径比随变形温度的升高而减小,使得增强体与基体极易发生脱粘,无法有效承载,最终造成变形温度对强度影响并不明显;且增强体的脱粘,在基体中形成的孔洞易引发应力集中,造成裂纹萌生,降低材料塑性。

关键词：钛基复合材料 ECAP 增强体强度延伸率

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钛合金辐照损伤缺陷表征与性能调控研究进展

航空材料学报 2022年第6期42卷 9-21页

作者：叶勇强韩远飞赵敏黄光法吕维洁上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240

在高能粒子撞击和级联效应作用下,金属材料内部会产生不同类型的辐照损伤缺陷。辐照损伤缺陷的聚集和演化会破坏内部结构稳定性,恶化金属材料综合力学性能。钛合金由于其轻质高强、耐高温和较低的辐照活性等优势,是很有发展前景的抗辐... 详细信息

在高能粒子撞击和级联效应作用下,金属材料内部会产生不同类型的辐照损伤缺陷。辐照损伤缺陷的聚集和演化会破坏内部结构稳定性,恶化金属材料综合力学性能。钛合金由于其轻质高强、耐高温和较低的辐照活性等优势,是很有发展前景的抗辐照材料。本文针对如何提高钛合金抗辐照损伤性能的问题,总结钛合金辐照损伤缺陷表征及其力学响应的研究进展,分析辐照损伤缺陷的形成演化规律以及辐照剂量、温度和元素种类等对缺陷迁移、聚集的影响机制,讨论辐照诱导钛合金微观组织演化,进而产生辐照硬化、辐照脆化和辐照蠕变等辐照损伤效应,归纳评价钛合金抗辐照损伤性能,以及现有研究中缺乏有效抑制辐照损伤产生的方法,作者认为成分调控以及界面微观组织结构设计是提高钛合金抗辐照性能的有效策略。

关键词：钛合金辐照损伤缺陷表征微观组织力学性能

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X5214铝合金型材挤压过程的数值模拟

中南大学学报（自然科学版） 2008年第4期39卷 748-754页

作者：林高用周佳郑小燕冯迪黄光法彭大暑中南大学材料科学与工程学院有色金属材料科学与工程教育部重点实验室湖南长沙410083

通过采用有限元法与有限体积法相结合,在*** Forge有限元商业软件上实现了挤压比λ=98.28的X5214铝型材挤压过程的数值模拟;对比了3种不同导流孔形状对型材挤出模口处z向的流速均匀性;获得该型材挤压过程的材料流动速度场、应力场和温... 详细信息

通过采用有限元法与有限体积法相结合,在*** Forge有限元商业软件上实现了挤压比λ=98.28的X5214铝型材挤压过程的数值模拟;对比了3种不同导流孔形状对型材挤出模口处z向的流速均匀性;获得该型材挤压过程的材料流动速度场、应力场和温度场分布图,并对金属的流动过程进行分析。模拟分析结果表明:对于X5214铝型材,采用对称导流模可获得较佳的流速均匀性。

关键词：大挤压比铝型材导流孔形状数值模拟

等温挤压变形量对TiB+TiC增强钛基复合材料组织和室温力学性能的影响

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钛工业进展 2018年第3期35卷 16-21页

作者：计波黄光法毛建伟宝钢特钢有限公司上海200940 上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240

塑性变形在提高原位自生非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)强度的同时可改善塑性,但高的屈强比使其变形工艺非常敏感,压缩了适合变形的工艺区间,加大了变形加工难度。为此,提出了钛基复合材料(TMCs)等温挤压方法并成功制备出强塑性匹配较... 详细信息

塑性变形在提高原位自生非连续增强钛基复合材料(DRTMCs)强度的同时可改善塑性,但高的屈强比使其变形工艺非常敏感,压缩了适合变形的工艺区间,加大了变形加工难度。为此,提出了钛基复合材料(TMCs)等温挤压方法并成功制备出强塑性匹配较好的颗粒增强TMCs,研究了挤压变形量对其微观组织演化及综合性能变化规律的影响。结果表明,挤压过程中增强体TiB晶须和TiC颗粒断裂并实现二次分布,使TMCs中增强体分布得到合理有效控制,当挤压比从7增大到10时,TiB晶须长径比明显减小,但随后趋于稳定。随着变形量增加,α相内发生连续动态再结晶,形成与片层厚度相当的沿着原始片层呈竹节排布的细小等轴晶粒。从力学性能测试结果可知,在温度较低的两相区(985℃)进行等温热挤压变形,DRTMCs强度可达1 111 MPa,延伸率为15.7%,实现了较好的强塑性匹配。

关键词：钛基复合材料等温挤压显微组织力学性能

基体组织对TiC/Ti-6Al-4V复合材料断裂韧性的影响

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金属热处理 2014年第9期39卷 100-103页

作者：雷力明黄光法王方秋郭相龙中航商用航空发动机有限责任公司上海200241 上海交通大学材料科学与工程学院金属基复合材料国家重点实验室上海200240

采用原位自生的方法制备了TiC颗粒增强的TiC/Ti-6Al-4V复合材料。将锻造后的钛基复合材料在700℃、995℃以及1020℃进行热处理,获得具有不同基体微观组织的复合材料,研究基体微观组织对钛基复合材料拉伸性能以及断裂韧性的影响。结果表... 详细信息

采用原位自生的方法制备了TiC颗粒增强的TiC/Ti-6Al-4V复合材料。将锻造后的钛基复合材料在700℃、995℃以及1020℃进行热处理,获得具有不同基体微观组织的复合材料,研究基体微观组织对钛基复合材料拉伸性能以及断裂韧性的影响。结果表明,初始α相的含量及其尺寸对TiC/Ti-6Al-4V复合材料的断裂韧性影响较大,初始α相体积分数为20%时,复合材料拉伸性能最好,抗拉强度和伸长率分别为1057.5 MPa、19.95%;同时具有优良的断裂韧性。

关键词： TiC/Ti-6Al-4V复合材料基体组织断裂韧性热处理

(TiB+La_2O_3)/IMI834复合材料铸造性能

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稀有金属材料与工程 2017年第S1期46卷 85-90页

作者：李九霄王冀恒黄光法吕维洁上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240 江苏科技大学江苏镇江212003

通过钛基复合材料螺旋线流动性实验,探索钛基复合材料的流动停止机理。材料在真空自耗电弧炉中熔炼成母合金锭,在凝壳炉中进行螺旋线浇铸,采用金相显微镜进行螺旋线不同部位的组织和增强体观察。结果表明:复合材料流动性试样的根部组织... 详细信息

通过钛基复合材料螺旋线流动性实验,探索钛基复合材料的流动停止机理。材料在真空自耗电弧炉中熔炼成母合金锭,在凝壳炉中进行螺旋线浇铸,采用金相显微镜进行螺旋线不同部位的组织和增强体观察。结果表明:复合材料流动性试样的根部组织粗大,具有较大的原始β晶粒和较宽的α片层,试样中部组织较根部细小,试样头部的组织最细小。增强体TiB均匀地分布在基体中。钛基复合材料的流动停止机制为金属液中部的等轴晶不断长大,当堵塞区的孔径减小到一定值时,金属液和复合材料等轴晶间的摩擦力使金属液停止流动。

关键词：钛基复合材料显微组织增强体流动性停止流动机制

添加La、B对钛基复合材料显微组织和力学性能影响规律（英文）

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稀有金属材料与工程 2016年第12期45卷 3104-3107页

作者：韩远飞邝玮杨小芳李九霄黄光法吕维洁张荻上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240 西北工业大学陕西西安710072

通过添加不同质量分数(0.36%,0.72%,1.45%)的镧(La)和不同质量分数(0.17%,0.34%,0.68%)的硼(B)到Ti6Al4V基体合金,经过普通的真空自耗电弧熔炼和热锻技术成功制备了TiB+La2O3颗粒增强钛基复合材料,并对材料热处理后的显微组织和力学性... 详细信息

通过添加不同质量分数(0.36%,0.72%,1.45%)的镧(La)和不同质量分数(0.17%,0.34%,0.68%)的硼(B)到Ti6Al4V基体合金,经过普通的真空自耗电弧熔炼和热锻技术成功制备了TiB+La2O3颗粒增强钛基复合材料,并对材料热处理后的显微组织和力学性能进行了分析。利用XRD对试样进行了物相分析,应用金相显微镜和扫描电镜对复合材料显微组织进行了观察,特别探讨了增强体的演变特征,测定了材料的室温力学性能和高温力学性能。结果表明,La、B的添加对复合材料的显微组织和力学性能的影响巨大,制备的复合材料表现出优异的力学性能,抗拉强度可提高148 MPa,能显著地强化基体合金。

关键词：钛基复合材料力学性能显微组织 TiB La2O3

原位钛基复合材料激光焊接过程中TiB晶须增强体的微观结构演变

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稀有金属材料与工程 2017年第S1期46卷 112-117页

作者：毛建伟黄光法王立强韩远飞吕维洁上海交通大学金属基复合材料国家重点实验室上海200240

采用Nd:YAG激光成功地对TiB晶须和La_2O_3颗粒混杂增强的原位钛基复合材料进行了焊接。利用金相观察、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试方法,研究了激光焊接过程中TiB的演变行为,探讨了激光焊接接头中的物相组成、Ti... 详细信息

采用Nd:YAG激光成功地对TiB晶须和La_2O_3颗粒混杂增强的原位钛基复合材料进行了焊接。利用金相观察、X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和透射电镜(TEM)等测试方法,研究了激光焊接过程中TiB的演变行为,探讨了激光焊接接头中的物相组成、TiB的分布及形貌特征,及TiB(或La_2O_3)和基体之间的界面关系。结果表明,TiB依然存在于焊接接头中,未发现有害物相的形成;在接头熔化区和靠近焊接热源的热影响区中,TiB尺寸显著细化,重新分布于b柱状晶晶界形成新颖的网络状结构;而在远离熔合线的热影响区中,由于受焊接热输入影响小,仅有少量TiB晶须通过B原子的强化扩散而改变了尺寸大小;而靠近母材的TiB未有变化,保持着和母材中TiB相似的形貌特征。进一步的TEM研究证明,增强体和基体之间的界面干净,仍保持良好的界面结合关系,未发现任何不良界面反应的发生,这也表明在激光焊接过程中,增强体和钛基体之间的界面结构是比较稳定的。

关键词：钛基复合材料原位增强激光焊显微组织 TiB晶须