不同热处理对SLM TC4组织性能及各向异性的影响

选区激光熔化(SLM)成形的TC4样件强度高、塑性差、各向异性明显。对SLM TC4成形件进行固溶时效、循环退火、循环球化退火+固溶时效三种热处理，采用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机对热处理所得成形件进行组织观察和性能测试。研究表明SLM TC4成形件微观组织由马氏体α′和马氏体α″组成，强度为1220 MPa左右，延伸率最高达13%;TC4成形件经热处理后板条α相粗化，有等轴α相产生，板条状α相长宽比降为5左右，固溶时效处理和循环球化退火+固溶时效处理的TC4成形件组织中产生二次α相；先950℃固溶1 h,之后550℃保温4 h,此条件下所得成形件的综合力学性能最好，其抗拉强度达到957.9 MPa,延伸率为17.6%,且所有拉伸性能指标的各向异性小于1.2%;循环球化退火+固溶时效处理的样件塑性很高，延伸率达18.3%,同时强度的各向异性不超过2%,固溶时效与循环球化退火+固溶时效处理后力学性能超过国家锻件标准。经过循环退火处理的TC4成形件强度损失较大，但塑性与另外两种热处理工艺相差不大。     

激光选区熔化成形TC4钛合金热处理后微观组织和力学性能

研究了退火、两相区固溶、固溶时效三种热处理方法对激光选区熔化(SLM)技术成形TC4钛合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,在SLM成形TC4钛合金中形成了细针状马氏体组织,几乎不存在β相,强度较高,塑性较差;经过840℃/2h/空冷(AC)退火处理后,TC4钛合金的显微组织由(α+β)相构成,具有较高的强度和塑性;经过940℃/1h/水淬(WQ)固溶处理后,β相的含量增加,晶粒长大,形成交错的(α+β)网篮组织,强度明显下降,塑性提高;经过940℃/1h/WQ+540℃/4h/AC固溶时效处理后,形成了均匀弥散的(α+β)相,α相粗化,强度降低,塑性小幅提高。TC4钛合金经过热处理后,内部残余应力减小,变形开裂倾向降低。采用840℃/2h/AC退火处理工艺,可使SLM成形TC4钛合金获得较佳的强度/塑性匹配。     

激光立体成形TC4钛合金组织和力学性能研究

采用实验研究的方法,对比分析了激光立体成形TC4钛合金不同热处理状态下的显微组织、静载力学性能和拉伸断口。研究结果表明,沉积态内部有较明显的层带结构,去应力退火和固溶时效均能减弱层带从而均匀化组织;去应力退火处理对强度和塑性提高较少,固溶时效处理则能显著提高综合力学性能。断口分析表明,固溶时效态的室温拉伸试样为韧性断口,而沉积态和去应力退火态拉伸试样拉伸断口均为混合型断口。通过显微组织和拉伸断口分析,重点解释了解理断面形成机理为:裂纹沿α/β界面快速扩展形成解理断面,裂纹尖端的空洞与裂纹连接形成解理面上的韧窝。     

热处理对点式锻压激光成形GH4169合金组织与力学性能的影响

研究简化热处理制度对点式锻压激光沉积(PF-LF)GH4169合金显微组织和力学性能的影响。将时效时间由原来的18 h减少为3 h,不仅大大节省了试验时间,而且在提升材料性能方面也起到了重要作用。结果表明,在1 010℃固溶时效后,合金中的Laves相出现大部分熔解,合金发生再结晶现象,再结晶晶粒细小且分布均匀,平均晶粒尺寸为6.8μm左右,实现了超细晶组织,合金的强度和塑性也远超锻件标准。1 050℃固溶时效时,再结晶完成,晶粒尺寸略有长大,约为15μm, Laves相基本完全固溶消失,与1 010℃热处理相比,合金的强度有所下降而塑性有所改善,均超过锻件标准。在1 010℃和1 050℃进行双固溶时效时发现,合金中出现了大量的退火孪晶组织,退火孪晶的产生对合金的强度和塑性均产生了影响,虽然合金的性能均超过锻件标准,但略低于单固溶时效状态下的合金性能。     

微锻造激光熔覆沉积高性能TC4组织与各向异性

测量了微锻造处理后激光熔覆沉积TC4试样的残余应力、等轴晶晶粒尺寸和表面粗糙度,并对沉积态、固溶时效态、微锻造-固溶时效态成形件的室温拉伸性能及各向异性进行了对比分析。结果表明:微锻造-固溶时效后,晶粒细化为等轴晶,晶粒大小为70～140μm;微锻造处理后,成形件在水平方向的塑性显著提升,各方向的拉伸性能均超过锻件,且各向异性小于10%。     

热处理对激光熔化沉积TC17钛合金显微组织及力学性能的影响

激光熔化沉积(LMD)TC17钛合金在航空航天领域具有广阔的应用前景,其沉积态试样强度较高但塑性较差,为了改善其综合力学性能,首先对LMD TC17钛合金进行退火处理,结果表明随退火温度升高α相含量逐渐减小,α片层粗化,塑性升高而强度下降,且退火后LMD TC17钛合金拉伸性能未达到盘件技术标准。进一步研究固溶时效对其组织性能的影响,固溶温度升高将使初生α相(αP)相含量降低、αP片层粗化;时效温度升高使次生α相(αS)粗化。拉伸性能受αP、αS相含量、α片层厚度等因素影响,β基体上均匀弥散析出细小αS的组织将有利于提高强度,αP含量增加、组织粗化有利于提高塑性,通过800℃/4h固溶处理后水淬以及630℃/8h空冷热处理可以使LMD TC17钛合金获得较优的强塑性匹配,拉伸性能达到盘件技术标准。     

激光增材制造铝锂合金的热处理组织及T_B相析出

采用激光增材制造技术制备了铝锂合金,分析了沉积态铝锂合金的显微组织,优化得到了沉积态铝锂合金的双级均匀化退火和固溶热处理工艺参数,并探讨了TB相的时效析出行为。结果表明,经过双级均匀化退火及固溶热处理后,铝锂合金晶界和晶内析出的低熔点富铜相数量减少,铝锂合金的成分均匀性得到提高。当时效温度为400℃时,铝锂合金中析出的TB相数量达到最大;随着时效温度的继续升高,TB相数量逐渐减少。铝锂合金的显微硬度随着TB相含量的增加先减小后增大。     

激光增材制造GH4099合金热处理后的显微组织及拉伸性能

主要研究了激光增材制造GH4099合金在不同热处理状态下的显微组织与室温拉伸性能。研究结果表明:沉积态试样的显微组织主要由外延生长的柱状晶组成,沉积态试样经过1120℃的固溶处理后发生了明显的再结晶,柱状晶内部的枝晶形貌消失,转变为细小的等轴晶组织,而且在等轴晶内部存在许多孪晶界;与固溶态试样相比,时效处理后的组织没有明显差异,显微组织仍然由细小的等轴晶组成,晶粒没有长大,γ基体上有明显的γ′相弥散析出;对比3种状态下的室温拉伸性能可以发现,固溶态试样的强度最低,塑性最高,而固溶-时效态试样的室温力学性能最好,呈现出较高的强度和塑性。这主要是因为高温固溶过程中发生了完全再结晶,试样内部的位错密度有所降低,而且没有γ′相的析出强化,而在时效过程中,γ′相充分析出阻碍了位错运动。     

自然时效和Cu含量对AlMgSi（Cu）合金时效硬化行为的影响

利用硬度测试和透射电子显微镜观察,对Cu含量分别为0.0%、0.15%、0.8%（wt.%）的AlMgSi合金进行了较系统地显微组织结构和时效硬化行为研究。热处理状态为固溶淬火后直接180℃人工时效及固溶淬火后自然时效两周再180℃人工时效。结果表明：添加Cu可以抑制自然时效对180℃人工时效硬度峰值的负面作用;与固溶淬火后先自然时效两周再180℃人工时效峰值样品比较,固溶淬火后直接180℃人工时效峰值样品中针状析出相的数量密度较大;含0.15%Cu的合金峰值时效样品中只观察到β″析出相,而含0.8%Cu的合金峰值时效样品中观察到β″和Q″析出相;与不含Cu和含0.15%Cu的合金比较,含0.8%Cu的合金时效峰值出现时间延迟。这种现象与Q″相的析出有关,因为析出Q″相需要额外的时效时间。     

一种红外探测器用电子束焊接技术研究

针对当前制冷型红外探测器所使用的冷指零件材料(TC4)、冷台零件材料(可伐合金)开展真空电子束焊接技术研究。TC4合金和可伐合金在熔化焊接时,焊缝组织内会出现Fe—Ti金属间化合物,该类型的金属间化合物属于脆性材料。在焊接完成后温度降低的过程中,会因TC4和可伐合金的热膨胀系数差异导致焊缝开裂。本文通过在焊缝区域添加过渡金属,将Fe、Ti元素进行物理隔离,实现了TC4/可伐合金之间的熔化焊接。     

YAG-MIG复合焊接ZL-114A铝合金的接头组织与性能研究

为了研究ZL-114A铝合金YAG激光-熔化极惰性气体保护(MIG)电弧复合焊接接头性能,采用拉伸试验和扫描电子显微镜对其力学性能和显微组织进行了测试分析。由于焊接固有的快速冷却特性及进口4047焊丝中细化晶粒元素(Ti)的存在,焊缝金属组织普遍较铸造组织细小,而且与采用的焊接线能量有关;靠近熔合线附近的晶粒粗化及固溶相的析出导致其硬度陡降,成为所谓的"软化区",是接头最脆弱部分,但其宽度及粗化程度较一般MIG电弧焊小,接头拉伸强度为母材的80%左右,断口呈脆性断裂特征。实验结果表明,采用适当的工艺参量,YAG-MIG复合焊接可以在较高的速率下得到高质量的焊接接头,是一种理想的铝合金高效焊接技术。     

TC1合金激光焊接工艺探索

对TC1钛合金激光焊接工艺及接头性能进行研究。通过设计拖罩及专用夹具 ,较好解决了焊接熔池的保护 ,获得了无气孔、裂纹 ,表面无氧化的银白色焊接接头。熔透 1 .5mm的板材 ,焊接速度可达 3m/min .。接头横截面形貌为“沙漏”状。通过组织和力学性能分析发现 ,尽管组织较粗大 ,焊缝仍具有较好的综合性能     

TC11钛合金零件的激光熔化沉积修复研究

结合飞机起动机钛合金叶轮的修复需要,研究了Ti-6Al-3.5Mo-1.8Zr-0.23Si(TC11)钛合金激光熔化沉积修复工艺及界面的组织与力学性能。结果表明,激光熔化沉积TC11钛合金及界面重熔区具有典型的魏氏组织特征,基体热影响区组织逐渐由魏氏组织向双态组织过渡;激光熔化沉积TC11钛合金的抗拉强度高于界面过渡区及基体,而塑性稍低于基体。通过采用逐点熔化沉积的方法对叶轮受损叶片进行了修复,经加工检验后通过了超转试验考核,实现了装机应用。     

TC17 钛合金激光多次冲击强化后组织和力学性能研究

对TC17钛合金激光冲击强化前后的微观组织和力学性能作了对比研究,将TC17钛合金进行同一功率密度下不同次数的激光冲击,分别利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射仪、残余应力测试仪和显微硬度计对激光冲击前后TC17钛合金的微观组织、残余应力和显微硬度进行了观察和测试。试验结果表明:TC17钛合金在不同次数激光冲击后,表面形成了剧烈塑性变形和高密度位错,晶粒细化明显,3 次激光冲击后有纳米晶形成;残余应力和显微硬度都随着冲击次数的增加数值增大,且沿深度方向的变化规律基本相同;与未冲击试样相比,5 次冲击后试样表面显微硬度提高了20.7%,沿深度方向300 m范围内影响明显,表面残余应力达到-644.3MPa,残余压应力影响层深度增加至1.9mm。     

钛合金-不锈钢异种材料激光焊接工艺研究

为了探究钛合金-不锈钢异种金属焊接的特殊性,更好地提升两金属间的焊接性能,采用在钛合金与不锈钢之间加入填充层黄铜进行焊接的新方法,进行了理论分析和实验验证。应用ANSYS有限元分析软件分析得出填充层-黄铜的合理厚度应在0.5mm~0.7mm左右,并基于仿真结果对填充层黄铜厚度为0.5mm~0.7mm的钛钢异种金属焊件进行焊接实验,对焊接试样进行硬度、抗拉性测试及扫描电镜观察。结果表明,填充层黄铜的厚度为0.6mm时,钛合金-不锈钢异种金属激光焊接试样的焊缝形貌和力学性能较好。     

TC4钛合金板激光冲击成形实验研究

首次对TC4钛合金板进行了激光冲击成形实验研究,实现了TC4板的激光冲击成形。并利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了冲击成形后试样组织结构和表层硬度的变化。实验结果表明激光冲击成形技术不但可以实现对TC4钛合金板的成形,而且还可以提高了TC4钛合金板的物理和力学性能。最后通过与SUS304不锈钢成形效果的比较,说明了TC4钛合金比SUS304不锈钢更难成形。     

钛合金薄板激光焊接参数的多目标优化

激光焊接过程产生的焊斑熔深和热影响区宽度直接影响焊接质量。激光焊接过程复杂,影响因素众多,许多参数难以量化。本文以TC4钛合金薄板为实验样品进行脉冲激光焊接实验。利用两个径向基函数神经网络分别预测焊斑熔深和热影响区宽度。将上述两个径向基函数神经网络作为多目标优化算法的目标函数,以提高焊接熔深并减小热影响区宽度。通过模拟退火算法寻求多目标优化所得的非劣解集中的最优解。实验证明,该方法可有效平衡激光焊接过程的焊斑熔深和热影响区宽度。     

TC4表层激光熔覆Fe基合金层组织及性能研究

为了提高TC4合金部件表面的耐磨耐腐蚀性, 采用数字化分析测试、金相显微形貌分析等方法, 研究分析了TC4钛合金表面激光熔覆制备Fe35A涂层的显微组织和综合性能。结果表明, 在激光功率为2.3kW、扫描速率为9mm/s、送粉速率为10g/min的最佳经验工艺参数下, TC4表层制备Fe基合金沉积层的宏观形貌最佳, 金相组织较好, 晶粒细化且均匀分布, 基体与沉积层熔合度高; 沉积层表面洛氏硬度高达40.2HRC, 显微硬度平均高达645.5HV, 沉积层整体力学性能明显高于基体组织。该研究为TC4钛合金表面的高质量修复和再利用提供了实践参考。     

TA17钛合金板材对接焊缝显微组织表征研究

利用电子背散射衍射（EBSD）取向成像技术,对TA17钛合金板材对接焊缝的显微组织、晶界特征和晶体学取向进行表征研究。结果表明其母材呈典型的轧制变形组织,且由α相和少量晶间分布的β相组成,大部分为小角度晶界,为基面织构。热影响区晶粒呈梯度长大分布。在焊接热传导下,热影响区晶粒得到回复和长大,大角度晶界逐渐增多。其织构继承了母材织构的特点,只是织构密度有所减弱。熔区为粗大的α＇马氏体相交织成的网篮状组织,大部分为大角度晶界,织构比较漫散。