退火温度对激光沉积TA15合金组织及性能的影响

以TA15钛合金球状粉末为原料,利用激光沉积制造技术制备了TA15钛合金厚壁件。研究了不同的退火温度对激光沉积TA15钛合金的拉伸力学性能及显微组织的影响,分析了经不同温度退火后合金的断裂机理以及晶界两侧α团簇的变形机制。结果表明,经退火处理后的合金显微组织中α相排列有序,α片层厚度随退火温度的变化不大;显微硬度值受α相含量影响,但随退火温度变化不大;晶界两侧α团簇变形机制不同;裂纹易在β相处萌生并扩展;沿着沉积方向和垂直于沉积方向上的合金拉伸断裂机制不同,分别为韧性断裂和半韧性半解理断裂。     

退火温度及保温时间对激光沉积制造TA15钛合金微观组织和显微硬度的影响

以TA15钛合金球状粉末为原料,TA15钛合金锻件为基材,利用激光沉积制造技术成形TA15钛合金厚壁件。利用光学显微镜（OM）、扫描电子显微镜（SEM）以及显微硬度仪等方法研究退火温度及保温时间对激光沉积TA15钛合金显微组织和显微硬度的影响。结果表明:退火温度相同时,随着退火温度的升高,保温时间越长,相就越能充分生长。退火保温时间越长,相宽度越大。退火温度及退火保温时间影响相体积百分比含量,相百分比含量随退火时间延长而增多。相在不同保温时间下存在不同的生长方向。显微硬度值与相体积百分比含量具有一定关系,相体积百分比含量增多时,显微硬度值变大。     

连续点式锻压激光快速成形TA15钛合金热处理组织与性能

采用连续点式锻压激光快速成形技术制备了TA15合金厚壁件,研究了不同退火温度对连续点式锻压激光快速成形TA15合金的显微组织以及室温拉伸力学性能的影响。分析了连续点式锻压塑性变形区大小及所制备TA15合金显微组织的形成机理,解释了退火过程中TA15合金层片组织转变为等轴组织的原因。实验结果表明,随着退火温度的升高,TA15合金退火组织等轴α晶粒体积分数越高,且晶粒尺寸越大,同时退火TA15合金强度降低、塑性升高。     

激光快速成形TA15钛合金热处理组织及其力学性能

采用激光快速成形方法制备了TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金厚壁件,研究了不同退火温度对激光快速成形TA15钛合金组织和室温拉伸力学性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,粗大β晶内的初生α相板条体积分数减少,而β转变组织体积分数增加,且β转变组织形貌由板条状(β)→层片状(α+β)→细层片状(α+β)转变。力学测试结果表明,经940 ℃/1 h,空冷热处理后,激光快速成形TA15钛合金室温拉伸力学性能达到最优;而当退火温度大于等于970 ℃时,其室温拉伸力学性能大幅度降低,拉伸断口扫描电镜(SEM)照片表明,室温拉伸断裂为脆性断裂。     

热等静压对激光直接沉积Ti60 合金组织与拉伸性能的影响

利用激光直接沉积技术成形Ti60 合金,研究热等静压双重退火对激光直接沉积Ti60 合金缺陷、组织及拉伸性能的影响。结果表明:激光直接沉积Ti60 合金存在气孔和未熔合两种缺陷,经热等静压处理后,气孔和尺寸较小的未熔合缺陷消除;沉积态试样底部和中部为柱状晶,顶部为等轴晶,显微组织为魏氏组织,由板条和板条间组成;经热等静压双重退火处理后,晶界消融,大部分原始晶界消失,板条粗化,长宽比减小,显微组织变为网篮组织;与锻件相比,沉积态试样拉伸强度较高,塑性较低,经热等静压双重退火处理后,其塑性达到了锻件标准。     

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。     

激光增材修复TC4钛合金不同方向组织及性能研究

对TC4钛合金激光增材修复试样进行不同方向的组织、显微硬度及室温拉伸性能分析。结果表明：激光增材修复区为典型的网篮组织，增材高度方向增材区为细密的网篮组织，倾斜方向增材区的网篮组织内包含部分等轴α相，扫描方向试样由于热量累积少，散热快，且靠近结合区，由大量细长α板条以及部分针状α′组成。增材区显微硬度以扫描方向试样为最大，约为345 HV,比增材高度方向和倾斜方向试样高出4.1%;扫描方向试样结合区的显微硬度最高，达到362 HV。不同方向试样室温拉伸性能存在各向异性，扫描方向试样抗拉强度高，塑性略低，增材高度方向和倾斜方向试样抗拉强度低，塑性略高。断口均表现出韧性断裂。     

激光熔化沉积TC11钛合金的组织与力学性能

再现大型结构件实际成形热过程,研究了激光熔化沉积TC11钛合金的组织特征与力学性能。结果表明,沉积态试样的粗大柱状晶内α+β网篮组织比等轴晶内的更均匀、细小,等轴晶内分布有大片α集束区,晶界处产生了大量连续α相;由于后续沉积层对已沉积层的表层重熔及热处理效应,层间过渡区产生了明显的α相粗化,α相比例增加,因此沉积态试样的室温力学性能各向异性显著。经过950℃保温1 h和550℃保温2 h的双重退火后,退火态试样晶界处的连续α相几乎完全破碎,α+β网篮组织分布更加均匀,室温力学性能各向异性完全消除,塑性大幅增强,综合力学性能基本与锻造态的一致。     

激光增材连接TA15钛合金显微组织及力学性能研究

针对某大型复杂整体钛合金构件的激光增材制造，开展了激光增材连接TA15钛合金结构样件的制备，分析了整个结合区的组织及力学性能。结果表明：激光增材连接TA15钛合金结合区的冶金质量良好，连接区的凝固组织是从母材本体外延生长的粗大β柱状晶，显微组织是与母材本体基本相同的超细α+β网篮组织。从低倍照片中可观察到连接区与母材本体的分界线，但高倍金相照片中表面分界线两侧钛合金的显微组织无明显差异。对结合区不同方向的室温拉伸、室温冲击和室温断裂韧度性能进行了测试，并与母材本体的相应性能进行了对比，发现激光增材连接TA15钛合金结合区的力学性能可达到母材本体性能的100%，结合区横向的室温抗拉强度、伸长率、冲击韧性和断裂韧性分别为1046 MPa、7.2%、33.17 J/cm²和78.2 MPa·m^1/2。该结果表明激光增材连接工艺可用于大型整体钛合金构件的高性能制造。     

感应预热对激光沉积修复TA15钛合金显微组织和残余应力的影响

利用6 kW光纤激光器的激光沉积修复系统和电磁感应加热设备,采用TA15钛合金粉末在基板未预热和预热到200℃、400℃时分别进行激光沉积修复实验。利用光学显微镜、显微硬度计、压痕法应力测试仪对激光沉积修复试样的显微组织、显微硬度、残余应力进行测试分析,得到不同预热温度对激光沉积修复显微组织、显微硬度、残余应力的影响规律。结果表明:随着感应预热温度的升高,片层组织变得粗大,初生相生长更加充分;组织分布均匀化,显微硬度轻微降低;残余应力明显减小。为感应加热辅助激光沉积修复提供指导依据。     

激光沉积Ti65钛合金的显微组织与各向异性研究

采用激光沉积制造技术制备了Ti65钛合金试样，并对其进行了退火热处理，分析了试样不同截面/方向的显微组织和力学性能。结果表明：激光沉积Ti65试样沿沉积方向形成了粗大的柱状晶和平行分布的层带结构，层带中的α板条粗化明显；垂直于沉积方向的截面呈等轴晶结构；不同截面的显微组织均为片层组织。退火后，不同截面的晶界断续，α板条粗化，显微组织均为网篮组织，显微组织的各向异性不明显。沉积态试样沿沉积方向和垂直于沉积方向的抗拉强度分别为1015 MPa和1055 MPa，伸长率分别为11.4%和8.4%；退火后，沿沉积方向和垂直于沉积方向的抗拉强度分别为1025 MPa和1079 MPa，伸长率分别为12.7%和10.5%。沉积态试样沿沉积方向的显微硬度比垂直于沉积方向低约20 HV0.2；退火后，不同方向的显微硬度接近并约为400 HV0.2。退火后激光沉积Ti65综合力学性能的各向异性趋于弱化。     

热处理对激光熔化沉积TA15钛合金组织及压缩性能的影响

以真空等离子旋转电极雾化TA15钛合金粉末为原料,利用激光熔化沉积快速成形技术制备TA15钛合金板材.在α+β两相区内对合金进行退火热处理,研究热处理温度对合金组织、硬度及抗压强度的影响,分析了经不同温度退火后合金的断裂机理.结果表明:试样经两相区退火热处理后呈现出一种特殊的双态组织,初生α相的含量随热处理温度的升高而逐渐降低,且初生α片端的"叉形"形貌越来越明显;在两相区上部热处理后的试样,初生α相呈"竹节"状;试样的平均硬度值随热处理温度的升高变化不大,硬度值较稳定;试样的压缩强度对热处理温度的变化不敏感,断裂机制为延性断裂.因此,可通过在较大温区范围内调整热处理工艺来获得优异的综合力学性能.     

激光沉积TA15钛合金显微组织及高周疲劳性能研究

对激光沉积TA15钛合金显微组织进行研究,并分析了室温下高周疲劳裂纹的萌生和扩展特性。采用光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）分析了试样疲劳断口以及纵截面显微组织形貌。研究表明,激光沉积宏观组织呈现定向生长的柱状晶形貌,晶粒内部为细小的网篮组织,经过双重退火后,网篮组织有粗化趋势。疲劳源区存在与集束尺寸相当的解理断裂平面,稳定扩展区疲劳裂纹扩展路径曲折,这与片层组织中集束位向不同有关,一定区域内疲劳裂纹平行片层或近似垂直片层扩展,扩展区的二次裂纹有助于扩展能量的消耗,提高疲劳寿命。     

激光成形修复Ti60合金组织与性能研究

利用金相分析、维氏硬度、X射线衍射、室温和高温(600℃)静载拉伸等方法,对整体叶盘候选材料Ti60合金进行激光成形修复组织与性能的研究.研究发现:激光成形修复后,修复区与锻件基体形成致密的冶金结合,热影响区的组织从锻件的双态组织逐步过渡到激光修复区的魏氏组织.激光成形沉积态修复区的硬度高于锻件基体,热影响区的硬度处于两者之间,经过退火(650℃,2h/空冷),激光修复区硬度减小;激光修复结合面测试试样室温和600℃高温拉伸测试都断裂在锻件基体;不同修复体积(10%,20%、50%和80%)的试样室温和高温(600℃)强度高于锻造态,室温塑性比锻造态低,而高温塑性与锻造态相当.     

热处理对激光选区熔化成形TC11钛合金组织性能的影响

研究了退火温度和保温时间对激光选区熔化(SLM)成形TC11钛合金组织性能及断裂机制的影响。结果表明:SLM成形TC11钛合金沉积态的组织为针状马氏体,显微硬度为402 HV_(0.5),抗拉强度和断后伸长率分别为1557 MPa和2.5%,表现出高强度、低塑性的特点。经850℃/4 h和950℃/4 h退火后,组织分别为细密的α+β混合组织和α+β网篮组织,硬度和强度降低,断后伸长率升高;且断裂模式由沿晶断裂转变为韧性断裂,这与断后伸长率的变化规律一致。经950℃退火后,随退火时间缩短,α片层越细密,且晶界α相由连续分布转变为非连续分布,导致抗拉强度和断后伸长率同时增加。经950℃/1 h退火后,可获得强度和塑性匹配较佳的TC11钛合金,其抗拉强度和断后伸长率分别为1051 MPa和19.8%。     

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。     

激光熔化沉积TC17钛合金光纤激光焊接特性

利用光纤激光对激光熔化沉积TC17钛合金与锻造TC17钛合金薄板进行了激光热导熔化焊接,利用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪和显微硬度计分析了接头的组织结构及显微硬度分布。结果表明,TC17钛合金激光熔化沉积件及锻件薄壁板状试样激光焊接接头凝固组织为沿未熔母材外延定向生长的细小树枝晶组织。锻造钛合金焊缝热影响区(HAZ)大且热影响区β晶粒发生了严重的长大现象,而激光熔化沉积钛合金焊缝热影响区小且热影响区β晶粒尺寸几乎无明显变化,表现出优异的焊接热稳定性。无论锻造钛合金还是激光熔化沉积钛合金,其焊缝区显微硬度高于母材,热影响区显微硬度低于母材。     

激光沉积修复某型飞机垂尾梁研究

针对某型飞机垂尾梁误加工损伤进行了激光沉积修复研究,根据其服役时受力特点设计了力学性能试样,对不同沉积修复试样及同批锻件基材进行室温静载拉伸对比实验,同时对修复试样显微组织、硬度进行分析及测试。结果表明:沉积修复区组织为细小/片层组织,无明显缺陷,修复区与修复基体形成致密的冶金结合;修复区至修复基体显微硬度分布呈逐步降低的趋势,修复区显微硬度相对修复基体提高约12%;无论修复试样标距中心是否预制孔,修复试样室温静载抗拉强度均高于锻件基材,但塑性比锻件基材略低;同时,在优化垂尾梁修复工艺参数的基础上,对沉积修复试样侧边塌边缺陷产生的原因进行分析并给出解决措施,以期消除塌边缺陷提高修复质量。     

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。     

激光熔化沉积Ti_2AlNb基合金的显微组织和拉伸性能

通过激光熔化沉积同步输送的Ti-22Al-25Nb合金粉末,在TA15钛合金基板上制备出Ti2AlNb基合金薄壁试样,分析了沉积态和热处理态Ti2AlNb基合金的微观组织、相组成,测试了沿沉积扫描方向热处理态材料在室温25℃和高温750℃下的拉伸性能。结果表明,激光熔化沉积Ti2AlNb基合金组织致密,沉积态和热处理态均由B2,α2和O相组成,热处理状态下,激光熔化沉积Ti2AlNb基合金室温和750℃下抗拉强度分别为1012 MPa和702MPa,延伸率分别为1.8%和2.2%。