退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金组织和性能的影响

以TA15钛合金粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金拉伸试样厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究退火温度及沉积方向对TA15钛合金组织、拉伸性能的影响,以及α相变形机制。结果表明:随着退火温度升高,显微组织中α相长宽比呈上升趋势;激光沉积成形TA15钛合金厚壁件在沉积和垂直沉积方向上的力学性能存在差异,沉积方向上的抗拉强度明显均低于垂直沉积方向上的抗拉强度;柱状晶晶界对α片层的受力变形有一定的阻碍作用;α片层通过挤压变形和滑移变形两种机制发生变形或断裂;2种方向上拉伸断裂方式不同,沿沉积方向上断裂为韧性断裂,沿垂直沉积方向上断裂为半解理半韧性断裂。     

激光沉积TA15钛合金退火处理工艺及网篮组织变形机制

以TA15钛合金球形粉末为原料,采用激光沉积制造技术制备TA15钛合金厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等方法研究了α+β两相区退火处理对TA15钛合金室温拉伸性能和显微组织的影响,并对网篮组织在拉伸过程中的变形机制进行讨论。结果表明:经α+β两相区不同温度退火后,显微组织为网篮组织或近网篮组织,退火温度对α相的形貌尺寸具有明显影响;退火后力学性能仍表现出方向上的各向异性:沉积方向上强度较低、塑性较好,而垂直沉积方向上强度高、塑性较差;粗大的层带区组织滑移变形具有"开路"作用,而柱状晶晶界对α相的滑移产生一种"固定"作用;显微硬度值随退火温度升高变化不大,显微硬度值受α相含量影响;网篮组织中的α片层组织在应力的作用下由原来近似正交方向逐渐向近似平行于应力方向变形,α片层组织的交错排列导致滑移变形时互相产生阻力;α+β两相区退火处理后的2种方向上断口形貌相似,断裂方式相同,均为韧性断裂。     

激光沉积TA15钛合金退火处理工艺及网篮组织变形机制研究

以TA15钛合金球形粉末为原料,采用激光沉积制造技术制备TA15钛合金厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等方法研究了α+β两相区退火处理对TA15钛合金室温拉伸性能和显微组织的影响,并对网篮组织在拉伸过程中的变形机制进行讨论。结果表明：经α+β两相区不同温度退火后,显微组织为网篮组织或近网篮组织,退火温度对α相的形貌尺寸具有明显影响；退火后力学性能仍表现出方向上的各向异性：沉积方向上强度较低,塑性较好,而垂直沉积方向上强度高,塑性较差；粗大的层间区组织滑移变形具有“开路”作用,而柱状晶晶界对α相的滑移产生一种“固定”作用；显微硬度值随退火温度升高变化不大,显微硬度值受α相含量影响；网篮组织中的α片层组织在应力的作用下由原来近似正交方向逐渐向近似平行于应力方向变形,α片层组织的交错排列导致滑移变形时互相产生阻力；α+β两相区退火处理后的两种方向上断口形貌相似,断裂方式相同,均为韧性断裂。     

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。     

α+β区退火对激光沉积TA15钛合金组织及硬度的影响

以TA15球形粉末为原料,TA15钛合金锻件为基材,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金沉积厚壁件。通过光学显微镜、扫描电镜及显微硬度计研究了α+β相区退火处理过程中激光沉积TA15钛合金的显微组织及硬度。结果表明:激光沉积TA15钛合金沉积态宏观组织为贯穿多个沉积层的柱状晶,微观组织为网篮组织。随退火温度升高,α相的生长过程为先生长然后互相截断,并在退火处理过程中局部阶段性地重复这一过程。随着退火温度的升高,α相的长度呈现出波浪变化,宽度呈现出上升趋势,长宽比呈现出下降趋势,且α相的含量先升高后降低。较大长宽比的α片层组织会对滑移产生阻碍,导致显微硬度值增大;较小长宽比的α片层组织会使显微硬度值降低。     

扫描方式和退火热处理对激光快速成形TA15钛合金组织与性能的影响

分别采用单向扫描和编织扫描方式,激光快速成形了两个TA15钛合金厚壁零件,研究了扫描方式、退火热处理对TA15钛合金组织和拉伸力学性能的影响。结果表明,激光快速成形TA15钛合金具有良好的金相组织热稳定性。编织扫描方式可显著细化TA15钛合金的金相组织,与单向扫描方式制备的TA15钛合金相比,编织扫描方式制备的TA15钛合金具有更高的力学性能。两种扫描方式制备的TA15钛合金,其沉积态和热处理态的拉伸性能具有各向异性,经940℃/1 h/AC热处理后,两种扫描方式制备的TA15钛合金沿水平方向和垂直方向的拉伸力学性能均超过TA15钛合金退火锻件的力学性能标准。     

热处理对激光沉积Ti60A高温钛合金组织及性能的影响

采用激光熔化沉积方式成形了近α高温钛合金Ti60A厚壁板材,分析了凝固组织形成机理。结果表明,激光沉积Ti60A合金的凝固组织由沿沉积方向定向生长的柱状晶组成,晶内是均匀分布的细小网篮组织。在α+β两相区上部和α单相区进行双重退火热处理,系统研究了双重退火温度对显微组织和力学性能的影响。结果表明,合金经过双重退火热处理后,获得了具有"蟹爪"状初生α相和细片层状β转变组织的"特殊双态组织",同时降低第一次退火温度能够消除连续晶界α相。因片层间β相具有良好的协调变形能力,双重退火处理可以提高合金塑性。     

退火温度对TA31钛合金大口径无缝管组织与性能的影响

利用真空自耗电弧炉+电子束冷床炉熔铸了Ti-6Al-3Nb-2Zr-1Mo(TA31)钛合金圆锭,通过铸坯直接斜轧穿孔制备出ø178 mm×12 mm大口径无缝管,研究了不同退火温度(800、850、900、950 ℃)对TA31钛合金组织演变和力学性能的影响。结果表明:轧制态无缝管为变形的魏氏组织,主要由片层状α相集束和原始β相晶界组成;退火处理后,片层状初生α相减少,原始β相晶界消失,组织逐渐均匀化,但当退火温度超过900 ℃后,α相集束粗化并转变为网篮组织;随退火温度的升高,抗拉强度与屈服强度先略微降低后缓慢增大,而伸长率呈先增大后减小趋势,断口形貌由韧性+准解理混合型断裂逐渐变为韧性断裂再转变为韧性+准解理混合型断裂。综合分析认为,短流程制备的TA31钛合金大口径无缝管适宜退火温度为900 ℃左右,此时抗拉强度、屈服强度和伸长率平均值分别为873 MPa、785 MPa和12.8%。     

激光熔化沉积快速成形TA15钛合金电子束焊接头力学性能与组织

为了进一步探索激光熔化沉积快速成形TA15钛合金的焊接性能,通过对激光熔化沉积快速成形钛合金之间以及与普通板材TA15钛合金电子束焊接的研究,获得了电子束焊接头力学性能与显微组织。结果表明:在力学性能方面,激光熔化沉积快速成形制造TA15接头力学性能优良,焊接系数大于0.9;在组织方面,激光熔化沉积快速成形TA15之间、激光熔化沉积快速成形和板材TA15之间焊缝中心的显微组织均为网篮组织,拉伸断裂呈韧性断裂特征。     

退火温度对激光熔化沉积TA15钛合金组织和性能的影响

采用激光熔化沉积工艺制备TA15钛合金棒材和板材.利用OM、SEM和TEM等方法研究退火温度对棒材组织和板材性能的影响.结果表明:激光熔化沉积TA15钛合金β晶粒具有十分优异的高温稳定性,在β相区长期退火,其β晶粒尺寸几乎无变化.激光熔化沉积成形态为典型的层片状β转变组织.在两相区上部退火,形成特殊的"双态"组织,初生α呈规则长条块状,其体积分数随退火温度的升高而降低.在β相区退火获得细层片状组织.在α β两相区退火,随温度的升高,强度有下降趋势,塑性显著下降.     

Microstructure Evolution and Mechanical Behavior of Laser Melting Deposited TA15 Alloy at 500℃ under In-Situ Tension in SEM

TA15 alloy fabricated by laser melting deposition was investigated at 500℃ under tensile deformation. The damage behavior of microstructure was analyzed by the real time observation of the microstructure evolution, microcracks initiation and propagation using in-situ tensile equipment fitted in the SEM chamber. Finally, the mechanism of fracture was discussed. The result showed anisotropic mechanical properties in X-and Z-direction. The existence of columnar β grains and its orientation to the tensile direction were the major factors inducing the anisotropic mechanical properties. As compared to Z-direction specimen, high tensile strength was observed in X-direction specimen due to the resistance in slips propagation provided by the prior-β grain boundaries( β GBs). Accumulation of the cracks at prior β GB caused the shear fracture. In case of Z-direction specimen, parallel orientation of prior β GB and GB α with the tensile direction resulted in a homogeneous deformation. The high reduction of cross section showed the enhanced ductile characteristics at high temperature.     

异种钛合金协同送丝等离子增材制造试验

采用双丝协同等离子增材系统实现了TC4-TA2异种钛合金的增材成形,期望制备的增材构件具有良好的沉积形貌及优异的力学性能. 采用了体视显微镜、扫描电镜、EDS、XRD、拉伸及硬度等测试方法分析其组织及性能. 结果表明,增材构件中存在两种微观组织形态,即分布在沉积层交界处的α相集束组织和分布在沉积层中心的α + β相片层组织. 构件在竖直和水平方向上的抗拉强度分别为998和1 037 MPa,断后伸长率为9.2%和5.7%,断裂呈现为脆性解理断裂. 试验结果证明,等离子增材制造技术能够实现异种钛合金协同增材成形.     

固溶冷却方式对TB15钛合金组织和力学性能的影响

采用扫描电镜观察、拉伸和断裂韧性测试研究了不同固溶冷却方式下TB15钛合金经900 ℃×2 h固溶+530 ℃×8 h时效后的力学性能、断口形貌和显微组织。结果表明,固溶冷却方式对TB15钛合金强度和塑性的影响较大,对断裂韧性的影响较小。固溶后回充0.1 MPa氩气真空气冷时,合金的综合力学性能最好,抗拉强度为1391 MPa,伸长率为7.0%,断面收缩率为13.6%,断裂韧度为70.3 MPa·m^1/2。随着固溶冷却速率的增加,TB15钛合金的断裂韧度逐渐减小,但变化幅度不大。不同固溶冷却方式下,TB15钛合金经固溶时效后的次生α相数量、厚度及片层间距有所不同。与空冷相比,回充0.1 MPa氩气真空气冷的片层状次生α相数量增多,厚度略有增加,片层间距有所增大。     

原位SEM研究LDMD Ti-6Al-4V合金β晶界对拉伸断裂行为的影响

目的研究β晶界对激光直接熔化沉积(LDMD)Ti-6Al-4V合金裂纹形核或传播行为的影响,以澄清合金的断裂机制,为合金性能的改善提供理论依据。方法采用LDMD Ti-6Al-4V合金粉末,在Ti-6Al-4V基板上逐层堆积形成沉积层。沿沉积层扫描方向截取试样,在室温下观察样品的微观组织形貌,并对原位拉伸过程中的微观组织演化进行实时研究。同时研究β晶界对微裂纹萌生、扩展和断裂的影响行为,总结断裂机理。结果 LDMD Ti-6Al-4V合金组织宏观呈现出沿构造方向生长的粗大柱状β晶,β晶内由板条状α晶和整齐排列的具有相同生长取向的α簇组织组成,并有少量孔洞缺陷。采用原位扫描电镜拉伸样品时发现,在横向拉力作用下,样品最初在孔洞周围发生变形,之后裂纹的萌生扩展主要沿β晶界进行,β晶界对拉力起阻碍作用,造成样品的伸长率较低。拉伸过程中,微观组织主要沿着β晶界周围的α相变形,并且孔洞缺陷引起的应力集中使得缺陷周围变形最严重,变形方向与拉力方向呈45°。结论孔洞缺陷决定了样品的初始变形位置,而β晶界则决定了裂纹传播的方向,且由于拉伸试样的截取方向与β晶界相垂直,导致样品的伸长率较低,所以β晶界对样品的力学性能及断裂机理起决定作用。     

时效温度对TB15钛合金组织和力学性能的影响

利用光学显微镜、扫描电镜和拉伸试验机等研究了不同时效温度对固溶态TB15钛合金微观组织和力学性能的影响。结果表明:随着时效温度从520 ℃升高到540 ℃,TB15钛合金的拉伸强度和屈服强度先增加后减小,在530 ℃时效处理后可以获得最高的抗拉强度和屈服强度;时效处理后合金塑性偏低,其变化规律与强度相反。在断裂韧性方面,随着时效温度的上升,TB15钛合金的断裂韧性逐渐提高。固溶态TB15钛合金经不同温度时效处理后,析出大量的次生α片层相,等轴β组织转变为片层α和β转变组织。     

强韧化热处理对TA15钛合金组织和性能的影响

采用光学显微镜,扫描电镜和电子拉伸机等研究了TA15合金经两阶段强韧化退火热处理后的显微组织和性能。结果表明:采取两阶段的热处理工艺后,TA15合金的组织由约20%的初生等轴α,55%的片状α和β转变基体的组织组成;合金具有良好的塑性及较好的室温和高温强度,在975℃×1 h,WQ+850℃×2 h,AC的制度下,TA15合金的室温抗拉强度为1005 MPa,屈服强度为914 MPa,伸长率、冲击韧性分别为13%和72.2 J/cm^2。合金的冲击韧性I与次生片层α厚度t具有较好的线性关系I=26.504t+44.915,冲击断口形貌可以观察到大量的韧窝,表明合金的断裂机制以韧性断裂为主。随着第二重退火温度的升高,次生片层α厚度增加,韧窝逐渐变大,韧性增加。     

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.