微量Ni对增材制造新型钛合金的组织演变和强韧化的影响机制研究
批准号:
52101045
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
刘仕龙
依托单位:
学科分类:
金属材料制备与加工
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘仕龙
中文摘要
利用强共析元素Ni可将增材制造钛合金的粗大柱状晶转变为细小等轴晶,但共析产物Ti2Ni会损害钛合金的塑韧性。利用选择性激光熔化(SLM)技术,在含微量Ni (0.4 wt.%)的新型Ti-Ni合金中可获得高强韧马氏体组织。本项目拟研究微量Ni对SLM Ti-Ni组织演变的影响规律,探索过饱和固溶Ni的调控极限和Ti-Ni的强韧化极限。揭示Ni含量和Ni偏聚对钛合金马氏体相变的影响机制和超细化马氏体的形成机制。研究微量Ni在钛合金中的强韧化效果,探索过饱和固溶Ni的强化极限、及其对位错运动和孪生行为的影响机制,探索超细化晶粒对强韧性的提升规律,探索回火马氏体中Ti2Ni析出的强化效果。最终提出增材制造新型钛合金的Ni微合金化原理,及其组织性能调控原理,为制备高强韧钛合金探索新途径。
英文摘要
Eutectoid forming elements, Ni, which could turn coarsen columnar crystal into equixed fine grains. But could generate brittle Ti2Ni and lower ductility and toughness. High strength-tough nickel-microalloyed titanium was produced by selective laser melting and obtained martensitic microstructure. This project was proposed to study the microstructural evolution of the nickle-microalloyed titanium, and explore the limitation of solubility of nickel in titanium and best mechanical properties of titanium alloy. Study the influences of Ni content and Ni segregation on the martensitic transformation, and reveal the refining mechanism of nickle-microalloyed titanium. Study the effect of Ni for the improvement of strength and toughness. Explore the solution strengthening of Ni and precipitation strengthening of Ti2Ni. Study the influences of Ni for the motion of dislocation and twinning is α’-Ti. Developing a new microalloying theory for the additive manufacturing of titanium alloys, developing tailoring method of the microstructure and mechanical properties, and find a pathway for a new kind of high strength-tough titanium alloy.
钛合金在航空航天、医疗、海工等领域有广泛的应用前景。基于增材制造的工艺特点探索钛合金的合金化,并研究其强韧化手段和机制极其重要。本项目研究了微量Ni对于增材制造钛合金晶粒细化和析出强化的作用,是对新型增材制造钛合金的积极探索。通过本项目研究发现,由于Ni在钛合金中的扩散速率非常高、且Ti2Ni析出的孕育期极短,导致只能在超快冷速下才能在α-Ti中获得过饱和的Ni,并且Ni容易在α-Ti板条边界处偏聚。Ti2Ni主要在晶界形核,在α-Ti晶粒内部未观察到Ti2Ni析出相。Ti2Ni析出相的晶体结构为FCC,晶界处的Ti2Ni析出相不能与周围的α基体同时满足共格关系,但是与部分相邻的α基体之间满足共格取向关系:[114]Ti2Ni//[-2110]α。含Ni钛合金中α-Ti板条与母相β之间的取向关系与纯钛相似:{0001}α//{110}β,<1120>α//<111>β,为伯格斯关系。在Ti-0.4Ni和纯钛界面处发现,一个β晶粒内部存在含Ni和不含Ni的区域,分别转变为不同尺寸的α-Ti板条,Ni能够显著细化α-Ti板条。Ti2Ni析出的析出温度区间大,在300℃和600℃范围内均能获得优异的析出强化效果,且能保持较高抗回火能力。随着回火温度的提高和回火时间延长,α-Ti板条和Ti2Ni析出相会同时发生粗化,粗化后的α-Ti板条仍与母相β保持共格关系,说明这一粗化过程不是再结晶过程,而是靠晶界迁移。增材制造Ti-0.4Ni在300℃回火后获得了最佳的强塑性匹配,屈服强度达到890MPa,抗拉强度949MPa,总延伸率8.2%,随着回火温度提高,组织粗化后,强度和延伸率均有降低,说明均匀细化的Ti2Ni析出相和α-Ti板条更有利于获得高强韧性。综上所述,Ti2Ni析出相的调控必须在增材制造钛合金中实施,且具有优异的强化效果。后续研究重点应聚焦Ti2Ni析出强化与其他强韧化机制的耦合,合理的合金化设计与工艺调控是下一步应用研究应重点关注的问题。
特殊透平用高疲劳性能大型闭式叶轮LPBF打印关键技术原理的研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:0.0万元
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批准年份:2025
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负责人:刘仕龙
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依托单位:
国内基金
海外基金