过渡层数对激光沉积制造TC4/TC11连接界面的组织及性能的影响

通过激光沉积制造技术制备了不同过渡层数的TC4/TC11双合金试样,研究不同过渡层数和不同热处理制度对TC4/TC11双合金连接界面的显微组织、拉伸性能和显微硬度的影响。结果表明,过渡层数对组织的形貌影响较大,过渡层数的增加,减少了TC4/TC11双合金试样连接界面的差异,使显微硬度分布均匀;沉积态TC4/TC11双合金过渡处网篮组织差异大,去应力退火后的组织均匀,经固溶时效处理后组织粗大且差异明显;对去应力退火后的试样进行了室温拉伸,随着过渡层数的增多,TC4/TC11双合金试样抗拉强度升高,塑性增强,断口均断在TC4钛合金一侧,证明了TC4/TC11双合金过渡界面性能良好。     

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。     

成分梯度对激光沉积制造TC4/TC11连接界面组织和性能的影响

通过对不同成分梯度激光沉积TC4/TC11钛合金试样沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能、拉伸断口、室温耐磨性能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。结果表明,当固溶时效热处理温度升高至970℃时,TC4/TC11钛合金显微组织中α板条的长宽比更小,其中球状α相和短棒状α相数目明显增多,且具有3层过渡区的显微组织更为均匀有序,过渡界面基本消失;不同成分梯度的固溶时效态试样的强度和塑性随着过渡层数的增加而增加;过渡层为1层和3层试样的摩擦系数曲线相似,过渡层为0层试样的摩擦系数较小,且不同成分梯度的固溶时效态试样磨损机理均主要为剥层磨损和黏着磨损;不同成分梯度试样的硬度排序为:沉积态去应力退火态固溶时效态。     

激光直接沉积TC11/TC17双合金的组织及性能

研究了直接连接及梯度连接两种激光直接沉积TC17/TC11双合金的显微组织及力学性能。结果表明，两种连接方式成形的TC17/TC11双合金均可分为TC17均一成分区、过渡区及TC11均一成分区三个区域，沉积态下，两种连接方式均一成分区显微组织呈层带状周期分布；直接连接TC17/TC11双合金过渡区极窄，两侧化学成分、显微组织在交界处发生突变；梯度连接TC17/TC11双合金过渡区厚度较大，过渡区化学成分呈连续过渡，显微组织受成分变化和热循环双重影响，呈介于TC17和TC11中间态显微组织；直接连接过渡区显微硬度存在突变，梯度连接过渡区显微硬度由TC17侧逐渐过渡至TC11侧；直接连接和梯度连接样品室温拉伸断裂位置均在TC11均一成分区，强度接近，延伸率分散度较大。     

激光直接沉积TC17/TC11双合金的组织及性能

研究了直接连接及梯度连接2种激光直接沉积TC17/TC11双合金的显微组织及力学性能。结果表明,2种连接方式成形的TC17/TC11双合金均可分为TC17均一成分区、过渡区及TC11均一成分区3个区域,沉积态下,2种连接方式均一成分区显微组织呈层带状周期分布;直接连接TC17/TC11双合金过渡区极窄,两侧化学成分、显微组织在交界处发生突变;梯度连接TC17/TC11双合金过渡区厚度较大,过渡区化学成分呈连续过渡,显微组织受成分变化和热循环双重影响,呈介于TC17和TC11中间态显微组织;直接连接过渡区显微硬度存在突变,梯度连接过渡区显微硬度由TC17侧逐渐过渡至TC11侧;直接连接和梯度连接样品室温拉伸断裂位置均在TC11均一成分区,强度接近,延伸率分散度较大。     

真空去应力退火对TC18钛合金残余应力及组织性能的影响

在不同温度和时间下对TC18钛合金进行真空去应力退火处理,研究TC18钛合金真空去应力退火前后力学性能及残余应力的变化规律,观察去应力退火后的金相组织和拉伸断口形貌。结果表明:经真空去应力退火后,TC18钛合金的抗拉强度和屈服强度降低,冲击韧性、断裂韧性、伸长率和断面收缩率提高;残余应力消除效果显著;随着退火温度的升高,合金显微组织呈现规律性变化;当温度达到650℃以上时,α相明显减少,亚稳定β相显著增加,导致其强度下降,与力学性能测试结果相吻合;合金塑性提高,与断口形貌分析一致;最后,得到TC18钛合金的真空去应力退火制度为600～650℃和1～4h。     

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%。     

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%。     

固溶时效对TC20钛合金显微组织和力学性能的影响

对TC20钛合金进行不同的固溶时效处理,通过室温拉伸试验和平面应变断裂韧性试验,结合光学显微镜、扫描电镜和显微维氏硬度计等测试方法,分析了不同的固溶时效处理工艺参数对TC20钛合金显微组织、力学性能和断口形貌的影响。结果表明:当固溶温度一定时,随着时效温度的升高,合金的强度和硬度提高,塑性和韧性下降。当固溶时效工艺为950℃/0.5 h(水冷,WQ)+500℃/4 h(空冷,AC)时,合金可实现良好的强韧性匹配,此时合金的抗拉强度为1106 MPa,屈服强度为1019MPa,断裂韧性高达87.6MPa·m1/2。未经固溶时效处理的锻态TC20钛合金拉伸和紧凑拉伸(CT)试样,其断口呈现典型的韧性断裂形貌特征,而经不同固溶时效处理的试样断口主要以准解理断裂和解理断裂为主。随着时效温度的升高,拉伸试样断口表面逐渐出现二次裂纹和空洞,塑性逐渐降低,CT试样的韧窝尺寸逐渐变小变浅,断裂韧性逐渐降低。     

成形气氛中氧含量对激光沉积TA15钛合金组织及力学性能的影响

采用激光沉积制造技术制备了TA15钛合金厚壁件,通过光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)及拉伸试验对其显微组织、断口及力学性能进行分析,研究成形气氛中氧含量对激光沉积TA15钛合金组织及力学性能的影响。结果表明:随着气氛中氧含量增加,沉积态和退火态试样的显微组织均为典型网篮组织无明显变化。沉积态试样的室温抗拉强度提高而塑性下降,氧含量保持在5×10~(-5)以下能获得较好的综合力学性能。退火态试样的显微硬度低于沉积态且两者均随氧含量增加逐渐提高。室温拉伸断口的断裂机制随着氧含量增加由韧性断裂变为半解理半韧性断裂。     

成分梯度对激光立体成形Ti3Al/TC11连接界面组织和性能的影响

采用激光立体成形制备Ti3Al/TC11双合金件,研究不同过渡区层数即不同成分梯度时Ti3Al/TC11激光烧结连接界面的显微组织、拉伸性能及显微硬度。结果表明,成分梯度对连接界面的组织形貌影响较大,尤其对TC11侧界面的组织影响更为显著。成分梯度对Ti3Al/TC11试样连接界面显微硬度的平均值影响很小,但对其分布的均匀性影响较大。随着过渡区成分梯度的减小,连接界面显微硬度分布的均匀性提高。具有较小成分梯度即10层过渡区的试样综合性能较佳,这与过渡区层数的增多减小了相邻两层之间的成分梯度、缩小连接界面组织形貌的差异,从而提高了连接界面的完整性有关。     

热处理冷却方式对TC10钛合金组织与性能的影响

对不同温度加热后的TC10钛合金棒材进行水冷、空冷、炉冷3种不同冷却方式的处理,通过光学显微镜、扫描电镜以及拉伸性能和冲击性能试验,研究了合金在不同冷却方式下的组织和力学性能。结果表明,TC10钛合金锻棒原始组织中α相有两种形态,一种为初生等轴α相,另一种为次生α相。当加热温度低于相变点时,形成的组织以双态组织和等轴组织为主,当加热温度高于相变点时,合金组织以全片层β转变组织和粗片层β转变组织为主。3种冷却方式下,水冷后合金的强度最大,炉冷后合金塑性最好。合金在炉冷后的冲击性能最高,其次为空冷、水冷。当加热温度在两相区时,3种冷却方式下合金的拉伸和冲击断口形貌包含韧窝和解理面,高低起伏明显;当加热温度在单相区时,合金的拉伸断口形貌为结晶状,撕裂棱明显,冲击断口具有晶间断裂特征。     

热处理对TC4-DT钛合金棒材组织和性能的影响

研究了热处理对TC4-DT合金φ300 mm棒材显微组织、拉伸性能、断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率的影响.结果表明:经800℃×2 hAC简单退火、α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后的TC4-DT的显微组织分别为等轴组织、双态组织和片状组织.等轴组织具有较好的拉伸性能、低的断裂韧性和高的疲劳裂纹扩展速率:双态组织与等轴组织相比较,具有较好的拉伸性能,较高的断裂韧性和较低的疲劳裂纹扩展速率:片状组织的拉伸强度低于双态组织和等轴组织,塑性最低,断裂韧性和疲劳裂纹扩展速率与双态组织的基本相同.总体来说,TC4-DT合金经α+β相区固溶+时效、β相区固溶+时效处理后可获得R_m≥3825 Mpa,R_(P0.2)≥750 Mpa,A_5≥8%,K℃≥90 Mpa ,疲劳裂纹扩展速率小于8×10~(-6)～9×10~(-6) mm/cycle的综合性能.     

Microstructure and high-temperature mechanical properties of laser beam welded TC4/TA15 dissimilar titanium alloy joints

The microstructure evolution and high-temperature mechanical properties of laser beam welded TC4/TA15 dissimilar titanium alloy joints under different welding parameters were studied. The results show that the weld fusion zone of TC4/TA15 dissimilar welded joints consists of coarsened β columnar crystals that contain mainly acicular α′ martensite. The heat affected zone is composed of the initial α phase and the transformed β structure, and the width of heat affected zone on the TA15 side is narrower than that on the TC4 side. With increasing temperature, the yield strength and ultimate tensile strength of the TC4/TA15 dissimilar welded joints decrease and the highest plastic deformation is obtained at 800 °C. The tensile strength of the dissimilar joints with different welding parameters and base material satisfies the following relation (from high to low): TA15 base material > dissimilar joints > TC4 base material. The microhardness of a cross-section of the TC4/TA15 dissimilar joints reaches a maximum at the centre of the weld and is reduced globally after heat treatment, but the microhardness distribution is not changed. An elevated temperature tensile fracture of the dissimilar joints is located on the side of the TC4 base material. Necking occurs during the tensile tests and the fracture characteristics are typical when ductility is present in the material.     

TC4/Ti60合金钎焊接头界面组织及力学性能

采用TiZrNiCu非晶钎料实现了TC4和Ti60异种钛合金的真空钎焊连接,利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)等分析手段研究了钎焊工艺参数对接头界面组织结构及力学性能的影响. 结果表明,TC4/TiZrNiCu/Ti60钎焊接头的典型界面结构为:TC4/α-Ti+β-Ti+(Ti,Zr)2(Ni,Cu)/Ti60. 随着钎焊温度升高或保温时间延长,片层状α+β相逐渐填充整条钎缝,(Ti,Zr)2(Ni,Cu)相含量减少且分布更加均匀. 接头室温抗拉强度随钎焊温度或保温时间的增加均先增大后减小,在990 ℃/10 min钎焊条件下所获接头抗拉强度达到最大为535.3 MPa. 断口分析结果表明,断裂位于钎缝中,断裂方式为脆性断裂.     

固溶温度对3D打印TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

对3D打印TC4钛合金进行不同温度固溶+490 ℃时效处理,通过显微组织观察和力学性能试验对其微观组织和力学性能进行了研究。结果表明,3D打印TC4钛合金在原始沉积态时为不均匀的网篮组织,经固溶时效处理后,随着固溶温度的升高,组织中α相先以片状的形式生长于完整的原始晶界附近,再逐渐转变为粗大的板条状,强度逐渐升高而塑性有所降低,当固溶温度为920 ℃时,强度达到最大值,为1100 MPa。当固溶温度超过960 ℃时,α相逐渐被溶解,强度逐渐下降,同时塑性也表现较差。经扫描电镜观察,不同固溶温度下拉伸断口的宏观形貌均呈暗灰色,经890~960 ℃固溶+490 ℃时效处理的TC4钛合金,其微观形貌中存在的大量韧窝,可以判断出其断裂机制为韧性断裂。结合不同固溶时效处理后钛合金的显微组织及力学性能变化可以得出,经920 ℃固溶+490 ℃时效处理后的3D打印TC4钛合金具有较好的综合力学性能。     

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。     

Influence of hot isostatic pressing on microstructure,properties and deformability of selective laser melting TC4 alloy

The influence of different hot isostatic pressing regimes on microstructure, phase constitution, microhardness, tensile properties and deformability of TC4 alloy fabricated by selective laser melting (SLM) technology was studied. The results show that the microstructure of SLM TC4 alloy is composed of acicular martensite α' phase, and the sample exhibits high microhardness and strength, but low plasticity. After hot isostatic pressing, acicular martensite α' phase transforms into α+β phase, and with the increase of hot isostatic pressing temperature and duration, α phase with coarse lath is gradually refined, and the proportion of α phase is gradually reduced. Because of the change of phase constitution in SLM TC4 alloy after hot isostatic pressing, the grain refinement strengthening is weakened, the density of dislocation is reduced, so that both microhardness and tensile strength are decreased by around 20%, the elongation is increased by more than about 70%, even over 100%, compared with as-deposited TC4 alloy. When the hot isostatic pressing regime is 940℃/3 h/150 MPa, the tensile strength and the elongation achieve optimal match, which are about 890 MPa and around 14.0% in both directions. The fracture mechanism of alloy after 940℃/3 h/150 MPa HIP is dultile fracture. Hot isostatic pressing causes concave deformation of SLM TC4 alloy thin-walled frames, and the deformation degree increases with the increase of temperature.