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高Al含量的亚稳β型Ti-Al-Mo-Nb-V系列钛合金的组织与力学性能

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材料导报 2024年第2期38卷 207-212页

作者：张健朱智浩张爽董闯大连理工大学三束材料改性教育部重点实验室辽宁大连116024 大连交通大学材料科学与工程学院辽宁大连116028

目前,亚稳β钛合金的成分朝着更高Al含量和更高β稳定元素含量的方向发展,本工作基于典型亚稳β钛合金β-21S和TB18的成分设计思路,添加了更高含量的Al元素,同时添加了Mo、Nb、V三种β稳定元素,设计并利用铜模吸铸法制备了高Al含量的亚... 详细信息

目前,亚稳β钛合金的成分朝着更高Al含量和更高β稳定元素含量的方向发展,本工作基于典型亚稳β钛合金β-21S和TB18的成分设计思路,添加了更高含量的Al元素,同时添加了Mo、Nb、V三种β稳定元素,设计并利用铜模吸铸法制备了高Al含量的亚稳β型Ti-Al-(Mo,Nb,V)系列钛合金。结果表明,Ti-6.5Al-1.5V-11.5Mo-2.8Nb合金在吸铸态下的β相结构达到临界稳定状态。此时,该合金的拉伸屈服强度为623 MPa,延伸率为16.6%,其屈服强度略低于对标合金TB18,但延伸率明显高于同系列合金和TB18合金,具有最佳的综合力学性能。此外,该合金液固温区为31℃,在同系列合金中最低,且明显低于对标合金TB18的液固温区238℃。

关键词：亚稳β钛合金高Al含量显微组织力学性能

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亚稳β钛合金在生物医学领域的研究进展

稀有金属材料与工程 2022年第3期51卷 1111-1124页

作者：孙纯纯郭志君张金勇李运峰蔡变云沈宝龙中国矿业大学材料与物理学院江苏徐州221116 四川大学华西口腔医学院四川成都610041 河南科技大学医学技术与工程学院河南洛阳471000 东南大学材料学院江苏南京211189

钛及钛合金因生物相容性优异、弹性模量低、综合力学性能良好及耐腐蚀性强被广泛应用于生物医学领域,成为继不锈钢、钴铬合金后最有前景的医用金属材料之一。本文从生物力学性能、生物耐腐蚀性及生物相容性和抗菌性角度出发,介绍了近10... 详细信息

钛及钛合金因生物相容性优异、弹性模量低、综合力学性能良好及耐腐蚀性强被广泛应用于生物医学领域,成为继不锈钢、钴铬合金后最有前景的医用金属材料之一。本文从生物力学性能、生物耐腐蚀性及生物相容性和抗菌性角度出发,介绍了近10年来亚稳β型钛合金在生物医用领域的发展现状和研究进展,重点探讨了通过改变合金元素组成、热处理工艺及合金加工成型方法来改善β型钛合金生物力学性能的研究进展。

关键词：生物医用亚稳β钛合金弹性模量强度耐蚀性

两种不同热处理工艺下亚稳β钛合金Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr的低周疲劳行为

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稀有金属材料与工程 2023年第2期52卷 658-666页

作者：刘知多张浩宇周舸程军张兴君陈立佳沈阳工业大学辽宁沈阳110870 西北有色金属研究院陕西西安710016 辽宁北方精密设备有限公司沈阳分公司辽宁沈阳110000

研究了固溶+等温时效及固溶+随炉冷却2种不同热处理工艺下Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr(质量分数,%)合金的低周疲劳行为。结果显示:固溶+等温时效处理后的M1合金显微组织中含有短棒状的晶内α相以及连续晶界α相;固溶+随炉冷却处理后得到的M2... 详细信息

研究了固溶+等温时效及固溶+随炉冷却2种不同热处理工艺下Ti-6Mo-5V-3Al-2Fe-2Zr(质量分数,%)合金的低周疲劳行为。结果显示:固溶+等温时效处理后的M1合金显微组织中含有短棒状的晶内α相以及连续晶界α相;固溶+随炉冷却处理后得到的M2合金显微组织中含有细长针状的晶内α相、连续晶界α相以及WGBα相。在0.6%、0.7%和0.8%的较低应变幅下M1合金和M2合金均呈现出循环稳定的现象,晶内α相间距较小的M2合金呈现出较高的应力幅值;在1.0%的较高应变幅下,由于背应力和摩擦应力的竞争机制,导致M1合金和M2合金均呈现循环软化现象。在0.9%和1.0%的较高应变幅下M2合金的背应力硬化速率相对较小,其循环软化现象更加明显,其应力幅值相对较低。M2合金的晶内α相将基体分割为若干“封闭单元”且β晶界处形成了向晶内平行生长的WGBα相,导致其低周疲劳寿命均低于M1合金。

关键词：亚稳β钛合金随炉冷却低周疲劳行为摩擦应力背应力

Ti-34Nb-4Zr-0.3O合金时效组织调控及其力学性能

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材料工程 2024年第4期52卷 102-109页

作者：齐欢武祥为张涵雅陈锋王玉会王春阳东南大学材料科学与工程学院南京211189 东南大学江苏省先进金属材料高技术研究重点实验室南京211189 中国航发北京航空材料研究院北京100095

采用真空电弧熔炼、单相区热锻以及冷轧等技术制备亚稳β型Ti-34Nb-4Zr-0.3O(质量分数/%)合金(TNZO),通过对冷轧态TNZO合金进行250℃和300℃的低温时效处理,揭示时效温度和时间对ω相析出行为与合金力学性能的影响规律。结果表明:低温... 详细信息

采用真空电弧熔炼、单相区热锻以及冷轧等技术制备亚稳β型Ti-34Nb-4Zr-0.3O(质量分数/%)合金(TNZO),通过对冷轧态TNZO合金进行250℃和300℃的低温时效处理,揭示时效温度和时间对ω相析出行为与合金力学性能的影响规律。结果表明:低温时效使ω相呈纳米尺寸析出,导致合金的强度和弹性模量提高。300℃时效时,ω相易发生粗化和团聚,使合金的伸长率快速下降和脆化。250℃短时时效可使少量ω相弥散析出,使合金具备高强度、低模量、超高弹性和良好塑性的优异综合性能,在航空航天弹性钛合金和医用植入钛合金领域显示了广阔的应用前景。

关键词：亚稳β钛合金时效 ω相力学性能

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热处理对亚稳β钛合金显微组织与性能的影响

中国有色金属学报 2022年第6期32卷 1655-1664页

作者：肖树龙陈兆琦荆科梁振泉徐丽娟田竟陈玉勇哈尔滨工业大学金属精密热加工国家级重点实验室哈尔滨150001 哈尔滨工业大学材料科学与工程学院哈尔滨150001 中国航空工业集团公司西安飞机设计研究所西安710089

采用XRD、SEM、TEM、常温拉伸及蠕变等手段,对成分为Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe-0.1B-0.1C的新型亚稳β钛合金展开了研究,分析了热处理对合金显微组织、力学性能及蠕变行为的影响。经过固溶时效处理后,合金的显微组织中析出了大量... 详细信息

采用XRD、SEM、TEM、常温拉伸及蠕变等手段,对成分为Ti-3.5Al-5Mo-6V-3Cr-2Sn-0.5Fe-0.1B-0.1C的新型亚稳β钛合金展开了研究,分析了热处理对合金显微组织、力学性能及蠕变行为的影响。经过固溶时效处理后,合金的显微组织中析出了大量针状次生α相,次生α相与β基体保持着Burgers位向关系与半共格界面,显著强化了合金基体,合金的最高屈服强度达到1444 MPa,同时具有4.2%的伸长率。分析蠕变实验结果认为,蠕变断裂是由晶界上分布的α相所引起的应力释放断裂机制主导的。晶界α相的破碎会引入更多可能引起孔洞及裂纹产生的位置,使合金的抗蠕变性能恶化。因而,经过固溶+300℃时效处理后,合金β晶界上α相呈连续长条状分布,使合金具有最长的蠕变寿命。

关键词：亚稳β钛合金热处理显微组织拉伸性能蠕变

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铸态亚稳β钛合金高应变速率动态再结晶机理

中国有色金属学报 2022年第5期32卷 1310-1319页

作者：赵秦阳陈永楠徐义库 Rob TORRENS Leandro BOLZONI Fei YANG 长安大学材料科学与工程学院西安710064 Waikato Centre for Advanced Materials and Manufacturing University of WaikatoHamilton 3216New Zealand

针对铸态亚稳β型Ti-5553钛合金,基于热模拟试验,研究了合金在高温高应变速率条件下的热变形行为,并发现了一种全新的动态再结晶机制。结合多种材料表征技术,揭示了新动态再结晶机制的微观组织演变机理,并分析了变形参数对再结晶行为的... 详细信息

针对铸态亚稳β型Ti-5553钛合金,基于热模拟试验,研究了合金在高温高应变速率条件下的热变形行为,并发现了一种全新的动态再结晶机制。结合多种材料表征技术,揭示了新动态再结晶机制的微观组织演变机理,并分析了变形参数对再结晶行为的影响。结果表明:亚稳β钛合金在高温高速率条件下的显著动态软化是动态再结晶和流变失稳共同作用的结果,动态再结晶产生新晶粒的形核位置、尺寸和组织占比都对热变形参数有较高的敏感性。本文发现和揭示的新动态再结晶机制是连续和不连续这两种常见机制混合而成的耦合机制,既包含了引发不连续动态再结晶的晶界应变集中效应,又包括了连续动态再结晶的亚晶旋转形核过程。

关键词：亚稳β钛合金热变形微观组织演变变形机制动态再结晶

亚稳β钛合金基于梯度热处理的组织及性能研究

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亚稳β钛合金基于梯度热处理的组织及性能研究

作者：汪畅中南大学

学位级别：硕士

本文以Ti-6.8Mo-3.9Al-2.8Cr-2Nb-1.2V-1Zr-1Sn合金()为研究对象,对该合金进行梯度热处理,在单个样品上快速获取大量的显微组织特征,并通过调控显微组织,优化力学性能。借助扫描电子显微镜(SEM),光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)系统的研... 详细信息

本文以Ti-6.8Mo-3.9Al-2.8Cr-2Nb-1.2V-1Zr-1Sn合金()为研究对象,对该合金进行梯度热处理,在单个样品上快速获取大量的显微组织特征,并通过调控显微组织,优化力学性能。借助扫描电子显微镜(SEM),光学显微镜(OM)和透射电镜(TEM)系统的研究了固溶及时效温度对初生相及次生相尺寸、形貌和体积分数等的影响。通过显微硬度测试研究了合金的时效硬化行为,并结合拉伸试验,系统的研究固溶及时效温度变化对合金力学性能的影响,快速优化固溶及时效温度,并改善该合金的强度和延展性。主要结论如下:(1)固溶温度对初生相形貌及体积分数影响很大,初生相体积分数从746℃固溶2 h的30%降低到819℃的3%。在746-770℃范围内固溶,初生α相有两种形态:直径1-5μm的球状α,以及亚微米级别的短棒状α,在795-819℃范围固溶处理,只能观察到球状初生α相。844℃及以上固溶处理,合金中没有初生相,获得了全部的亚稳β相。(2)746-909℃的温度范围内固溶,经过550℃时效8 h后,合金中析出了纳米级的α相。相同的时效条件的下,在746-819℃的范围内固溶,α相的体积分数随固溶温度的升高而增加,但尺寸和相间距减小;这导致了屈服强度的升高和延展性的降低。固溶温度为844℃时,合金除了粗大的α相,在某些晶界处可以观察到2-4μm宽的PFZ。865-909℃的范围内,α相宽度均在50 nm左右,体积分数在49%左右,固溶温度对次生相的形貌无明显的影响。(3)746℃固溶2 h后,时效温度对合金的相变行为及次生相的形貌有很大影响,453-503℃的范围内时效8 h后,合金中的析出相为ω相和α相,ω相的析出使得合金塑性降低。在526℃或者更高的温度时效,析出相只有α相。随着时效温度的升高,α相沿宽度方向粗化,长度方向变短;并且体积分数降低。次生相的粗化和体积分数的降低使得强度降低,但塑性明显提升。(4)746℃固溶2 h加608℃时效8 h,合金中有三种不同尺度的相:平均直径为3.17μm的球状初生相,体积分数为25.1%;平均宽度和长度分别为0.21μm和0.88μm的棒状α相,其体积分数为4.9%;平均宽度和相间距分别为61 nm和101 nm的α相,其体积分数为27.2%。三种不同类型的相组成了典型的分级结构。变形过程中不同尺寸和性能的相之间的协同变形提升了其强度和延展性。拉伸结果表明该状态下合金具有理想的强度和塑性组合,其屈服强度和延伸率分别为1140 MPa和15.6%。图50幅,表10个,参考文献113篇

关键词：亚稳β钛合金梯度热处理初生相次生相分级结构强度和塑性

亚稳β钛合金的设计方法及室温变形机制的研究进展

同方学位论文库评论

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材料导报 2021年第19期35卷 19170-19180页

作者：杨家坤包翔云张金钰刘刚孙军西安交通大学金属材料强度国家重点实验室

本文介绍了当前亚稳β钛合金中的一些设计方法,包括合金元素法、[Mo]当量、d电子合金设计和e/a电子浓度等,概述了当前亚稳β钛合金中变形机制的一些研究进展,如滑移、机械孪晶和应力诱发相变,并对其变形机制之间的相互联系以及变形机制... 详细信息

本文介绍了当前亚稳β钛合金中的一些设计方法,包括合金元素法、[Mo]当量、d电子合金设计和e/a电子浓度等,概述了当前亚稳β钛合金中变形机制的一些研究进展,如滑移、机械孪晶和应力诱发相变,并对其变形机制之间的相互联系以及变形机制和合金力学性能之间的关系进行总结,最后讨论了不同因素对变形机制的影响,包括β相稳定性、变形过程、晶粒取向与尺寸以及第二相等。

关键词：亚稳β钛合金设计方法变形机制力学性能

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亚稳β钛合金的变形孪晶和应力诱发相变

中国有色金属学报 2019年第9期29卷 2185-2191页

作者：赖敏杰李金山西北工业大学凝固技术国家重点实验室

亚稳β钛合金的力学性能与其变形机制密切相关。在稳定性很高的β基体中位错滑移是唯一的变形机制,而随着β基体稳定性的降低,除位错滑移之外的其他变形机制如{112}变形孪晶、应力诱发β→ω相变、{332}变形孪晶以及应力诱发β→α″相... 详细信息

亚稳β钛合金的力学性能与其变形机制密切相关。在稳定性很高的β基体中位错滑移是唯一的变形机制,而随着β基体稳定性的降低,除位错滑移之外的其他变形机制如{112}变形孪晶、应力诱发β→ω相变、{332}变形孪晶以及应力诱发β→α″相变等变形机制会逐渐产生。这些变形机制可以导致孪晶/相变诱导塑性的效应,能显著提高相应合金的加工硬化率和塑性。近年来关于这些变形机制的研究取得了重要进展,不同变形机制之间尤其是变形孪晶与应力诱发相变之间的内在联系被揭示出来,为现有合金的性能优化和新型合金的设计开发提供了重要的理论指导。本文综述了这些研究进展,并对其中存在的一些不足进行了分析。

关键词：亚稳β钛合金变形孪晶应力诱发相变微观组织力学性能