热处理对激光成形TC4合金组织及性能的影响

通过对TC4钛合金激光快速成形件沉积态、去应力退火和固溶时效3种状态下的组织进行对比研究，探索改善TC4钛合金激光快速成形组织，提高材料综合力学性能的途径。结果表明，成形件的组织由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大柱状晶组成，柱状晶主轴垂直于激光束扫描方向或略向光束扫描方向倾斜。原始的柱状伊Ti晶粒的微观组织是由极少量针状α，大量的魏氏α板条和一定体积分数的板条间声相组成。沉积态试样经退火处理后α板条有粗化趋势，性能改善不明显，塑性有所提高；经固溶时效热处理后可得到等轴α，网篮α和转变β相的三重混合组织，晶界α相被不同程度地破碎，甚至消失，塑性有明显提高，且强度降低不大，具有良好的综合力学性能。     

连续点式锻压激光快速成形TC11钛合金的组织和力学性能

采用连续点式锻压激光快速成形技术进行了TC11钛合金厚壁零件成形实验,利用OM、SEM等手段研究了连续点式锻压激光快速成形TC11钛合金的组织和力学性能。结果表明,TC11钛合金试样内部的等轴晶晶粒尺寸均匀,平均晶粒尺寸48.7 mm。等轴晶的晶界α相连续,晶内是初生α相板条+β转变组织组成的双态组织。在连续点式锻压激光快速成形过程中,连续点式锻压时,TC11钛合金厚壁零件的表层变形区深度约为1.5 mm,变形量为20%。在连续点式锻压冷变形TC11钛合金上表面沉积新层过程中,当激光束扫描经过时,熔池热影响区中约1 mm厚(4层)冷变形TC11钛合金被加热到钛合金β转变温度之上,并在0.86 s内完成再结晶。力学性能结果表明,与TC11钛合金锻件相比,连续点式锻压激光快速成形的TC11钛合金的强度高,而塑性低。断口形貌分析表明,晶间断裂是导致TC11钛合金塑性差的主要原因。     

激光立体成形Ti60合金组织性能

研究激光立体成形(Laser Solid Formed,LSF)Ti60合金热处理(双重退火980℃,2hAC+650℃,3hAC)前后的组织形成规律,分析其在室温和高温(600℃)下的拉伸性能。研究发现:Ti60合金在激光立体成形过程中由于熔池顶部形成的等轴晶层占有一定的比例,在熔覆新层时未被完全覆盖,在整个熔覆层中呈现出等轴晶的宏观形貌,并出现了层带组织。Ti60合金激光沉积态显微组织为魏氏组织,由大量沿原始等轴β晶界向晶内生长的α板条束和少量板条间β相组成,成形件室温和高温强度分别高于锻造件,室温塑性比锻造件低,而高温塑性超过锻态;经过双重退火后,成形件中的层带组织消失,晶界α相被打断,不连续分布在原始的β晶界处,晶内α板条粗化,并部分球化,这使得室温和高温强度略有下降,但塑性增高,综合力学性能提高。     

热处理对激光沉积TC4组织和性能的影响

通过对激光沉积TC4钛合金沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能及显微硬度进行对比研究,探索改善激光沉积TC4钛合金组织,进而提高综合力学性能的途径。研究结果表明,沉积态试样在970 ℃热处理后初始连续的晶界α相已经彻底破碎;随着固溶时间的延长,球状α相进一步长大且增多,α板条充分生长且显著增大;在970℃固溶2h后再进行时效热处理后,组织是一种由等轴α,网篮α和转变β相构成的三重混合组织,使得组织参数达到最优化。与沉积态和退火态相比,固溶时效处理后的试样,由于组织中的等轴组织起着变形协调的作用,网篮组织可以降低位错的塞积作用进而提高塑性,使得塑性有很大的提高且强度又降低不多,综合力学性能得到显著的提高。激光沉积制造TC4钛合金的沉积态、退火态、固溶时效态和固溶态（固溶温度相同）的显微硬度依次升高,但是当固溶温度进一步提高至相变点以上进行热处理时,由于再结晶后的晶内组织发生了重排,试样的显微硬度将会明显下降。     

热处理对激光增材制造Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr钛合金显微组织和力学性能的影响（英文）

研究热处理对激光增材制造Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr钛合金(TC17)的影响以优化其显微组织和力学性能。研究结果表明,激光增材制造TC17钛合金沉积态样品具有粗大的原始β柱状晶和等轴晶的混合晶粒形貌、晶内超细α片层和连续晶界α相(α_(GB))等典型特征。经α+β两相区840°C预处理和标准固溶时效热处理后,连续晶界α相(α_(GB))粗化并且在其两侧形成不含初生α相(α_P)的晶界无析出区(PFZ)。经单相区910°C预处理后,所有α相完全转变成β单相并且晶界附近溶质元素分布均匀,再经过标准固溶时效热处理形成明显断续的晶界α相(α_(GB))及呈均匀分布的晶内初生α相(α_P)和次生α相(α_S)。两种热处理工艺均可以明显提高激光增材制造TC17钛合金的综合力学性能,达到了TC17锻件航空标准规定值。     

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%。     

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。     

热处理对激光沉积TC4/TC11组织和性能的影响

通过对激光沉积TC4/TC11钛合金直接过渡件沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能、拉伸断口及显微硬度进行对比研究,探索改善激光沉积TC4/TC11钛合金组织,进而提高综合力学性能的途径。研究结果表明,沉积态试样在970 ℃热处理后α板条的长宽比小于沉积态和退火态,两侧组织均呈现典型的网篮组织特征且更为均匀,晶界α相彻底消失,过渡界面基本消失,使得TC4/TC11组织参数最优化;沉积态、去应力退火和固溶时效(最优热处理参数)热处理后试样的拉伸断口为韧性断口且均断在了TC4侧,其中固溶时效热处理后试样强度没有明显降低,塑性得到显著提高,具有良好的综合力学性能;当热处理温度提高到970 ℃(最优热处理参数),该试样沿着整个过渡界面显微硬度值分布最均匀、差异最小,基体与过渡界面处显微硬度值变化也最小。     

氩弧焊修复激光成形TC11钛合金组织及高周疲劳性能

采用氩弧焊对沉积态激光成形TC11钛合金进行修复并进行双重退火热处理.观察分析了修复试样热处理前后各区域的组织,测试了高周疲劳极限并进行分析.结果表明,修复区宏观组织呈柱状晶形貌,热影响区和基材区呈柱状晶和等轴晶交替排列形貌.热处理前修复区和热影响区为超细针状α相分布在β相基体中,基材区为较细的网篮组织;热处理后各区域的微观组织均为板条状初生α相+β相转变组织,修复区初生α相长度显著大于其它区域.修复件高周疲劳极限下降约7.1%.断口分析表明:修复件疲劳源均为修复区气孔,气孔缺陷是疲劳性能下降的主要原因;疲劳源区呈α相解理、β相撕裂形貌.     

三重热处理对热变形后TC4-DT合金微观组织的影响

TC4-DT钛合金经高温恒应变速率变形后,进行三重热处理,具体工艺为:(920~960℃)×1 h水冷(WQ)+(880~920)℃×1h WQ+820℃×1.5 h空冷(AC),观察热处理后的微观组织。结果表明:TC4-DT钛合金950℃变形后,第一重热处理温度越高,初生等轴α相含量越少,在温度为920℃时由等轴α相、针状α'相及β基体组成,960℃时等轴α相完全消失;第二重热处理中,初生α相有减少的趋势,温度越高,减少越快。第二重热处理温度对次生条状α相含量及最终形态也有影响,当二重热温度为920℃时得到的条状α组织更为粗大;经过第三重热处理,条状α相的间距均匀,在条状一次次生α相之间分布有更加细小的二次次生α相。因而采用不同条件的多重热处理制度可以调节材料的微观组织,包括次生α的长度、宽度及次生α片层的数量等,从而可以优化TC4-DT钛合金的微观组织。TC4-DT钛合金950℃高温变形后,经960℃×1 h WQ+880℃×1 h WQ+820℃×1.5 h AC热处理,得到细小均匀的网篮组织;经940℃×1 h WQ+920℃×1 h WQ+820℃×1.5 h AC热处理,得到双态组织。     

Influence of heat treatments on microstructure and mechanical properties of laser additive manufacturing Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr titanium alloy

The effect of heat treatments on laser additive manufacturing (LAM) Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr titanium alloy (TC17) was studied aiming to optimize its microstructure and mechanical properties. The as-deposited sample exhibits features of a mixed prior β grain structure consisting of equiaxed and columnar grains, intragranular ultra-fine α laths and numerous continuous grain boundary α (α_GB). After being pre-annealed in α+β region (840 °C) and standard solution and aging treated, the continuous α_GB becomes coarser and the precipitate free zone (PFZ) nearby the α_GB transforms into a zone filled with ultra-fine secondary α (α_S) but no primary α (α_P). When pre-annealed in single β region (910 °C), all α phases transform into β phase and the alloying elements distribute uniformly near the grain boundary. Discontinuous α_GB and uniform mixture of α_P and α_S near grain boundary form after subsequent solution and aging treatment. The two heat treatments can improve the tensile mechanical properties of LAM TC17 to satisfy the aviation standard for TC17.     

Heat-treated microstructure and mechanical properties of laser solid forming Ti-6Al-4V alloy

The effects of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of laser solid forming (LSF) Ti-6Al-4V alloy were investigated. The influences of the temperature and time of solution treatment and aging treatment were analyzed. The results show that the microstructure of LSFed samples consists of Widmanstätten α laths and a little acicular in columnar prior β grains with an average grain width of 300 µm, which grow epitaxially from the substrate along the deposition direction (Z). Solution treatment had an important effect on the width, aspect ratio, and volume fraction of primary and secondary α laths, and aging treatment mainly affects the aspect ratio and volume fraction of primary α laths and the width and volume fraction of secondary α laths. Globular α phase was first observed in LSFed samples when the samples were heat treated with solution treatment (950°C, 8 h/air cooling (AC)) or with solution treatment (950°C, 1 h/AC) and aging treatment (550°C, above 8 h/AC), respectively. The coarsening and globularization mechanisms of α phase in LSFed Ti-6Al-4V alloy during heat treatment were presented. To obtain good integrated mechanical properties for LSFed Ti-6Al-4V alloys, an optimized heat treatment regimen was suggested.     

梯度热处理对Ti3Al/TC11双合金焊接界面组织和显微硬度的影响

研究经近等温变形的Ti3Al/TC11双合金在梯度热处理前后,焊接界面显微组织和显微硬度的变化。结果表明,Ti3Al侧热影响区的显微组织在梯度热处理前后变化较小是因为晶界α2相较稳定;焊缝区显微组织变化较大,究其原因是近等温变形造成的晶粒破碎和Ti、Al、Nb等原子的扩散,造成α、α2相互制衡,致使不能形成连续晶界α2或晶界α;TC11合金基体经过梯度热处理后从网篮组织转变成等轴组织;显微硬度的提高是因为Ti、Al、Nb扩散,造成α、α2尺寸小、弥散分布所致。     

焊后热处理对异种合金摩擦焊件组织与性能的影响

用金相观察、SEM分析和拉伸试验等方法研究不同的焊后热处理制度对异种合金(Ti2AlNb/TC11)线性摩擦焊接件显微组织与力学性能的影响。结果表明:仅进行时效热处理时,随着保温时间的延长或热处理温度的提高,焊缝两侧热影响区条状α/O相析出量不断增加,焊接接头强度也相应得到提高;固溶及时效热处理后,TC11合金侧热影响区在晶界上析出大量粗条状α相,Ti2AlNb合金侧热影响区晶界主要由条状O相构成,焊接接头强度超出母材TC11合金的强度。     

混合元素法激光立体成形Ti-XAl-YV合金的微观组织演化

研究了混合元素法激光多层沉积Ti-XAl-YV(X≤11,Y≤10)(质量分数,%,下同)合金的微观组织随Al、V元素含量的演化规律。结果发现:随Al、V含量的增加,Ti-XAl-YV合金原始β晶内α域的尺寸和数量逐渐减小,原始β晶内的显微组织逐渐由魏氏组织转化为α和β编织细密的网篮组织,且α板条的尺寸和长宽比显著减小。结合单道多层激光沉积过程热历史循环曲线的计算、合金相变点温度的计算以及Ti-XAl-YV合金的相图分析,研究了单道多层激光沉积Ti-XAl-YV合金α相的形核和生长条件,揭示了微观相结构演化机理。     

固溶时效处理对TC11钛合金显微组织和硬度的影响

研究了在相同时效处理制度下,不同的固溶温度、固溶时间对粗锻态TC11钛合金棒材显微组织和显微硬度的影响。结果表明,对TC11钛合金在相变点以下进行固溶处理时,随着固溶温度的升高,等轴初生α相的含量增多;当固溶温度接近相变点时,等轴初生α相的含量迅速减少;当固溶温度为950 ℃时,随着固溶时间的增加,晶界α相开始长大,片状α相转变为块状α相与等轴α相的混合组织;当固溶时间一定时,TC11钛合金的硬度随着固溶温度的升高呈现出先下降然后逐渐趋于稳定的趋势;在固溶温度为950 ℃,固溶时间为120 min时的硬度达到最高。     

Microstructure and mechanical properties of TA15/TC11 graded structural material by wire arc additive manufacturing process

A graded structural material (GSM) with a material transition from TA15 to TC11 was fabricated by wire arc additive manufacturing (WAAM) method. The grain morphology, chemical composition, microstructure and mechanical properties of the as-deposited GSM were all characterized to investigate their variations along the deposition direction. The results indicate that from TA15 to TC11, the grain size decreases and a transition from columnar grains to equiaxed grains occurs. The content of alloy element alters greatly within a short distance, and the width of the mutation zone is 800 μm. Both TA15 and TC11 regions exhibit basketweave microstructure with α-phase and β-phase. However, during the transition from TA15 to TC11, the α-lath becomes fine, which leads to an increase in microhardness. The tensile test shows that the bonding strength at the interface is higher than the longitudinal strength of TA15, and the lateral elongation at the interface is higher than that of TA15 and TC11.     

热处理对激光立体成形TA15合金组织及力学性能的影响

研究了激光立体成形TA15钛合金沉积态、退火态、固溶时效态以及双固溶时效态4种状态的组织及力学性能。结果表明:沉积态组织为大量不同取向相互交叉的发达魏氏α+β板条,其拉伸性能表现出一定的各向异性。经退火后,显微组织没有明显变化,塑性在强度降低不多的情况下得到了提高。退火态试样具有良好的综合拉伸性能,达到了锻件退火态的拉伸性能标准。经固溶时效处理后可得到粗化的α初+α’组织,成形件的强度显著提高。经双固溶时效后可得到粗化α初+细化α次+α’组织,强度稍有降低。与室温相比,4种状态均呈现出高温强度降低而塑性提高的特点。对于不同的热处理状态,成形试样的洛氏硬度HRC处于30~45范围变化,不同热处理态的硬度变化与拉伸性能中的强度变化趋势一致。