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陳玉勇, 吳敬璽

2021, 42(6): 1-16. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.001

摘要(1584) HTML (229) PDF(129)

摘要:
β相凝固TiAl合金作為第三代TiAl基金屬間化合物，憑借其突出的熱變形優勢，在航空航天及汽車制造等高端領域具有廣闊的應用空間。然而，高溫β相的引入在提高合金熱變形能力的同時也使得組織演變和性能優化更為復雜。同時，受合金體系及本征脆性的影響，工業化進程相對遲緩。通過綜述典型β相凝固TiAl合金的制備及加工工藝、組織與性能研究進展及工業化現狀，系統分析了合金制備及加工工藝和成本優勢，闡明了合金體系熱變形、熱處理及合金化對組織演變和性能優化的作用機制，指出合金工業化發展的限制環節及未來發展趨勢。

高性能鈦合金先進成形技術研究現狀

李軍兆, 孫清潔, 于航

2021, 42(6): 17-27. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.002

摘要(2687) HTML (395) PDF(299)

摘要:
主要介紹先進熱成形技術、脈沖電流輔助成形技術和電磁輔助成形技術的特點，及其在鈦合金薄壁板材成形中應用的研究進展。熱成形是鈦合金塑性加工應用最為普遍的成形工藝，利用高溫下鈦合金塑性變形軟化的特征，能夠實現復雜鈦合金零件的成形。脈沖電流和電磁輔助成形技術目前尚未開展大規模的產業應用，其在高強度難成形材料的成形加工方面具有潛在應用前景。

鈦金屬表面氣體元素擴散耐磨處理技術的發展

李爭顯, 張雪峰, 陳敏, 李偉, 羅小峰

2021, 42(6): 28-35. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.003

摘要(945) HTML (168) PDF(60)

摘要:
針對近年來鈦及鈦合金表面氣體元素擴散耐磨處理技術的研究進展進行了總結梳理。認為對鈦合金表面進行滲氧、滲氮和滲碳耐磨處理，都可以起到提高表面硬度，改善表面耐磨性能的效果，結合真空和等離子體等技術，可以使得擴散層厚度增加，但需要結合工藝選擇恰當的參數，不然會對材料力學性能帶來較大的影響。另外耐磨狀態是多樣的，沒有一種耐磨層能夠適合于所有的摩擦環境；同時現代的服役環境更趨于復雜，不僅要求耐磨，還有耐蝕、導電等其它功能方面的要求，這樣，就需要材料表面設計者，依據服役的苛刻條件，結合多場的相互作用關系，在現有表面技術的基礎上設計和創新。

鈦基復合材料耐磨性研究進展

鐘亮, 付玉, 徐永東, 宋運坤, 王蔭洋

2021, 42(6): 36-42. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.004

摘要(1508) HTML (216) PDF(91)

摘要:
鈦合金因具有高比強度、高比模量、耐腐蝕、耐低溫、無磁等性能特點而被廣泛應用。然而，與傳統鋼鐵材料相比，鈦合金存在彈性模量低、耐熱性能不足、耐磨性差等局限，阻礙其在航空航天、兵器行業等領域的推廣應用。與鈦合金相比，鈦基復合材料可將基體鈦合金高強塑性與增強體高模量、高耐磨的優勢相結合，具有比鈦合金更高的彈性模量、耐磨性及高溫性能，從而滿足一些高承載、抗沖擊、高耐磨和高溫抗氧化等極端工況條件下的使用要求。從鈦基復合材料發展歷程出發，對鈦基復合材料耐磨性研究進展加以概述，主要介紹了鈦基復合材料耐磨性表征方法和摩擦磨損行為，對鈦基復合材料良好耐磨性能、高耐磨鈦基復合材料的設計及TMCs表面耐磨改性技術進行闡述，最后進行總結與展望。

鈦合金焊接過程防氧化保護技術進展

樊立民, 耿乃濤, 楊柳, 武少杰, 程方杰

2021, 42(6): 43-50. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.005

摘要(1084) HTML (141) PDF(100)

摘要:
鈦及鈦合金綜合性能優異，但由于高溫活性強導致焊接氧化問題嚴重，特別是在很低的固態溫度下仍然吸收氣體影響焊接接頭質量，因此需要嚴格的焊接保護措施。在分析了鈦合金的氧化機理及特性的基礎上，系統總結了焊接過程中的各種防氧化保護措施和具體技術。詳細介紹了鈦合金長直焊縫、環形焊縫、空間不規則焊縫以及增材制造四種典型過程的防氧化保護問題，主要的防護措施有保護拖罩、封閉式充氬環境以及強制冷卻三大類。針對鈦合金長直焊縫局部氣體保護，一般形式為保護拖罩結合背面保護氣槽以及水冷措施；對于環形焊縫的背面保護方式，可以采用背面拖罩或者整體充氬保護的方法，其正面保護采用弧形拖罩即可；而不規則焊縫受限于空間形狀，焊接拖罩的方法不再適用，小尺寸構件可采用簡易充氬保護箱，大尺寸構件保護問題亟待解決；增材制造過程中的熱積累問題也對其保護形式提出了更高的要求，目前采用具有一定氣體挺度的層流惰性氣體和CO₂跟隨強制冷卻的方式取得了較好的效果。

含鈦高爐渣碳化過程鈦-渣分離研究

簡廷芳, 趙朗, 羅翔宇, 扈玫瓏

2021, 42(6): 51-58. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.006

摘要(851) HTML (148) PDF(115)

摘要:
高爐冶煉釩鈦礦過程產生了大量含鈦高爐渣，攀鋼針對渣中鈦資源的回收利用成功開發出了高溫碳化-低溫氯化工藝，但是該工藝存在碳化渣磨礦和氯化尾渣利用等技術性難題，還需要繼續探索綠色、經濟的處理方法。針對高溫碳化過程中Ti(C,N) 彌散分布的問題，提出高溫碳化過程加鐵富集Ti(C,N)的思路，試驗考察了鐵/渣（質量比）、生鐵添加批次、保溫富集時間及預配鐵量等因素對富集過程的影響。結果表明，熔渣中Ti(C,N)能聚集在熔鐵表面并隨其下沉至坩堝底部，水淬后附著有Ti(C,N)的鐵塊可與殘渣實現自然分離，按鐵/渣為1.50，在原料中預配15%鐵，1600 ℃保溫30 min后于30 min內分批向熔渣中加入鐵的富集效果較好，可將渣中Ti含量從13.79%降低到4.59%，Ti的回收率達到66.72%。

陰極結構對熔鹽電脫氧法制備金屬鈦影響及雜質研究

辛學松, 張強, 張姍姍, 張敏

2021, 42(6): 59-65. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.007

摘要(445) HTML (135) PDF(34)

摘要:
在高純氬氣氣氛下，在CaCl₂熔鹽中電解高鈦渣制備金屬鈦，研究了成型壓力與陰極片孔隙率的關系以及對電解過程的影響，并采用 XRD、 SEM等分析手段對陰極片及電解后的物相和微觀形貌結構進行表征。結果表明：成型壓力對陰極片孔隙率有直接影響，隨著成型壓力升高，陰極孔隙率下降；陰極片的孔隙率直接影響電脫氧過程，適當的孔隙率有利于形成中間產物CaTiO₃和提高電還原速率。4 MPa壓制的陰極1050 ℃燒結2 h，孔隙率為34.79%，電解12 h 產物氧含量降低至1.75%，鈦含量為95.72%，此時陰極片的電化學性能較好。

固溶溫度對Ti6Al4V ELI鈦合金顯微組織及性能的影響

冉興, 王哲, 李海賓, 呂志剛, 李培杰

2021, 42(6): 66-71. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.008

摘要(534) HTML (226) PDF(60)

摘要:
采用掃描電鏡(SEM)和金相顯微鏡(OM)研究了固溶熱處理對Ti6Al4V ELI鈦合金顯微組織的演變規律，以及顯微組織對力學性能的影響關系，結果表明：隨著固溶溫度的升高，Ti6Al4V ELI鈦合金初生α_p相含量降低，片層α相厚度和β晶粒尺寸均增加；鈦合金強度和塑性均隨著固溶溫度的升高而降低，在952 ℃固溶后時效，抗拉強度可達915 MPa，延伸率16.8%，斷裂韌性僅為84 MPa·m^1/2；在997 ℃進行固溶后時效，鈦合金抗拉強度降低至861 MPa，延伸率9.6%，斷裂韌性達115 MPa·m^1/2。在952 ℃進行固溶，Ti6Al4V ELI鈦合金為韌性斷裂，提高固溶溫度后合金呈韌脆混合型斷裂。

氫化鈦粉末冶金制備的近α型Ti-1100合金的高溫壓縮性能

樸榮勛, 朱文進, 呂順順

2021, 42(6): 72-77. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.009

摘要(730) HTML (155) PDF(200)

摘要:
以氫化鈦粉為原料，采用粉末冶金法-熱等靜壓法制備高溫鈦合金Ti-1100，并進行了等溫壓縮試驗，通過壓縮樣品應力應變曲線進行壓縮變形行為分析，再結合Arrhenius雙曲正弦本構模型建立熱壓縮本構方程。通過應力應變曲線分析，發現應變速率在0.01 s^?1時，所有樣品在加工硬化后均表現出穩態流變行為；而應變速率為1 s^?1、溫度在900 ℃或1 000 ℃時，流變應力隨著變形達到穩態流變狀態后，呈增加趨勢。應變速率為0.01、0.1、1 s^?1時的熱壓縮變形激活能分別為96、165、232 kJ/mol。硬度測試結果表明顯微硬度隨溫度和應變速率增加稍有降低趨勢，當溫度為950 ℃，應變速率為0.1 s^?1時，合金的硬度普遍較小, 熱加工性能最佳。

熱變形參數對鈦合金兩相區流變行為的影響

付文, 周曉鋒, 利成寧, 程方杰, 王東坡

2021, 42(6): 78-83. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.010

摘要(445) HTML (175) PDF(29)

摘要:
以熱軋態Ti80合金作為基材，在Gleeble-3500熱模擬測試機上進行高溫壓縮測試，變形溫度為800～1000 ℃，應變速率為0.01～10 s^?1，總變形比例為75%。結果表明：Ti80鈦合金在800～950 ℃時處于α+β兩相區，其流變行為受變形溫度和應變速率的顯著影響。Ti80鈦合金的加工硬化主要來自于初始α相中位錯密度的提高，變形溫度的提高會導致α相的減少，流變峰值應力不斷降低，過高的應變速率會導致α相內位錯運動受阻。Ti80鈦合金中的初始α相更容易發生動態回復和動態再結晶，隨著變形溫度的提高，初始α相不斷減少，動態軟化程度逐漸減小直至接近0。為保證鈦管熱軋的穩定性，應適當提高變形溫度，保證Ti80鈦合金熱變形組織具有較高的β相體積分數，同時避免應變速率過高造成軋制載荷過大。

多孔Ti-Nb合金材料的制備與性能研究

張美麗, 叱小彤, 周春生, 劉彥峰, 方琛, 鄭郭剛

2021, 42(6): 84-89. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.011

摘要(617) HTML (91) PDF(41)

摘要:
采用粉末冶金添加造孔劑法制備多孔Ti-Nb合金，研究不同Nb含量對合金物相結構、微觀孔隙形貌、孔隙率、抗壓強度及耐腐蝕性能的影響。研究結果表明：多孔Ti-Nb合金具有α和β雙相組織，隨Nb含量的增加，材料中的 β 相含量逐漸增大，Nb含量為25%～30%時材料的孔隙大小和分布較均勻，平均孔徑為300 μm左右；隨Nb含量的增加，材料的孔隙率隨之增大，徑向收縮率和抗壓強度逐漸減小，耐腐蝕性呈先增大后減小趨勢，在Nb含量30%時材料的耐腐蝕性最強，其孔隙率為33.6%，徑向收縮率為7.3%，抗壓強度為130 MPa。

原料粉末對NiTi的選區激光熔化成形件性能的影響

張亞偉, 施麒, 譚沖, 劉辛, 李貴發, 鄭海忠

2021, 42(6): 90-96. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.012

摘要(498) HTML (101) PDF(36)

摘要:
分別以Ni+Ti元素混合粉末和NiTi預合金粉末為原料，采用選區激光熔化工藝打印成形。重點研究了在相同打印工藝參數下原料粉末對成形件致密度、物相組成、顯微組織、顯微硬度的影響，從而反饋說明所用打印粉末對成形件性能的影響。結果表明：在相同打印工藝參數下，整體上NiTi預合金粉末成形件的致密度較高，而Ni+Ti 混合粉末成形件的顯微硬度較高。對于同一種粉末，隨著能量密度的增大，成形件的致密度先增大后減小，而顯微硬度先減小后增大。NiTi預合金粉末成形件有致密的微觀結構且相分布均勻，但存在少量孔隙。Ni+Ti 混合粉末成形件的微觀結構有和構建方向垂直的貫穿式裂紋以及不均勻的基體相，但幾乎沒有孔隙。

TC4-DT激光熔絲增材制造微觀組織與力學性能研究

張大越, 劉旭明, 張建, 李彬周, 趙陽, 王軍生

2021, 42(6): 97-101. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.013

摘要(480) HTML (159) PDF(53)

摘要:
激光熔絲增材制造技術在航空航天、海工船舶等領域應用前景廣闊。針對TC4-DT材料，在初步優化的工藝參數下，通過激光熔絲增材制造技術制備金屬試樣，并對試樣進行固溶-強化熱處理，研究激光熔絲沉積態及熱處理態的微觀組織、缺陷及室溫拉伸力學性能。研究發現，激光熔絲TC4-DT成形態組織為粗大的柱狀晶及針狀α?馬氏體，熱處理后轉變為等軸晶與柱狀晶的雙相組織，馬氏體分解為針狀α+β雙相組織，固溶-強化熱處理后拉伸力學性能與鍛件水平相當。

基于電子束增材制造的TC4鈦合金成形件熱處理性能研究

黃星光, 孫寶福, 孫國輝, 張建飛

2021, 42(6): 102-108. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.014

摘要(1102) HTML (134) PDF(51)

摘要:
將電子束選區熔化制備的試件增加熱處理工藝，利用掃描電子顯微鏡和金相顯微鏡研究了熱處理后TC4鈦合金試件的組織特征；并通過試件力學性能的變化，揭示了不同熱處理工藝選擇對電子束選區熔化成形產品的影響。結果表明：不論是空冷處理還是爐冷處理，試件在相變點溫度以下加熱其抗拉強度提升，在相變點溫度以上加熱其抗拉強度會下降。通過觀察微觀組織與分析拉伸斷口可知，TC4鈦合金試件在經過950 ℃和1 000 ℃熱處理的組織由于β相轉變為魏氏組織而抗拉強度下降；而加熱至850 ℃時由于未達到相變點溫度，其內部為網籃組織而性能穩定。恰當的熱處理工藝能使增材制造成形的TC4鈦合金的抗拉強度等力學性能更優。

熱壓溫度對TC4/Ta 層狀復合材料界面元素擴散行為及微觀結構的影響

余豪, 姜慶偉, 張曉青, 張守健, 張鳳珍

2021, 42(6): 109-114. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.015

摘要(594) HTML (112) PDF(33)

摘要:
在不同溫度下通過高溫熱壓復合制備了TC4/Ta/TC4層狀金屬復合材料(LMCs)，并討論了界面元素擴散行為、微觀結構隨熱壓溫度的變化關系。結果表明，在熱壓和保溫過程中兩組元元素在界面處發生了明顯的擴散行為，兩組元實現了良好的冶金結合。高溫熱壓促進了Al、V、Ti、Ta各元素在界面處的擴散，其擴散程度顯著影響了界面附近的顯微組織。每種元素的擴散深度與原子半徑緊密相關，隨著原子半徑減小，擴散行為發生的更為強烈。元素擴散行為導致界面附近鈦基體的相變溫度降低，在低于TC4相變溫度的950 ℃出現了網籃組織，隨著與界面距離的變化呈現不同的微觀組織形貌。

鈦箔表面二氧化鈦納米管的可控制備研究

范興平, 馬蘭, 楊成, 范維

2021, 42(6): 115-119. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.016

摘要(447) HTML (142) PDF(35)

摘要:
采用電化學陽極氧化法在金屬鈦箔表面制得了二氧化鈦納米管，通過調整陽極氧化電壓和時間，控制納米管的管徑及管壁尺寸，采用掃描電鏡（SEM）觀察了不同制備條件下得到TiO₂納米管陣列的微觀形貌，考察了氧化電壓及時間對納米管TiO₂納米管陣列形貌的影響；利用熱處理工藝調整二氧化鈦納米管的晶型，通過X射線衍射儀（XRD）對樣品晶型進行了表征。結果表明，以0.5%氟化銨的乙二醇水溶液作為電解液，在40 V電壓下氧化30 min，得到的TiO₂納米管整齊有序；經過450 ℃熱處理2 h，TiO₂納米管晶型由無定型態轉變為銳鈦礦型TiO₂，納米管出現小部分坍塌。

光響應型鈦基納米薄膜的制備及防腐性能研究

李文靚, 彭穗, 辛亞男, 唐敏

2021, 42(6): 120-132. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.017

摘要(539) HTML (85) PDF(46)

摘要:
基于企業生產研究背景與優勢，提出利用廉價且易得的鈦源（例如：TiOSO₄）材料為原料，采用反應簡單、操作便捷的sol-gel法在基材表面制備一層或多層納米級鈦基薄膜，研究鍍膜后基材在紫外光光照和暗態條件下的耐腐蝕能力，意圖通過鍍膜大幅度提高基材的耐腐蝕能力。通過選擇鈦源、沉淀劑、水溶膠的鈦濃度、絡合劑比例和反應溫度優化水溶膠制備工藝；同時研究不同濃度水溶膠的粘溫特性及采用水溶膠濃縮為干凝膠的方法對水溶膠中顆粒粒徑和形貌進行觀測，溶膠粒徑均小于50 nm。后期采用勻速提拉法在基板表面進行不同層數薄膜的制備，采用相應熱處理得到納米鈦基薄膜，并研究納米薄膜的形貌。最后將基片制作成電極浸漬在3.5%氯化鈉溶液中測試其防腐性能，制備納米薄膜表面顆粒粒徑均小于50 nm，五層膜厚度在1 μm左右。防腐性能測試結果表明在基材表面制備防腐薄膜提高了基材腐蝕電位、降低其腐蝕電流，在暗態條件下，相較基板的防護效率最高可達99.73%；在紫外光照下，相較基板的防護效率最高可達99.14%。同時通過暗態和紫外光照下的基板的開路電位分析，在紫外光照射下相對于暗態下的開路電位出現不同程度負移的情況，展現出薄膜具有光響應性。

高鹽廢水濃縮環境中的TC4鈦合金腐蝕研究

韓旭, 李強, 姜訓勇, 徐克

2021, 42(6): 133-137. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.018

摘要(509) HTML (125) PDF(40)

摘要:
從蒸汽機械壓縮技術（MVR）腐蝕環境角度，模擬高鹽廢水濃縮液開展了TC4材料耐腐蝕性能研究，通過微觀組織表征、腐蝕失重、縫隙腐蝕、電化學測試（開位電路、電化學阻抗以及動電位極化曲線測試）等腐蝕測試，證實了TC4合金的（α+β）雙相鈦合金，在各種高氯離子強度環境中的耐縫隙腐蝕能力較強，14 d全浸試驗沒有出現局部點蝕，最大腐蝕速率僅1 mg/(cm²·a)左右，遠低于2205雙相鋼在相同環境下的腐蝕情況。電化學測試結果也表明：TC4鈦合金在高氯離子強度溶液中，表面形成的惰性鈍化層生成迅速并保持穩定，對抑制材料表面腐蝕、縫隙腐蝕也有較明顯作用。TC4合金的高溫耐腐蝕性能適用于高鹽廢水環境，在MVR技術處理高氯含量工業污水方面有潛在應用價值。

航空航天用Ti60高溫鈦合金鑄錠制備工藝

郭杰, 岳顆, 胡釗華, 張天馨, 耿乃濤

2021, 42(6): 138-141. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.019

摘要(740) HTML (607) PDF(68)

摘要:
針對Ti60高溫鈦合金在熔煉工藝上的關鍵技術，選用等級較高的0A級軍工小粒海綿鈦以及合適的中間合金，采用真空自耗電弧爐熔煉，通過控制熔煉電流電壓等關鍵工藝參數，制備出?310 mm大型Ti60高溫鈦合金鑄錠。鑄錠表面質量良好，沒有出現冷隔和不到邊等缺陷。經檢測，各合金元素在鑄錠上均勻分布，雜質元素含量以及分布控制較好，系統研究了以中間合金方式添加的Nb、Ta、Mo等高熔點元素以及低熔點元素Sn的配入方式和熔煉電流、熔煉電壓等工藝參數對合金鑄錠的成分均勻性以及缺陷控制的影響。此鑄錠通過后續工序所制出的鍛件，經過力學性能以及超聲探傷，均達到了行業要求。

氧含量對TC4 ELI鈦合金棒材組織及力學性能的影響

馬蘭, 楊紹利, 李俊翰, 鄒新毅, 萬鑫

2021, 42(6): 142-146. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.020

摘要(1041) HTML (185) PDF(83)

摘要:
采用自主制備的兩種氧含量的TC4合金鑄錠，通過開坯-鍛造-退火等工藝制備出間隙元素含量遠遠低于GB/T 13810—2017及UNS R56401要求，性能優異的TC4 ELI鈦合金棒材。通過化學分析、金相顯微鏡、拉伸試驗和掃描電鏡研究其性能，結果表明，經過開坯-鍛造-退火，鈦合金棒材氧氮氫等間隙元素含量較鑄錠有較明顯降低，其中氧含量均低于0.07%。棒材的力學性能受氧含量影響不大，強度及塑性較高，靜態拉伸呈塑性斷裂，棒材顯微組織主要為均勻細化的等軸組織、雙態組織及網籃組織。

熱處理制度對汽車用TC6鈦合金組織及性能的影響

李廣德, 王瑛, 李偉倫

2021, 42(6): 147-152. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.021

摘要(482) HTML (116) PDF(14)

摘要:
采用四種不同熱處理制度對汽車用TC6鈦合金棒材進行了等溫退火試驗，并進行了試樣顯微組織、耐磨損性能和耐腐蝕性能測試與分析。結果表明，采用“870 ℃保溫1.5 h，爐冷至600 ℃保溫2 h，空冷”熱處理制度（1^#試樣）時，合金的耐磨損和耐腐蝕性能最差；采用“900 ℃保溫1.5 h，爐冷至600 ℃保溫2 h，空冷”熱處理制度（2^#試樣）時，合金的耐磨損和耐腐蝕性能最佳；采用“920 ℃保溫1.5 h，爐冷至600 ℃保溫2 h，空冷” （3^#試樣）和“900 ℃保溫1.5 h，爐冷至620 ℃保溫2 h，空冷” （4^#試樣）時，合金試樣的腐蝕電位和耐腐蝕性能介于上述二者之間。與1^#試樣相比， 2^#試樣的磨損體積減小8×10^?3mm³、腐蝕電位正移53 mV。

放電等離子燒結法制備TiC/SiC復合增強材料的研究

劉小紅, 王艷鳳, 曹永娣, 劉建秀, 王兵維

2021, 42(6): 153-157. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.022

摘要(458) HTML (117) PDF(37)

摘要:
采用放電等離子燒結工藝，將不同用量的納米SiC粉末與TiC顆粒相復合制備力學增強材料。分別對不同SiC粉末含量的試樣進行SEM表征，對質量分數10%SiC的復合試樣進行XRD測試。并著重分析探討了SiC對復合材料在斷裂韌性、導電性方面的影響及TiC對復合材料在材料密度和硬度方面的影響。結果表明：該復合增強材料內部晶粒細密化程度較高，結構缺陷度較低，SiC與TiC相容性優異。質量分數10%SiC樣品中的各組分含量占比與XRD分析測試結果相一致，雜質衍射峰基本沒有出現。SiC的加入對于復合材料斷裂韌性和導電性的提升效果較為顯著，30%SiC樣品的斷裂強度比單純TiC材料高116%，平均電導率高約100倍。TiC的加入對于材料密度和硬度的提升作用較為良好，當TiC/SiC的含量之比為1.3∶1時，密度和硬度均達到最大值，分別為4.3 g/cm³和68.3HRA。試驗結果基本符合預期。

高強鈦合金TIG焊接工藝研究

馮靖, 樊立民, 耿乃濤, 楊柳, 武少杰, 程方杰

2021, 42(6): 158-163. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.023

摘要(703) HTML (162) PDF(78)

摘要:
采用一種新型Ti-V-Mo系高強鈦合金，通過TIG自動送絲和手動填絲兩種方式進行了焊接工藝試驗，對焊接接頭的成形、組織和力學性能進行了分析測試。結果表明：兩種焊接方式下的焊縫外觀成形都很美觀，沒有飛濺和咬邊等缺陷，焊道表面呈銀白色；母材是一種等軸α相含量較高的雙態組織，熱影響區晶粒十分粗大，內部主要是針狀α'相，焊縫區晶粒也十分粗大，主要由層片α相轉變組織構成，含有少量針狀α'相；自動送絲TIG和手動填絲TIG的接頭抗拉強度分別為822 MPa和612 MPa，熱影響區的沖擊吸收功分別達到了72.2 J和84.9 J，表明該鈦合金在TIG焊接工藝下，熱影響區具有良好的韌性特征。

TC4鈦合金MIG焊接頭熱處理后組織性能研究

何逸凡, 陳東高, 張龍, 王大鋒, 邵志文, 馬良超

2021, 42(6): 164-170. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.024

摘要(856) HTML (121) PDF(80)

摘要:
對TC4鈦合金MIG焊焊接接頭進行焊后熱處理，采用盲孔法、拉伸、沖擊、金相、掃描等方法對接頭進行試驗與分析，研究不同熱處理工藝對殘余應力、組織和力學性能的影響。結果表明：焊接接頭經焊后熱處理，橫向殘余應力和縱向殘余應力平均值最大降為74.2 MPa和70.1 MPa；未熱處理接頭母材區為α+β片層組織，焊縫區為α'針狀馬氏體組織，熱影響區為α和α'混合組織。熱處理后，隨著熱處理溫度和時間的增加，焊縫組織中的針狀α'馬氏體粗化，晶粒尺寸增加；未熱處理接頭焊后拉伸斷裂位置為母材處，接頭強度高于母材。在650 ℃+2 h的熱處理工藝下，接頭延伸率較未熱處理狀態提高，斷裂方式為韌性斷裂，保溫時間延長至3 h，晶粒粗大、延伸率降低。接頭室溫沖擊功焊后狀態能夠達到母材的95%，經焊后熱處理后接頭得到軟化，室溫沖擊功相比焊后狀態有所下降。

TA1中厚板電子束焊接組織性能及接頭強化原因分析

白威, 李大東, 董雪嬌, 陳容

2021, 42(6): 171-177. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.025

摘要(721) HTML (127) PDF(330)

摘要:
采用真空電子束焊對30 mm厚TA1工業純鈦試板開展焊接試驗，結合光學金相顯微鏡（OM）、維氏硬度、拉伸試驗及電子背散射衍射（EBSD）對接頭進行宏微觀組織性能檢驗，分析電子束焊接過程對TA1材料微觀組織與力學性能的影響及接頭強化原因。結果表明：電子束焊接熱循環過程使TA1母材至焊縫組織由等軸α向鋸齒α轉變；焊縫及熱影響區的強度、硬度均高于母材；接頭性能得到強化與鋸齒α及針狀α馬氏體對硬度的提升作用、焊縫及熱影響區內細小的鋸齒狀α晶粒以及微細孿晶對焊接組織的細化作用有關。

TC4/6061異種金屬電阻點焊接頭組織與性能研究

陳今良, 馬巍, 李小兵

2021, 42(6): 178-183. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.026

摘要(703) HTML (151) PDF(27)

摘要:
采用2 mm厚的TC4鈦合金和1.5 mm厚的6061鋁合金進行電阻點焊，研究焊接熱量與時間對接頭拉剪力與熔核直徑的影響，觀察接頭斷裂特征并對接頭進行了顯微組織分析。試驗結果表明：熱影響區和熔核區的晶粒尺寸相對母材區變得粗大，靠近熔核的6061側熱影響區出現晶粒長大，TC4側組織出現了細小的針狀α'馬氏體組織，并呈一定位向排列。隨著焊接熱量的增加，接頭的拉剪力和焊核直徑逐漸增加，隨著焊接時間增加，接頭的拉剪力和熔核直徑先增加后減小；當Q=600 J時，接頭的拉剪力最高，為1.17 kN。接頭靠6061側顯微硬度無明顯變化，靠TC4側熔核區與熱影響區硬度分布不均勻，當Q=550 J，t=10 s時硬度分布較理想。試驗數據為鈦/鋁異種金屬點焊提供理論指導。

TiAl合金建筑材料焊后熱處理組織及性能研究

廖晨雅, 黎姝洵

2021, 42(6): 184-190. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.027

摘要(473) HTML (97) PDF(34)

摘要:
對建筑用TiAl合金電子束焊接接頭進行了兩種熱處理試驗研究,借助金相顯微鏡(OM)分析了接頭不同區域的顯微組織，并對焊接接頭進行顯微硬度測試，分析了兩種熱處理方式對建筑TiAl合金焊接接頭組織及硬度帶來的變化。研究表明，TiAl合金電子束焊接后焊縫組織主要為α₂相，B相與O相。焊接接頭局部熱處理后接頭硬度較高的區域有所增加，但整體呈下降趨勢；熱處理后，TiAl合金電子束焊接后合金焊縫區的B2相尺寸減小，但B2相分解的O相板條尺寸變大。整體熱處理后焊接接頭的顯微硬度整體有所降低。兩種熱處理均能降低焊縫區顯微硬度，并分布較為平穩。

基于步進式加熱爐的鈦坯加熱過程溫度場研究

向國進, 羅許, 耿乃濤, 張安康, 李俊洪, 于輝

2021, 42(6): 191-198. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.028

摘要(841) HTML (136) PDF(46)

摘要:
基于某鋼廠的蓄熱室步進式加熱爐，以爐內的TA1鈦坯為研究對象，建立傳熱的數學模型和加熱過程的有限元模型，開展鈦坯在爐內加熱過程中的溫度分布研究。研究爐膛溫度和鈦坯入爐溫度對鈦坯加熱過程中最大斷面溫差的影響，以及預熱段溫度和一加熱段溫度對滿足出爐要求鈦坯芯部溫度的加熱時間影響。結果表明：鈦坯經過預熱段和加熱段加熱時，其最高溫度一直位于端面角部，最低溫度位于鈦坯芯部，而經過均熱段后，角部溫度最低。預熱段溫度每升高5 ℃，最大斷面溫差增加1～2 ℃，鈦坯入爐溫度每升高50 ℃，最大斷面溫差減小3～8 ℃；預熱段溫度每升高10 ℃，芯部溫度滿足出爐要求的時間減少1～2 min，一加熱段溫度每升高10 ℃，芯部溫度滿足出爐要求的時間減少4～6 min。

高鈦鋼板坯連鑄凝固傳熱與壓下量數值計算研究

吳晨輝, 謝鑫, 李陽, 張敏, 吳國榮, 曾建華, 何為

2021, 42(6): 199-205. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.029

摘要(489) HTML (127) PDF(29)

摘要:
高鈦鋼具有較高的耐磨性、韌性、強度及晶間抗腐蝕性，已得到較普遍應用。針對高鈦鋼板坯連鑄過程凝固傳熱與理論壓下量開展了數值計算研究，結果表明：拉速1.0 m/min時，高鈦鋼在結晶器出口位置坯殼厚度約15 mm，凝固終點距彎月面約20.4 m，兩相區長度約10.8 m，拉速每增加0.1 m/min，結晶器出口坯殼厚度減小約0.2 mm，凝固終點向后移動1.7 m，兩相區長度增加約0.9 m，不同拉速時，補縮兩相區凝固收縮所需理論壓下量基本相同，約為2.2 mm。

基于應力三軸度的TA18鈦合金損傷失效研究

張天文, 王瑩, 李偉, 江健, 彭力, 于輝

2021, 42(6): 206-212. doi: 10.7513/j.issn.1004-7638.2021.06.030

摘要(907) HTML (241) PDF(82)

摘要:
對TA18鈦合金材料設計不同缺口尺寸的拉伸試樣，進行不同應力狀態下的室溫拉伸試驗及斷口形貌觀察，通過試驗和數值計算結合的方法研究TA18鈦合金的韌性斷裂特性，分析了應力狀態對微觀斷裂機制的影響規律。利用Bridgman正向計算法修正頸縮失穩后的應力數據，建立了TA18鈦合金的Johnson-Cook(J-C)本構模型，計算了拉伸試樣的平均應力三軸度和斷裂應變，回歸確定了TA18鈦合金損傷失效模型。結果表明：不同應力狀態下的TA18鈦合金斷裂應變各不相同，斷裂應變隨著應力三軸度的增大而減小，斷口韌窩尺寸與應力三軸度呈正相關關系，所建立的損傷失效模型能夠描述該材料的斷裂特性。

留言板

2021年第42卷第6期

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