热处理工艺对激光熔化沉积TC4钛合金组织性能的影响

研究了高能量输入条件下激光熔化沉积(LMD) TC4钛合金在沉积态、去应力退火、热等静压、热等静压+固溶时效、固溶时效5种状态下的显微组织和室温拉伸性能。结果表明:直接沉积态的TC4合金组织粗大且不均匀,原始β晶内由大量针状马氏体α'相和转变的板条α相组成,综合力学性能低,其纵向抗拉强度仅839 MPa; 650～800℃的去应力退火后,激光熔化沉积成形TC4钛合金的组织中α板条宽度随退火温度的上升先增加后减少,拉伸性能呈现先升高后降低的趋势;热等静压后合金组织为网篮组织;固溶时效后合金组织主要由无序的短棒状α相组成,拉伸性能明显上升,其抗拉强度达到1022 MPa,屈服强度达到909 MPa,伸长率超过9%。     

选区激光熔化TC4试样的力学性能及微观组织分析

采用选区激光熔化技术成形TC4试样,研究了线扫描功率、曝光时间和退火处理对TC4成形试样微观组织和性能的影响。结果表明,试样的缺陷随线扫描功率的升高而减少。线扫描功率在400 W,曝光时间为30μs,经过退火处理后,试样抗拉强度达到1153MPa,高出普通TC4钛合金锻件近300MPa,同时,试样的拉伸断面总体呈脆性断裂。     

选区激光熔化成形TC4合金退火态力学性能及组织的研究

研究了退火处理对选区激光熔化技术(SLM)制备的TC4钛合金的力学性能及显微组织影响。结果表明,选区激光熔化成形的TC4合金试样主要由针状α′相组成,随着退火温度升高,逐渐分解成α+β相,且由魏氏组织向网篮组织转化,伸长率逐渐增大,屈服强度下降,拉伸断口呈韧性断裂特征。综合比较,800℃×90 min退火处理后合金具有较好的力学性能,抗拉强度为902.43 MPa,伸长率为2.38%。     

Ti-6Al-4V钛合金激光选区熔化成形工艺及性能研究

将激光功率和扫描速度作为主要的工艺参数,进行了Ti-6Al-4V钛合金激光选区熔化成形(SLM)试验。结果表明,激光功率为300 W,扫描速度为1.0 m/s时,SLM成形试件的抗拉强度达到1150 MPa,伸长率达到9.5%,抗拉强度和伸长率都较高。激光热输入不足时,试块抗拉强度不能满足使用要求,激光热输入过高时,试件塑性降低。对试件分别进行了普通退火、再结晶退火以及固溶时效处理。热处理后,试件的抗拉强度都明显降低,其中再结晶退火热处理后,试块的组织为等轴α+β相,抗拉强度降到893 MPa,伸长率达到11.9%,塑性显著提高。     

热处理对选区激光熔化GH3536合金晶界与拉伸行为的影响

采用选区激光熔化制备了GH3536合金,并分别进行固溶处理和热等静压处理,研究不同热处理手段对GH3536合金的组织形貌、晶界形态及室温拉伸行为的影响。结果表明:沉积态试样的组织由超细柱状亚晶粒与熔池界组成,存在气孔与微裂纹等缺陷;选区激光熔化试样分别经固溶处理和热等静压处理后,二者致密度均上升,组织转变为由交替分布的大小不等等轴晶粒组成,但热等静压的沿晶界析出M_(23)C_6相,形成锯齿状的弯曲晶界;沉积态试样的拉伸性能表现出各向异性的特点,固溶处理可消除拉伸性能的各向异性,但抗拉强度和屈服强度均有下降,延伸率明显上升。热等静压态试样与固溶态试样相类似,但其抗拉强度、屈服强度和延伸率均有进一步的提高;3种形态合金的断裂机制均为微孔聚集型的韧性断裂。     

HIP温度对SLM制备TC4钛合金组织和力学性能的影响

以激光选区熔化技术(SLM)成型TC4钛合金为研究对象,通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子万能试验机等测试分析方法,研究了热等静压处理温度对TC4钛合金材料微观组织和力学性能的影响。结果表明,SLM态TC4钛合金横截面微观组织由等轴状初生β晶粒组成,纵截面微观组织由呈外延生长的柱状初生β晶粒组成。晶粒内部以不同取向的针状α'马氏体相为主,纳米点状β相在初生马氏体间形核生长。在α+β两相区温度进行热等静压处理,TC4钛合金的组织由α相和β相组成。随着热等静压处理温度的升高,板条状α相粗化成短棒状,β相含量增加且发生一定粗化。随着热等静压处理温度的升高,材料的抗拉强度和屈服强度呈现降低的趋势,断面收缩率也呈下降趋势。热等静压处理工艺为910 ℃-110 MPa-2 h的TC4钛合金可获得最优的强韧性匹配。     

环境氧含量对激光定向能量沉积TC4合金组织及性能的影响

研究了环境气氛氧含量对激光定向能量沉积TC4钛合金组织及力学性能的影响，通过OM、SEM和TEM及硬度试验、拉伸试验对成形试样的显微组织、力学性能和断口进行分析。结果表明：当成形气氛氧含量从50、500、 2000到5000μg/g逐渐提高，试样表面氧化程度增加，TC4钛合金试样表面颜色由银白色逐渐过渡到黄色、蓝色和深灰色；XRD图谱结果表明试块表面氧化物种类增多，氧化层的厚度也逐渐增加；试样显微组织逐渐由网篮状组织转变为针状马氏体α′组织，板条粗化，长宽比减小；TC4钛合金试样的硬度和室温抗拉强度随成形气氛氧含量的增加逐渐提高，受金属晶格畸变及冷却速度的影响，沉积态成形试样的抗拉强度由920 MPa增加到982 MPa，延伸率由12.4%减小到10.9%。     

激光选区熔化复合制造TC4钛合金组织性能研究

采用选区激光熔化技术(SLM)在锻造后的TC4合金基体上制备TC4钛合金增材/锻件复合成形件，并采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计和拉伸试验机等试验设备，分析了不同SLM参数下TC4钛合金复合成形件微观组织及力学性能。结果表明：复合试样微观组织分为锻件基体区、结合区以及增材区三个区域。增材区与锻件区之间界线清晰，无未熔合、气孔、裂纹等缺陷。锻件区组织为等轴组织，增材区为相互交错的针状α′马氏体组织。性能试验结果表明：增材区和结合区抗拉强度及屈服强度均显著优于锻件；其中结合区强度最高，增材区次之。综合考虑强度和塑性，激光功率为280 W,扫描速率为1100 mm/s下得到的复合试样拉伸性能最好。     

电子束选区熔化Ti-6Al-4V合金的显微组织与疲劳性能

采用电子束选区熔化成型技术制备了Ti-6Al-4V合金试样,研究了成型态与热等静压态合金试样的显微组织、拉伸及高周疲劳性能。结果表明,成型态的组织为沿沉积方向生长的柱状晶;柱状晶内部以魏氏组织为主,也有α/β片层组织存在。成型态材料的抗拉强度并未受到少量气孔及未熔合缺陷的影响,其强度和延伸率达到了ASTM标准。热等静压消除了材料内部缺陷,但显微组织发生粗化,材料抗拉强度下降约5%,但延伸率提高了约35%。热等静压后Ti-6Al-4V合金的高周疲劳性能得到显著改善,在1×10~7寿命,R=0.1的测试条件下,疲劳极限达到600 MPa。根据断口信息分析了典型试样的裂纹萌生与扩展行为,大多数试样的裂纹源位于表面,材料拉伸性能分散性较大是疲劳寿命不稳定的主要原因之一。     

氢含量对置氢TC21粉末热等静压制件组织与性能影响

采用置氢钛合金粉末热等静压成形与钛合金热氢处理技术相结合的新工艺路线制备合金,研究了置氢量对置氢TC21合金粉末热等静压制件组织性能的影响规律。结果表明:随置氢量增加,置氢TC21合金粉末热等静压后制品密度逐渐增大;热等静压后制品的组织呈片层状、α/β集束状和网篮状组织,退火除氢后原始组织中片状和长条状的α/β集束得到破碎、细化;热等静压制件真空退火后抗拉强度呈逐渐升高的趋势,其拉伸端口形貌由长条状和片状组织沿晶韧窝断裂特征,向网篮组织穿晶和沿晶共存的断裂过渡,且两种组织的断裂都具有延性特征。     

热处理对激光选区熔化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了激光选区熔化(SLM) TC4钛合金沉积态和退火态显微组织的特征及其对力学性能的影响规律。结果表明:合金组织沿激光选区熔化成形高度方向呈现外延生长,形成柱状晶,晶内存在大量的针状马氏体α''相。退火后,晶内的针状α''相转变为α+β板条组织。随着退火温度的升高,组织中α相含量逐渐降低,α片层逐渐粗化,β相含量逐渐升高;室温拉伸强度逐渐降低,塑性逐渐升高,显微硬度逐渐降低。经过800℃×2 h/FC退火热处理后,激光选区熔化成形TC4钛合金具有最佳的强度与塑性匹配。     

电子束选区熔化Ti-6Al-4V显微组织与疲劳性能研究

采用电子束选区熔化成型技术制备了Ti-6Al-4V合金试样,研究了成型态与热等静压态的显微组织、拉伸及高周疲劳性能。结果表明,成型态的组织为沿沉积方向生长的柱状晶;柱状晶内部以魏氏组织为主,也有α/β片层组织存在。成型态材料的拉伸强度并未受到少量气孔及未熔合缺陷的影响,其强度和延伸率达到了ASTM标准。热等静压消除了材料内部缺陷,但显微组织发生粗化,材料抗拉强度下降约5%,但延伸率提高了约35%。热等静压后Ti-6Al-4V合金的高周疲劳性能得到显著改善,在1×10₇寿命,R=0.1的测试条件下,疲劳极限达到600MPa。根据断口信息分析了典型试样的裂纹萌生与扩展行为,大多数试样的裂纹源位于表面,材料拉伸性能分散性较大是疲劳寿命分散性大的主要原因之一。     

激光选区熔化Ti6Al4V的工艺参数优化与显微组织

采用激光选区熔化技术制备Ti6Al4V钛合金试样,研究了激光加工工艺参数对Ti6Al4V试样致密化行为、显微组织特征及力学性能的影响。利用金相显微镜、万能试验机等测试手段对激光选区熔化成形试样进行显微组织及综合力学性能分析。结果表明,随着激光功率由360 W提高到400 W,不同激光扫描速度下的试样平均致密度由85. 3%提高到94. 5%,致密度显著提高。随激光能量密度提高,孔隙率明显降低且针状马氏体α'相分布均匀,塑性和强度更好。选用最优工艺参数(功率400 W,扫描速度2 100 mm/s),试样抗拉强度为1 159 MPa,屈服强度为1 008 MPa,均高于锻件标准。经800℃保温2 h退火处理后,断后伸长率和断面收缩率分别提高2. 26倍和2. 68倍,增长幅度较大。α'相和β相均分解为α+β相,晶粒粗化使晶粒内部滑移变形受晶界抑制作用减弱,最终导致材料强度下降而塑性明显提高。     

电子束选区熔化成形Nb521合金微观组织与性能分析

采用电子束选区熔化技术制备Nb521合金,研究其致密化成形工艺。通过对成形试样的组织、物相、显微硬度、室温拉伸性能的检测与分析,探讨了电子束选区熔化成形Nb521合金的机理。结果表明,电子束选区熔化成形过程中,电子束熔化电流及速度的合理匹配,是得到表面质量及内部质量优异的成形样品的基础;电子束能量密度为340 J/mm3时,样品的密度达到8.78~8.79 g/cm3;Nb521合金显微组织沿沉积方向呈柱状晶,晶粒沿（200）晶面有较强的择优生长取向;成形样品中除Nb基体相外,还存在少量的Nb2C与ZrC碳化物析出;样品室温抗拉强度达到384 MPa,屈服强度为307 MPa,断后延伸率为16.5%;显微硬度处于1 500~1 700 MPa之间,无各向异性。     

激光选区熔化成形TC4钛合金表面粘粉及残余应力研究

采用激光选区熔化成形技术制备了TC4钛合金试样,检测分析了试样的表面粘粉现象及表面残余应力分布状态。在保证熔池充分熔化的前提下,减少熔池热输入可有效缓解成形件表面的粘粉现象。成形件沿生长方向存在较大的拉伸残余应力,易导致层间剥离,应通过后续热处理减小残余应力累积。     

钛合金平面曲线对接焊接头的组织与力学性能

采用激光焊接工艺对1.2 mm厚TG4钛合金薄板进行了平面曲线对接焊,研究了曲线焊缝的宏观成形、微观组织和力学性能。结果表明,试验获得了成形良好的焊缝,未出现不连续、裂纹以及气孔等缺陷。焊缝区组织由针状马氏体α'相组成,靠近焊缝的热影响区组织为马氏体α'相和少量α相,远离焊缝的热影响区组织由初生α相、晶间β相以及少量马氏体α'相组成。焊缝和热影响区的硬度均高于TC4母材的,接头拉伸试样断于母材处,抗拉强度和伸长率分别为1015.40MPa和16.49%。     

钛合金与CVDNb电子束熔钎焊研究

采用钛合金一侧偏束工艺实现了TC4钛合金和CVDNb的电子束熔钎焊,采用光学显微镜和扫描电子显微镜对三种偏束距离的焊缝组织与断口形貌进行了分析,通过接头拉伸试验对接头力学性能进行了评价。结果表明:电子束偏向TC4钛合金0.2 mm、0.5 mm和0.8 mm时,焊缝成形良好,均满足QJ972-86 I级焊缝表面要求。随着电子束偏移距离的增加,焊缝状态由TC4与CVDNb均熔化转变为焊接过程中接头上部CVDNb熔化,下部CVDNb不熔化,依靠与熔化的TC4液态金属的溶解扩散作用达到钎焊连接,钎焊界面的组织主要为含Ti和Nb的扩散层组织,接头的抗拉强度达到200MPa以上,断裂发生在CVDNb母材区,为塑性断裂模式。     

飞机用钛合金零件的激光快速修复

针对TC4钛合金锻件误加工造成的铣槽和面尺寸超差进行了激光快速修复研究。修复区与锻件基体之间形成致密冶金结合，修复区组织为柱状原始声晶界内编织细密的α＋β网篮组织，晶内α板条的宽度〈1μm。修复过程中发现粉末状况、激光加工参数影响到修复区中气孔、层间或道间熔合不良等缺陷的形成，通过采用粉末真空干燥处理、优化工艺参数等方法获得了修复区内无气孔、熔合不良等缺陷的修复试样。修复试样的室温静载拉伸性能测试结果表明，其抗拉强度达到1000MPa，屈服强度达到925MPa，延伸率为8．0％，接近锻件本体性能。     

不同轧制厚度TC4钛合金板材的组织与性能

选取4种不同厚度的TC4钛合金轧制板材,利用金相显微镜以及力学性能试验,对其进行金相组织和力学性能研究。结果表明：经轧制及退火后的TC4钛合金板材的组织为α相与残余β相组成的混合组织,α相的形貌呈现出线条状、等轴状以及细小团状等特征;TC4钛合金板材强度总体呈现出随着厚度的增加先降低再趋于稳定的趋势,而塑性呈现出先升高再趋于稳定的趋势;当厚度为0.8 mm时,TC4钛合金板材的强度最大,抗拉强度为1075 MPa、屈服强度为1027 MPa,且4种规格TC4钛合金板材经轧制退火后沿RD与TD方向的强度与塑性均有一定差值;不同规格TC4钛合金板材拉伸后的微观断口形貌均以韧窝为主,其中厚度为0.8 mm的TC4钛合金板材沿TD方向的断口形貌中除具有韧窝形貌外,还具有一定数量的小平面,韧窝内部存在大量、特别细小的微裂纹。     

激光选区熔化成形GH4169法兰管性能研究

采用激光选区熔化成形GH4169法兰管,研究了法兰管的成形状态及固溶+双时效后GH4169在L,S,T方向的组织特征,分析不同方向的组织特征及其对材料性能的影响。试验结果发现,激光选区熔化成形GH4169法兰管,成形性优异,冶金结合性良好,零件外部及内部均无缺陷。L向的粗大树枝晶较多并且树枝晶的生长方向与熔化沉积方向一致,S向和T向存在大量均匀等轴晶。激光选区熔化成形GH4169材料在室温及650℃条件下的力学性能均优于GH4169一般锻件的性能,材料各向异性导致横向拉伸试样的抗拉强度及屈服强度均优于纵向拉伸试样的。在650℃,690 MPa负载条件下,横向及纵向试样分别在25.32 h和25.45 h断裂,伸长率分别为5.5%和5.3%,法兰管可以在高温下负载工作。