您当前的位置:首页 > 发表论文>论文发表

中国有色金属学报钛金属

2023-02-11 09:30 来源:学术参考网 作者:未知

中国有色金属学报钛金属

摘 要:自剑桥大学D J Fray等人发表以TiO2直接电解提取钛(即FFC法)的论文后,研究由氧化物直接电解制取钛成为热潮。根据国内外已发表的相关研究论文,结合相关的研究成果,对电解法制取钛的研究进展进行简要总结。

关键词:FFC法;OS法;USTB法;EMR/MSE法;PRP工艺

引言

钛具有密度小、比强度大(强度与密度之比)、耐腐蚀、无毒、温度适应范围广的优良性质,而且钛矿藏储量丰富,地壳中钛的含量约为0.46%,在结构金属中居第四位,仅次于铝、铁、镁,它是当代最具技术魅力的金属材料。但钛与氧的亲和力较强,两者之间不仅会生成化合物,而且还能形成多种固溶体。当钛中的氧、氮的含量只为百分之几时,即足以使钛合金变脆,所以工业中对钛的纯度要求很高,导致制备钛的工艺比较复杂,如何在现有技术的基础上发展一种提取钛的经济有效的方法成了国内外专家关注的焦点

1 FFC 法的研究进展

1.1 FFC法简介

英国剑桥大学科学家Fray等人提出了熔融盐电解TiO2制备金属钛的FFC法[1]。方法一经提出便引起世界钛冶金科研工作者的广泛关注[2]。FFC 方法采用直接电化学还原,在无水CaCl2融盐中电解TiO2得到海绵钛,此方法已在实验室取得成功。FFC法有着成本低、产品质量高、周期短应用范围广等特点,是一种清洁的绿色生产工艺。

1.2 FFC法工艺过程

FFC法具体工艺过程是:将TiO2粉末压制成形,烧结后作为融盐电解槽阴极,石墨作阳极,以CaCl2融盐作为电解质,置于钛或石墨坩埚中,在800℃~1000℃下进行电解,所加电压为2.8V~3.2V,当电流通过时,阴极TiO2电离出氧离子,发生还原反应;而在阳极上,发生氧化反应,氧元素与碳结合生成CO2在阳极区放出,金属钛则留在阴极,从而得到的金属钛,其组织结构与镁热法生产的粒状、多孔的海绵钛一样,整个工艺过程中不存在液态钛或离子态钛。

电解反应如下:

阴极还原反应:TiO2+4e=Ti+2O2-

阳极氧化反应:2O2--4e=O2

总反应:TiO2=Ti+O2

电解简图如图1 所示:

1.3 FFC法的优点:

(1)工艺过程简单。原料和设备不需要什么特殊要求,流程短易操作。传统方法生产Ti时需要进行真空精练才能得到纯Ti;而采用FFC法生产,可以直接得到纯净的Ti,甚至用它可以直接生产出半成品的Ti产品[3],缩短了生产周期。

(2)反应温度低,一般在800~1000℃。表1列出了一些金属单质和合金的传统制备方法[4],这些方法大部分需要反应物在熔融态开始反应,其反应需要的温度较高。这不仅需要消耗很多的能量,而且高温对设备的要求也很严格,生产成本也会增加。

表1一些金属或合金的传统制备方法

合金应用传统制备方法

Nb3Sn,NbTi超导体熔融法,粉末冶金法

Nd-Fe-B,Sm-Co永磁体熔融法,粉末冶金法

Al,Mg,Be,Ni,Co结构合金熔融法

Ti,Ta,Co医学熔融法,粉末冶金法

Pt,Pd催化剂熔融法

(3)产物纯度高、杂质含量低,产品的形貌和粒度颗粒大小可以控制。如果能控制好电解时的工作电压以及电解时间,就可以使产物的氧含量降到很低,得到产品需要的形貌和颗粒大小。如FFC法制备的Ti产物氧含量仅为:200×10-6[5]。FFC法生产过程中可能污染产物的只有电解质熔盐CaCl2和NaCl,经过水洗可以将熔盐溶掉。

(4)生产成本低,原料易得,电解质廉价。电解所需要的CaCl2和NaCl熔盐廉价易得,而该工艺一般反应的温度低,也是降低成本的一个方面。而且该工艺可以省去铸造、机械加工等昂贵的加工工程,因此可以节省大量的生产成本。据报道,采用FFC法生产钛,其成本可以降低到仅为Kroll法的1 /2[3,6,7~9]。

(5)FFC法可以用于制备其它方法难以生产的金属或合金,如TiNi记忆形状合金。生产这种合金由于原料成分的配比和合金密度很难控制,不易生产。如果采用FFC法则简单多了,只要在制作阴极片时根据所需合金成分来配比原料中TiO2和NiO2的量,通过电解就可以获得事先要求成分的合金。又如W-Al合金,由于钨的熔点高于铝的沸点,所以采用传统方法制备极其困难,而利用FFC法制备这种合金就会变得很简单。

(6)FFC法被称为绿色环保工艺,而且可以实现连续化生产,不像Kroll法制备金属钛过程中出现的Cl2和TiCl4这些强腐蚀性的化学物质,是一种绿色环保工艺。

1.4 FFC法目前还存在一些需要解决的问题:

(1)FFC法的电解脱氧机理还不是非常清楚,而且电解过程中的热力学和动力学问题需要进一步研究。要探讨影响电解工艺条件,以及在电解过程中如何控制这些条件使产物达到设计的要求。

(2)FFC法的电解脱氧过程效率很低,如采用FFC法电解一个几克的Nb2O5阴极片需要48h才能使其残余氧含量降低到3000×10-6[10]。如果进行较大规模的电解生产,要使产品中的氧含量降至较低的值,可能就需要更长的时间。所以如何提高电解效率,缩短电解时间是一个关键技术。

(3)在合金制备过程中,还有许多问题需要解决,比如合金中不同金属的脱氧、金属合金化,以及合金成分的均匀化等问题还需要进一步的研究。

(4)最关键的一点就是解决扩大化生产中遇到的问题。虽然工艺比较简单,设备操作方便,但是针对大规模生产能否重现实验室中理想的结果,以及如何生产出合格的产品,还需要更多的资金和人力去研究探索。

2 OS法

2.1 OS法简介

针对FFC法,日本Kyoto大学的One和Suzuki在2002年钛协会年会上首次提出了OS法[11]。其实质仍为CaCl2熔盐电解,是一种在CaCl2熔盐中钙热还原TiO2的工艺。

2.2 OS法工艺过程

其主要反应过程如下:在900℃时,CaCl2可以分别溶解摩尔分数为3.9%和20%的Ca和CaO。当电解电压在CaO分解电压(CaO在CaCl2中的电解电压只有1.66 V )以上并在CaCl2分解电压(CaCl2的电解电压为3.2 V)以下时,Ca2+在阴极被还原为金属Ca,阳极相应产生O2。如果阴极掺入了TiO2颗粒,将会得到含氧量很低的金属Ti。其电极反应为:

阴极反应:Ca2++2e→Ca

阳极反应:C+2O2-→CO2+4e

总反应:TiO2+2Ca→Ti+2O2-+2Ca2+

据称,此方法可大幅度降低生产成本,并用来生产钛粉,与FFC工艺有相似的优缺点。其实验简图如图2 所示。

3 USTB工艺

3.1 USTB工艺介绍

由北京科技大学(USTB)研究团队提出的可溶阳极熔融盐电解的方式(USTB新型清洁钛提取技术)较好地解决了产品质量、稳定运行和规模扩大的问题(授权专利号:ZL200510011684.6)。这种新型清洁钛提取冶炼新工艺以二氧化钛和碳为原料在1500 ℃左右的温度下碳热还原制备出导电性良好的碳氧化钛(TiCxOy)[13],并以此为阳极在400~1000℃的熔盐体系中电解,阴极上得到的碳和氧含量均低于5×10-4的金属钛(图3)

该方法主要分为TiC·TiO 固溶体的制备与TiC·TiO 固溶体的熔融盐电解制备金属钛两个过程。可溶性固溶体的制备TiO2与C粉或TiO2与TiC按摩尔质量比为1:2充分混合后,在2940~9800N/cm2的压力下压制成型,然后在1273~1673K 温度下真空烧结4h制得[14-15]。电解过程以烧结成型固溶体为阳极,碳钢棒为阴极,NaCl-KCl 共熔盐为电解质,在1073K温度下电解制取金属钛。其反应过程如下:

阳极反应:TiC·TiO→2Ti2++CO+4e

阴极反应:Ti2++2e→Ti

3.2 USTB新型钛提取技术优势

(1)碳热还原工艺简单,还原效率高,以钛物料和碳质还原剂为原料能够实现低成本制备TiCxOy;

(2)原料适应性好,钛物料可为各类氧化钛、富钛料及复合矿;

(3)TiCxOy为阳极材料,电解过程中碳、氧结合为气体从阳极界面释放,无阳极泥产生,残极回收率高;

(4)原料和产品分别在阳极和阴极,可以通过更换电极实现连续化生产。通过USTB新型清洁钛提取技术有望将金属钛的生产成本降低到现行工业化方法(Kroll法)的60%左右,被冶金业内研究者认为是最有希望实现工业化生产金属钛的新方法。

4 EMR/MSE法

4.1 EMR/MSE法简介

EMR/MSE 法是EMR 与MSE 法的联合方法[16]。IIPark 等人[17]为了降低还原产物中杂质的含量,研究出了EMR法;Suzuki在OS法基础上提出制取金属钙的MSE法。

4.2 EMR/MSE法工艺过程

EMR/MSE法是将盛有TiO2粉末或成型体的不锈钢容器沉浸在熔融CaCl2中,采用钙镍液态合金由EMR法制取金属钛,并通过MSE法电解溶解在熔盐中的副产物Ca2+再次合成钙镍合金,为后续反应提供还原剂。其中分别包括还原槽(EMR)反应和电解槽(MSE)反应,在还原槽(EMR)反应中二氧化钛与钙反应生成钛;在电解槽(MSE)反应中钙离子被电解还原成金属钙,还原槽生成的氧离子转移到阳极上与碳生成碳氧化合物。EMR 法工艺流程主要包括以下几步:

1)电解实验前将作为电解质的无水CaCl2在真空装置中干燥12 h(473K);

2)1173K 时将TiO2在氩气保护气氛下电解,TiO2的还原过程主要是通过还原剂合金释放的电子来完成的;

3)还原结束后,将不锈钢容器从反应器中拿出,用蒸馏水浸泡24 h以便溶解CaCl2,实验结束后用用醋酸和盐酸过滤得到钛粉;

4)用蒸馏水、酒精和病酮漂洗,最后在真空容器中干燥,最终可得到金属钛。其电极反应为:

阴极还原反应:TiO2+4e→Ti+2O2-

阳极氧化反应:2Ca→2Ca2++4e

总反应:TiO2+2Ca→Ti+2Ca2++2O2

电解装置简图如图4 所示:

EMR/MSE 法的主要特点是TiO2不与还原剂直接进行物理接触,而是通过熔融CaCl2传导还原剂释放的电子给TiO2阴极。这不仅有效控制了杂质在产物中的积累,大大提高了能量利用率,而且还实现了金属钛还原过程与还原剂钙镍合金制备过程的独立进行。与Kroll法相比,EMR/MSE 法可以在保证较低产品杂质含量的情况下实现半连续化生产金属钛粉。但是,EMR/MSE法同样面临着产物与熔盐难以分离的问题。

5 PRP工艺

5.1 PRP工艺介绍

PRP工艺是Okabe在直接气相还原TiO2粉末的基础上提出的一种预成型气相钙热还原制备金属钛的改进方法[18-19]。

实验中,首先将TiO2粉末、助焊剂(CaCl2,CaO)、粘结剂(火胶棉)按适当比例混合充分后预制成一定的形状,在1073 K下烧结成型,然后置于密闭不锈钢容器中,在1073~1273 K温度下用钙蒸气进行还原,最后产品进行酸洗和真空干燥得到金属钛。反应过程钙蒸气渗入预制体中与TiO2反应生成海绵钛与CaO。反应过程见图5

为了更好地优化PRP工艺,科研工作者进行了广泛的研究。贾金刚等人[20]通过研究得出CaCl2对钙蒸气还原TiO2发挥着不可或缺的作用,预制品中的CaCl2在高温烧结过程中有水蒸气逸出并产生气孔,从而促进钙蒸汽进入预制品与TiO2充分接触,有利于还原反应的进行。万贺利等人[21-22]通过对实验影响因素分析得出,当TiO2与CaCl2质量比为4:1、钙蒸气还原时间6 h、反应温度在1273 K时,可得到平均纯度在99.55%的钛粉。PRP工艺的优点在于可有效地控制产物的纯度与形态生产规模可灵活控制,非常适合生产粒径均匀的钛粉。采用钙蒸气还原预制品,且预制品与反应容器无物理接触,使产品杂质沉积少而且更易于分离。但是,还原剂成本较高是PRP 工艺一直未实现工业生产的主要原因。

5 结语

金属钛凭借优异的性能,使其成为可取代铁、铝的21世纪金属,但由于目前世界上普遍采用的Kroll 法存在工艺流程复杂、生产周期长、成本高等缺点,使得钛的应用受到了极大的限制。FFC剑桥法,采用TiO2直接熔融盐电解法,缩短了工艺流程,但存在生产条件苛刻和电解电流效率低的不足,还有待进行深入研究。

EMR/MSE法较OS法提高了产物纯度与能量利用率,但产物与熔盐电解质的分离仍然非常困难。PRP工艺主要缺点是还原剂成本太高,一旦能够实现还原剂的低成本生产,PRP法无疑将成为最有可能实现规模化生产的金属钛制备新工艺。USTB工艺既克服了FFC剑桥法电流效率低的缺点,又充分保证了钛的纯度,仅通过更换电极便可完成产物与熔盐电解质的分离实现连续化生产,是目前最有望实现工业化生产的钛制备工艺。目前,工艺流程短、生产成本低、生产连续化是钛生产工艺的主要发展方向,USTB工艺和PRP工艺实现了实验室条件下低成本、短流程生产,经过工业化放大试验与研究后,很有可能取代传统的Kroll法,实现金属钛制备技术的跨越式发展。

参考文献

[1] Chen G Z ,FrayD J , Farthing T W. Direct electrochemical reduction of titanium dioxide totitanium in molten calcium chloride [J] . Nature , 2000 , 407 : 361-364 .

[2] 刘喜波,罗志涛,高贵华,等.熔盐电解法.

[3] 陈远望.英美联合推进FFC———剑桥法的工业化生产.世界有色金属, 2003 , 12:57 .

[4] Fenn Andrew J , Cooley Graham,et al.Exploiting the FFCCambridge Process.Adv Mater Proce , 2004 , 162(2):51 .

[5] 刘美凤,郭占成.金属钛制备方法的新进展.中国有色金属学报, 2003 , 13 (5) :1238.

[6] 苏鸿英.世界钛工业简介.世界有色金属, 2004 , 7:46 .

[7] 高敬,郭琦.降低钛生产成本的工艺———电解法.稀有金属, 2002 , 26 (6) : 483.

[8] 高敬,屈乃琴.海面钛生产工艺概述.钢铁钒钛, 2002 , 23 (3) : 44.

[9] 杨遇春.钛材降低成本的途径.宇航材料工艺, 2004 , 1:23 .

[10] 刘永忠,郭有仪,郁永章.冷冻干燥过程的计算模型及其应用.西安交通大学学报, 1999 , 33 (12): 61 .

[11] 韩庆文等.降低制备金属钛成本概要[J].稀有金属快报, 2004 , 23 (8) : 7 .

[12] 韩庆文等.降低制备金属钛成本概要[J].稀有金属快报, 2004 , 23 (8) : 7.

[13] 龙翔,李保金,汪云华,等.熔盐电解TiO2制取钛金属工艺研究进展[J] . 材料导报,2013 (S2) :78-82.

[14] Jiao S , Zhu H . Novel metallurgical process fortitanium production [J]. Journal of Materials Research , 2006 , 21 (9) :2172-2175 .

[15] Jiao S , Zhu H . Electrolysis of Ti2CO solidsolution prepared by TiC and TiO2[J]. Journal of Alloys andCompounds , 2007 , 438 (1) : 243-246.

[16] 尚青亮,刘捷,方树铭,等.金属钛粉的制备工艺[J]. 材料导报:纳米与新材料专辑,2013,27 (1) :97-100.

[17] Park I I,Abiko T , Okabe T H. Production of titaniumpowder directly from TiO2in CaCl2through anelectronically mediated reaction (EMR) [J]. Journal of Physics and Chemistry ofSolids , 2005 , 66 (2) : 410-413.

[18] Okabe T H , Oda T , Mitsuda Y . Titanium powderproduction by preform reduction process (PRP) [J]. Journal of Alloys andCompounds , 2004 , 364 (1) : 156-163.

[19] 洪艳,沈化森,曲涛,等.钛冶金工艺研究进展[J] . 稀 有金 属, 2007 , 31 (5) : 694-700.

[20] 贾金刚,徐宝强,徐敏,等.真空钙热还原二氧化钛制备钛粉的研究[J].钢铁钒钛,2013, 34 (2) :1-6.

[21] 万贺利,徐宝强,杨斌,等.真空钙热还原法制备金属钛粉的研究[J]. 真空科学与技术学报,2012 , 32 (6):539-544.

[22] 万贺利,徐宝强,戴永年,等.钙热还原二氧化钛的钛粉制备及其中间产物CaTiO3的成因 [J]. 中国有色金属学报,2012 , 22 (7) : 2075-2081

.

有关Ti合金(TC18)高温蠕变实验数据的确定

你的问题在这里可能是找不到答案的 【太专业了】
提供一个我个人处理这类问题的方案供参考:
我会在TC18适用范围内找出个产品,以该产品的需求强度和操作温度作为第一阶段实验值,再由实验结果作调整
比如说我要用TG6来作为发动机材料,发动机必须满足 800 ℃, 500MPa的条件,所以我将800 ℃, 500MPa定为实验条件。【参考建议】

相关实验方法可依循
一. 蠕变持久试验机适用试验方法标准
1. 国家标准GB/T2039-1997《金属拉伸蠕变及持久试验方法》
2. 航空工业标准HB5195-96《金属高温拉伸持久试验方法》

一般将蠕变应变的控制在0.4%以下 【不是很正确印象有看过一篇paper 是这么写的,很抱歉不记得是哪一篇了】

节录【显微组织对近α型TG6 钛合金高温蠕变变形行为的影响】的试验方法:
在RDW30100 型电子式蠕变持久试验机上测试了TG6 钛合金在600 ℃, 200MPa 条件下的蠕变性能,试验采用圆柱试样,工作部分直径为16 mm,标距长50 mm,采用自动数据采集系统记录应变与时间的关系曲线,根据曲线的斜率计算出稳态蠕变速率(最小蠕变速率)。在Philip Quanta−600 型扫描电镜上进行TG6钛合金显微组织的观察和分析。

希望对你的研究有所帮助,预祝研究成功。

提供几篇最近曾看过的期刊论文【仅供参考】

TC18钛合金的组织和性能与热处理制度的关系 材料研究学报2009年第1期
中文摘要: 通过三因素三水平正交设计方法研究了两阶段退火热处理制度的三个温度阶段对TC18钛合金性能、组织的影响,定量分析了合金热处理温度变化对总体性能的影响,结果表明,在本文试验条件下可通过提高中温温度、降低低温温度来提高合金的强度,降低高温温度、提高低温温度可改善合金的塑性,通过降低高温温度或中温温度可提高合金的冲击韧性,显微组织分析表明,TC18钛合金的强度主要受未转变β组织及在其上产生的次生αs相的总的含量、次生αs相的含量、形状的控制;合金的塑性受初生αp相形状及次生αs相的数量、形状控制;合金的冲击韧性受初生αp相的含量及形状控制.

TC18钛合金热压参数对流动应力与显微组织的影响 材料工程2010年第1期
作者: 沙爱学 李红恩
中文摘要: 通过在700~950℃和应变速率0.001~50s~(-1)条件下的热模拟实验,系统研究了TC18钛合金应变速率、变形温度对变形抗力和显微组织的影响.结果表明:提高变形温度或降低应变速率,可显著降低TC18合金变形过程中的真应力,与单相区相比,两相区变形抗力对温度的变化更为敏感.在α+β区变形时,α相和β相都参与变形,球状初生α沿形变方向略有拉长,β相沿金属流动方向形成纤维组织;β相变点以上温度变形时,β相沿金属流动方向呈纤维状分布,在950℃可以观察到再结晶的等轴β晶粒.

两种典型热处理工艺对TC18钛合金组织性能的影响 钛工业进展2009年第6期
作者: 韩栋 奚正平 卢亚锋 张鹏省 杨建朝 毛小南
中文摘要: 采用两阶段退火和固溶强化两种典型的热处理制度,通过力学性能检测、显微组织分析和XRD物相分析,系统研究了整体热处理工艺对TC18钛合金大型锻件组织和性能的影响.结果表明:两阶段退火态的组织不仅满足强度和塑性匹配,而且断裂韧性KIC值可达75 Mpa•m1/2;固溶强化热处理后的组织虽具有比前者更高的强度,但塑性损失较大,断裂韧性KIC值较低.

BT18y钛合金等轴组织与全片层组织的室温拉伸塑性 中国有色金属学报2005年第5期
作者: 杨义 黄爱军 徐峰 李阁平
中文摘要: 测试了两种温度固溶后锻态Ti-6.9Al-3.6Zr-2.7Sn-0.7Mo-0.6Nb-0.21Si(BT18y)钛合金棒的室温拉伸性能。 利用金相显微镜、 透射电镜和扫描电镜研究了该合金的室温拉伸塑性与显微组织的关系。 结果表明: 经920 ℃、 2 h空冷处理的材料为细晶等轴组织, 变形时晶粒间的协调性好, 具有优良的室温拉伸性能, 塑性尤其突出; 经1 020 ℃、 2 h空冷处理的材料为具有晶界α相的粗芯片层组织, 在拉伸变形时, 同时要求相邻晶粒之间、 晶粒内部的相邻α片束团之间相互协调, 增加了塑性变形的阻力, 但残余β相使得材料保持了一定的塑性。 多个视角观察表明: α片束团表现出了方向性, 与拉伸轴夹角较小的片束具有良好的拉伸性能, 与拉伸轴夹角较大的片束内的β相中间层是拉伸时裂纹的优先形成区。

BT22钛合金及其大型锻件的研究进展 材料导报 2010, 24(3)
西北有色金属研究院,西安,710016
作者: 韩栋 张鹏省 毛小南 卢亚锋 奚正平 杨建朝 HAN
摘要:综述了国内外BT22合金及其改型合金的应用现状,归纳介绍了BT22合金的锻造加工及热处理工艺.结果表明,BT22合金在两相区低于β_转15~50℃的温度范围内多火次锻造,每火次变形量不低于60%.通过严格控制变形速率和终锻温度可制备出组织均匀、晶粒细小的锻件,经两阶段整体热处理后可获得强度、塑性和韧性的最佳匹配.针对我国的研究现状指出了BT22合金大型锻件制备方面亟待解决的问题和未来研究发展的方向.

BT22钛合金简介 热加工工艺 2009, 38(14)
(西安建筑科技大学,冶金工程学院,陜西,西安,710055;西北有色金属研究院,钛合金研究所,陜西,西安,710016)
作者: 罗雷 毛小南 杨冠军 牛蓉蓉
摘要:介绍了一种高强高韧的钛合金新材料(BT22)的发展及应用现状,并列出了该合金的合金成分、力学性能、物理性能、合金相变以及热处理工艺.

BT22钛合金固溶冷却过程中温降特性分析 稀有金属材料与工程; 2010年02期
西安建筑科技大学;西北有色金属研究院;
吴晓东 葛鹏 杨冠军 毛小南 周伟 冯宝香
【摘要】:采用ANSYS有限元分析软件对BT22钛合金固溶热处理后降温阶段温度场进行仿真,并绘制热处理工件在降温过程中的温度分布等值图,从温度-时间曲线和工件内部不同部位温度曲线两个角度分析温降的不均匀性。通过对比实测曲线和模拟曲线发现两者的相对误差在2%~5%,同时把实测降温曲线分为3个阶段:快速降温阶段、平缓降温阶段和慢降温阶段,并分析其形成的原因。

显微组织对TC18钛合金应力控制低周疲劳性能的影响 材料工程2009年第5期
作者: 王庆如 沙爱学 冯抗屯
中文摘要: 研究了片状和网篮两种典型组织对TC18钛合金不同应力振幅下低周疲劳寿命的影响.结果表明:TC18钛合金低周疲劳寿命对显微组织的变化不敏感.在相同的应力振幅下,双态组织和片状组织的疲劳寿命基本相当.TC18钛合金的低周疲劳寿命N取决于加载的应力振幅,σmax与N之间呈对数关系,相关系数达0.99以上

不同W含量的片层状TiAl合金的蠕变行为研究 陈文浩 西南交通大学2009
【摘要】: 本文研究了三种含钨(W)量分别为0、1、1.4(原子百分比),具有全片层组织形态的铸态TiAl合金(Alloy 0W、Alloy 1W、Alloy 1.4W)在700℃、大气气氛、不同应力条件下的1000小时长的蠕变性能。在蠕变前后,对三种合金的微观组织变化进行了详细的显微分析。 研究发现,含W量分别为0at.%,1 at.%,1.4 at.%的三种全片层铸态TiAl合金中,蠕变性能最好的是含1 at.%W的合金,而含1.4 at.%W的合金蠕变性能最差。晶粒尺度对全片层组织TiAl合金的蠕变抗力有决定性的影响。细化晶粒度将明显降低合金的蠕变性能。W能起到稳定起到稳定γ和a_2片层的作用。在1000小时蠕变后,含有钨(W)元素的两种合金,其γ和a_2片层保持了稳定,不含W的合金其a_2片层出现了平行分解,a_2片层的含量有所下降。同时还发现一定量的B2+ω偏聚相位于晶界对全片层TiAl合金的蠕变性能是有益的。三种合金的晶内蠕变机制均为位错的滑移和攀移。在蠕变后,合金γ片层内部出现了大量位错,在生成后将向γ片层中心运动,并相互缠积,同时位错无法越过a_2片层运动。

Ti-44Al-5Nb-0.85W-0.85B高温蠕变行为研究
刘学勇 黄泽文
西南交通大学材料科学与工程学院材料先进技术教育部重点实验室,四川成都610031
【摘要】:研究了细晶铸态TiAl合金Ti-44Al-5Nb-0.85W-0.85B(at.%)的蠕变行为。合金在蠕变前分别在1260℃和1340℃两个不同温度下热等静处理以得到两种不同的显微结构:经1260℃热等静压处理后,块状B2+ω沉淀相在板条晶界偏析,而在α单相区(1340℃)进行的热等静压处理完全消除了这种块状B2+ω偏聚相。 在700℃,150~300MPa应力下进行恒应力拉伸蠕变实验,研究并讨论了B2+ω偏聚相对合金在不同应力下的蠕变性能的影响。结果显示,两种状态的下的该合金即使是在700℃,300MPa应力下经历1000小时长时间蠕变后,仍处于稳态蠕变阶段,没有发生断裂现象。含W的全板条合金显示出了良好的蠕变性能。并且发现,含有B2+ω偏聚相的显微结构比不含该偏聚相的显微结构表现出更好的蠕变性能,在200~300MPa之间存在蠕变控制机理的转变。 对显微组织进行详细的扫描电镜和透射电镜观察,结果显示,粗大γ板条含有较高的位错密度,在板条尖端和反向畴界以及α2/γ接口发现了位错塞积现象。α2+γ板条表现出相对好的稳定性。偶尔发现粗大α2板条发生了平行分解,仅少量γ板条生成变形孪晶,没有发现板条断开和发生球化的现象。 研究表明,块状B2+ω偏聚相在1340℃下热等静压处理后被完全消除,但是,此有序相在蠕变后又重新出现在晶界。

粉末冶金TiAl基合金高温变形行为 北京科技大学学报;2010年09期
路新 王述超 朱鸿民 曲选辉
【摘要】:采用等温压缩试验,在变形温度为600~1050℃、应变速率为0.002~0.2s-1的条件下,研究了粉末冶金Ti-47.5Al-2.5V-1.0Cr合金的高温压缩性能与高温变形行为.结果表明:合金在高温压缩变形时,屈服强度随变形温度的升高、应变速率的降低而降低,塑性趋于升高.合金在高温塑性变形时,峰值流变应力、应变速率和变形温度之间较好地满足双曲正弦函数形式修正的Arrhenius关系,说明其变形受热启动控制.在800~1050℃/0.002~0.2s-1范围内,合金应变敏感系数m为0.152,高温变形启动能Q为376kJ.mol-1.

TC21合金应力控制和应变控制的低周疲劳行为 稀有金属材料与工程2009年第2期
中文摘要: 研究TC21合金应变控制和应力控制的低周疲劳行为.实验温度为室温,循环应变比和应力比均为0.1,载荷波形为三角波.结果表明,在应变疲劳的最初阶段,TC21合金循环拉应力时快速软化,循环压应力时快速硬化,随着循环进行软化和硬化速度降低.在整个循环阶段,软化速度与应变有关;背应力影响较小,摩擦应力一直在变化,循环应力的变化与摩擦应力有关.应力控制的低周疲劳结果表明,TC21合金循环蠕变明显,循环蠕变与应力大小有关,摩擦应力是影响循环蠕变的主要因素.

Ti-47Al-2W-0.5Si抗蠕变合金的高温力学行为和变形机制 金属学报;2001年08期
周兰章 郭建亭 V.Lupinc M.Maldini
【摘要】:研究了 Ti-47Al-2W—0.5Si铸造合金的力学行为和变形机制 结果表明,合金的室温-高温屈服强度和 650℃蠕变强度都超过 IN713LC镍基高温合金的比屈服强度和比蠕变强度,表现出优异的中温力学性能 在蠕变过程中,随着载荷和温度的增加,合金的最小蠕变速率随之增大,可用蠕变方程εm=A( )10exp(- )来描述.位错在接口处繁殖,并在α2/γ层片中缠结和塞积,导致合金的初始蠕变应变速率降低.当位错运动受阻时,可以通过孪生方式使内应力得到缓解.在蠕变第一阶段就可以发生孪生和剪切现象.在高温应力作用下,α2片层发生粗化和相转变 此外,还对合金的实际应用效果进行了考核,并说明了该合金的发

李春的研究成果

在钛的清洁高效提取与分离方面有深入研究,首先将机械活化技术应用于钛铁矿、含钛高炉渣及钛渣的液相酸解过程强化,系统研究了钛矿的机械活化氧化、活化机理、活化矿酸解动力学、酸解反应强化机理,并对酸解过程中耦合的钛水解行为、耦合反应机理、酸解与水解耦合制备人造金红石与介孔二氧化钛、钛铁萃取分离、低浓度钛液水解、钛矿高温氧化以及盐酸法钛白等相关课题进行了广泛的研究。对窑法磷酸生产中P2O5反吸、结窑圈成因与机理、预防措施以及窑法磷酸净化等课题开展了卓有成效的研究,研究成果为正在建设的全球第一套年产3万吨窑法磷酸装置提供了设计依据。在溶液净化与分离方面有深入的研究,先后承担了溶剂萃取法制备工业磷酸二氢钾、电子级锰锌铁氧体共沉粉中硅的深度净化、湿法炼锌过程中氟与氯的深度净化、多晶硅生产中硼与磷的深度净化、钛液中钛铁萃取分离以及窑法磷酸纯化制食品级磷酸等课题。对CO2矿化固定联产高附加值化学品等的CCU技术有多年的积累,担任四川省二氧化碳矿化利用工程技术研究中心副主任,参与国家科技支撑计划课题“钾长石矿化 CO2 联产钾肥关键技术及中间试验”研究。目前已在国内外化工冶金权威期刊Hydrometallurgy、Minerals Engineering、Journal of Alloys and Compounds、Rare Metals、International Journal of Minerals, Metallurgy and Materials、化工学报以及中国有色金属学报等发表钛专题学术论文二十余篇,获得五项专利,长期担任国际钛冶金领域专题审稿人,担任国内最大钢铁钒钛企业攀钢集团公司钛产品技术顾问。

陈玉勇的哈尔滨工业大学教授

1975-1978年:毕业于大连理工大学铸造专业获学士学位1978-1981年:毕业于哈尔滨工业大学铸造专业获硕士学位1981-1985年:毕业于哈尔滨工业大学铸造专业获博士学位1985-1987年:哈尔滨工业大学金属工艺系讲师1987-1991年:哈尔滨工业大学金属工艺系副教授1994-1999年:哈尔滨工业大学材料工程系教授1999-目前 :哈尔滨工业大学材料科学与工程学院材料工程系博士生导师 国务院材料科学与工程材料加工学科通讯评委;中国机械工程学会理事;全国铸造学会理事;黑龙江省机械工程学会副秘书长;黑龙江省欧美同学会常务理事;哈尔滨市留学归国人员联谊会常务理事;国家自然科学基金材料科学与工程学部通讯评委;稀有金属材料与工程杂志编委;哈尔滨工业大学学报编委。 他对稀土及钛硼在铝合金凝固过程中的行为进行了深入的研究,取得了优良的成绩。在国内首次提出了盐类细化剂在熔体中的富钛区物理模型,对异项形核理论有所发展。其次,建立了稀土铝合金强度极限与二次枝晶间距之间的数学关系,并发现了铈对铝合金液、固相线的影响,以及新的 AL3CU4CE相。发表论文20余篇。他的研究工作在学术上已达到国际水平。在改进铸造铝合金组织及性能方面已生产积极效果,具有一定的经济效益及社会效益。 中国期刊全文数据库 共134篇[1]徐丽娟;于宏宝;黄玉东;肖树龙;陈玉勇;.牙科用Ti-Cr合金的显微组织及性能[J]中国有色金属学报.2010,(S1)[2]赵而团;孔凡涛;肖树龙;陈艳飞;陈玉勇;.IMI834高温钛合金熔模铸造充型性能[J]中国有色金属学报.2010,(S1)[3]陈艳飞;陈玉勇;田竟;肖树龙;徐丽娟;.离心熔模精铸TiAl合金与ZrO_2型壳的界面反应[J]中国有色金属学报.2010,(S1)[4]孔凡涛;张树志;陈玉勇;.Ti-46Al-2Cr-4Nb-Y合金的高温变形及加工图[J]中国有色金属学报.2010,(S1)[5]杨非;陈玉勇;孔凡涛;肖树龙;徐丽娟;.包套锻造对Ti-45Al-5.4V-3.6Nb-0.3Y合金组织和性能的影响[J]中国有色金属学报.2010,(S1)[6]肖树龙;于宏宝;韩杰才;徐丽娟;陈玉勇;.机械合金化与放电等离子烧结制备Ti-45Al-5.5(Cr,Nb,B,Ta)合金[J]中国有色金属学报.2010,(S1)[7]陈玉勇;杨非;孔凡涛;肖树龙;.Constitution modeling and deformation behavior of yttrium bearing TiAl alloy[J]Journal of Rare Earths.2011,(02)[8]王录才;陈玉勇;游晓红;王芳;武建国;.三明治复合结构泡沫铝的制备及界面组织分析[J]粉末冶金技术.2010,(06)[9]朱洪艳;吴宝昌;张东兴;李地红;陈玉勇;.孔隙对碳纤维/环氧复合材料层合板层间剪切疲劳性能的影响[J]复合材料学报.2010,(06)[10]杨非;陈玉勇;蔡一湘;孔凡涛;肖树龙;.β型γ-TiAl合金的制备及其反常屈服行为研究[J]材料研究与应用.2010,(04)中国专利全文数据库 共32篇[1]陈玉勇;孔凡涛.含元素钇的TiAl金属间化合物板材的制备方法[P].CN200710071709.0.哈尔滨工业大学.2007-08-08[2]孔凡涛;陈玉勇.叠层轧制-扩散复合制备钛合金/TiAl合金复合板材的方法[P].CN200710071716.0.哈尔滨工业大学.2007-08-08[3]孔凡涛;陈玉勇;杨非.三维网状结构Ti2AlC增强的TiAl基复合材料及其制备方法[P].CN200710071708.6.哈尔滨工业大学.2007-08-08[4]陈玉勇;孔凡涛.一种用元素粉末制备TiAl合金复合板材的方法[P].CN200710071714.1.哈尔滨工业大学.2007-08-08[5]孔凡涛;陈玉勇.一种预合金化粉末制备TiAl合金复合板材的方法[P].CN200710071715.6.哈尔滨工业大学.2007-08-08[6]陈玉勇;田竞;孔凡涛;卢玉红;陈艳飞;王惠光;肖树龙;徐丽娟.铸造钛及钛铝基合金陶瓷型壳的背层涂料及其制备方法[P].CN200710072602.8.哈尔滨工业大学.2008-01-09[7]陈玉勇;田竞;卢玉红;孔凡涛;王惠光;刘志光;肖树龙;徐丽娟;陈艳飞;周浩.铸造钛及钛铝基合金多孔陶瓷型壳的制备方法[P].CN200710072601.3.哈尔滨工业大学.2008-01-16[8]刘志光;张玉梅;陈玉勇.钛/羟基磷灰石生物复合材料及其制备方法[P].CN200710072599.X.哈尔滨工业大学.2008-02-20[9]李庆春;陈玉勇;李战江.铝-钛-硼-稀土中间合金及熔制方法[P].CN88104205.6.哈尔滨工业大学.1990-02-14[10]陈玉勇;贾均;马顺龙.一种氯化稀土变质剂[P].CN89102097.7.哈尔滨工业大学.1990-10-17中国重要会议全文数据库 共6篇[1]李培杰;陈玉勇;贾均;.一种新型铝合金熔剂喷吹综合处理技术的研究[A].中国科学技术协会首届青年学术年会论文集(工科分册·上册).1992-04-01[2]许庆彦;李庆春;陈玉勇;.多孔铝合金的成形工艺理论研究[A].Proceedings of the 4~(th) International Conference on Frontiers of Design and Manufacturing.2000-06-01[3]陈玉勇;.钛合金及TiAl系金属间化合物的研究进展及发展趋势[A].人才、创新与老工业基地的振兴——2004年中国机械工程学会年会论文集.2004-10-01[4]陈玉勇;肖树龙;李宝辉;司玉锋;.铸造钛合金及钛铝系金属间化合物的研究进展及发展趋势[A].2004中国铸造活动周论文集.2004-10-01[5]孔凡涛;陈玉勇;田竞;陈子勇;韩杰才;.钇对Ti-43Al-9V合金组织性能的影响[A].第九届材料科学与合金加工学术会议专刊论文集.2004-06-30[6]徐丽娟;肖树龙;陈玉勇;.Mo含量对牙科用Ti-Mo合金显微组织及性能的影响[A].第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集⑸.2007-11-01承担国家科研项目 共1个[1]陈玉勇;.快速凝固TiAl-Cr-Nb-Y合金结构特征与组织性能的研究[A].哈尔滨工业大学;.项目经费 30万元.2006-03-27.资助文献数 2 篇

相关文章
学术参考网 · 手机版
https://m.lw881.com/
首页