激光沉积制造TC4/TC11直接过渡界面组织及性能研究

通过激光沉积制造(LDM)技术制备了TC4/TC11双合金直接过渡试样,并对其进行了去应力及固溶时效热处理。采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、万能试验机和硬度计对试样的显微组织和拉伸断口进行了观察,并对其拉伸性能和显微硬度进行了测试及分析。结果表明,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,TC4/TC11双合金直接过渡处的抗拉强度与TC4抗拉强度相近,TC4/TC11双合金直接过渡处的塑性低,拉伸断口为韧性断口,室温拉伸的断口均断在TC4钛合金一侧,证明了TC4/TC11双合金直接过渡界面的性能良好;对该双合金直接过渡处的组织分析解释了其硬度变化的趋势。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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%。     

电弧沉积制造TC4钛合金的组织和力学性能研究

利用钨极氩弧沉积制造技术制备了TC4钛合金试样,研究了电弧沉积制造TC4钛合金的显微组织和力学性能。分析表明:电弧沉积制造TC4钛合金组织宏观上呈以基材为基底的外延连续生长的粗大柱状晶特点,由α相和β相组成,但α相随位置的不同形貌有差别,在上部位置呈粗大针状魏氏体组织,在中部呈粗化了的层片状网篮组织,在下部呈针状+层片状混合组织。显微硬度测试表明:沉积成形件硬度较高,且越靠近试样表面硬度越大。室温拉伸测试显示,沉积态试样具有明显的各向异性特点,沿焊接水平方向拉伸强度较高,沿沉积高度方向拉伸塑性较好,且所有测试试样均具有超过锻造TC4合金的强度和塑性指标。     

变形量对激光立体成形Ti_3Al/TC11过渡区显微硬度及合金元素扩散的影响

对激光立体成形制备的Ti_3Al/TC11双合金件进行了近等温锻造,研究了经不同程度变形后过渡区的显微硬度及其合金元素的扩散情况。结果表明:经过近等温锻造后,无论所采用的变形量大与小,Ti_3Al/TC11过渡区及其两侧的显微硬度值均显著降低,且差异减小,分布趋于均匀。变形量对过渡区显微硬度及其合金元素的扩散均有显著影响。随着变形量的增大,沿整个试样过渡区的显微硬度值均增大,且其分布的均匀性提高;随着变形量的增大,过渡区及与基体交界处的合金元素浓度梯度减小,扩散比较充分。这与随着变形量的增大,使得激光成形时所形成的粗大柱状组织被充分破碎,β晶界消失,α相和α_2相呈现出细小等轴的组织形态有关。     

退火对海绵钛/电解钛熔炼TC4合金铸锭轧制板材组织性能的影响

以海绵钛和电解钛分别作为熔炼TC4钛合金的原材料,将熔炼后的铸锭进行热轧并退火处理,研究不同原料铸锭轧制的TC4合金板材退火处理后的组织与力学性能。结果表明:去应力退火对电解钛与海绵钛TC4合金板材组织的影响不大。再结晶退火后,电解钛与海绵钛TC4合金板材均有再结晶的等轴α相,而电解钛TC4合金的等轴化程度更高,内部组织更均匀。海绵钛TC4合金板材在经550 ℃退火处理后的应力去除效果比电解钛TC4合金的好,其强度略微降低,而塑性提升更为明显。电解钛TC4合金板材在经过800 ℃退火处理后的再结晶效果比海绵钛TC4合金好,其强度略微降低,而塑性得到极大的提升。两种钛合金板材退火后板材的断裂方式皆为韧性断裂。海绵钛TC4合金板材经退火后硬度降低,而电解钛TC4合金板材经退火后硬度增加。     

去应力退火对TC18和TC21钛合金吸氢含量的影响

在井式空气炉内按GJB 3763A—2004标准的最高温度和最长保温时间对TC18和TC21钛合金进行了去应力退火,研究了空气炉去应力退火对TC18和TC21钛合金吸氢含量的影响。结果表明:与去应力退火前相比,TC18钛合金经空气炉去应力退火后氢含量有所增加,而TC21钛合金氢含量反而降低。经去应力退火后,TC18和TC21钛合金的氢含量分别为0.0029%和0.0025%,远小于材料规范要求的氢含量(＜0.015%);随表层至中心(深度变化),氢含量未见明显的规律性变化,里层氢含量与表层氢含量相差不大。从吸氢量考虑,该两种钛合金均可采用空气炉进行消除应力热处理。     

高氧TC4/TC17钛合金线性摩擦焊接头组织特征及力学性能

对高氧TC4/TC17异质钛合金进行线性摩擦焊试验,研究了焊接接头各区域组织特征、焊接界面合金元素扩散行为及力学性能. 结果表明,焊接过程中焊缝区发生了相变及动态再结晶,形成细小的等轴晶粒. 高氧TC4侧焊缝区形成针状马氏体,TC17侧形成亚稳定β相;两侧热力影响区晶粒均发生了破碎,沿着振动方向拉长. 焊后冷却阶段在焊合线附近出现合金元素扩散现象,扩散区域狭窄. 焊缝中心处显微硬度值最高达到420 HV,高氧TC4侧显微硬度随着靠近母材而逐渐降低;TC17侧显微硬度随着远离焊缝中心迅速升高. 拉伸性能测试结果表明,接头抗拉强度与高氧TC4母材相当.     

退火温度对EB熔炼低成本TC4钛合金宽厚板组织和性能的影响

采用EB炉一次熔炼TC4合金扁锭作为直轧坯料,在4200 mm宽厚板轧机上成功制备出规格46 mm×2650 mm×8700 mm的低成本TC4合金宽厚板,研究了退火温度对低成本TC4合金板材显微组织和力学性能的影响。结果表明:EB熔炼TC4合金扁锭经过两火换向轧制,粗大铸态组织得到充分破碎,热轧态TC4合金板材显微组织中等轴α或条状α含量较高,横纵向室温拉伸性能差异小,横向室温冲击吸收能量小于纵向,横纵向心部强度均高于表层。TC4合金板材经750~900 ℃退火,横纵截面为等轴组织,经950 ℃退火,横纵截面为双态组织,经980 ℃退火,横截面为双态组织,纵截面为魏氏组织。随着退火温度升高,TC4合金板材抗拉强度和规定塑性延伸强度呈下降趋势,伸长率基本不变,室温冲击吸收能量先升高后降低,900 ℃退火后,强度、伸长率和冲击吸收能量达到最佳匹配。     

连续铸造法制备大块非晶合金

研究了经真空电子束焊连接而成的Ti3Al/TC 11合金在经过近等温锻造及不同制度的热处理后,连接界面的高温拉伸性能.结果表明,Ti3Al/TC 11合金在500～600℃的高温拉伸性能差异较小,说明Ti3Al/TC 11合金在此温度范围的高温拉伸性能比较稳定,可安全服役,尤其是以变形40％近等温锻造+梯度热处理的合金高温拉伸性能较佳,这和变形程度与组织中晶粒的形态、大小及分布有关.虽然焊接过程中在焊缝区形成了一些金属间化合物,但由于随后经过了近等温锻造和热处理,可在一定程度上使其破碎、重新分布而得到均匀细小的组织,因此改善了焊接界面的组织,提高了焊接界面的高温拉伸性能.     

改善低氧TC4-LC及重熔TC4钛合金性能的热处理工艺

通过显微组织分析和力学性能测试,研究了退火、固溶、固溶+时效、β热处理等热处理工艺对自产低氧TC4-LC钛合金和重熔的高氧TC4钛合金组织和性能的影响。结果表明,氧含量对合金力学性能的影响显著,相同成分下力学性能取决于微观组织;热处理只能在一定程度上提高低氧TC4-LC合金的力学性能,不能满足TC4钛合金的力学性能要求;重熔TC4钛合金经不同制度热处理后,强度大幅度提高,塑性除退火处理后有所提高,其它热处理不同程度降低,退火和固溶+时效处理后的力学性能均可以满足TC4钛合金力学性能的要求。     

镍铝青铜过渡层对钛合金/不锈钢异种材料激光焊接头组织与力学性能的影响

对3?mm厚TC4钛合金/15-5PH不锈钢异种材料进行了添加镍铝青铜(nickel?aluminum?bronze,NAB)过渡层的激光填充材料焊接,研究了NAB过渡层对接头成形、微观组织与力学性能的影响.?结果表明,添加NAB过渡层的TC4钛合金/15-5PH不锈钢异种材料激光焊接获得了良好成形的全熔透接头,接头抗...