钛合金激光沉积热行为及组织演变

为了考察激光沉积过程热行为对其微观组织的影响，采用了有限元方法对激光沉积过程进行建模，分析了多层多道激光沉积TA15钛合金试样的温度分布及内部节点的热循环特性变化，并对试样的组织进行了考察。模拟结果显示基材和沉积层上任一节点均要经历循环加热和冷却的过程，由于热量累积效应使冷却速度下降，且温度的谷值有上升的趋势。沉积试样的组织由基材的双态组织，经由热影响区，过渡到宏观组织为粗大的初生β晶粒的激光沉积区。因各沉积层经历的热循环和热历史的不同，晶内α相分别呈现针状，片层状和板条状。因冷却速度较快，α相在β晶界处和晶内同时析出，呈现网篮状魏氏体和网篮状混合集束状魏氏体形貌。主要合金元素Ti、Al、Zr、Mo和V元素由基体到激光沉积区均匀分布，无宏观偏析，表明沉积层组织形貌的变化跟成分偏析无关。  

退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金性能和组织的影响

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；两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。  

基于熔池监测的激光沉积制造成形工艺参数的分析及预测

激光沉积制造(LDM)过程中,熔池宽度是成形精度的关键,主要受到工艺参数的影响。本文建立了基于CCD高速摄像机的熔池在线监测系统。为了提高熔池宽度检测精度,应用卡尔曼滤波技术对熔池宽度测量值进行了去噪处理。采用正交实验设计方法和多元回归分析,建立了熔池宽度与3个主要工艺参数(激光功率、扫描速度和送粉速率)间的关系模型。并设计单一变量实验对模型进行了验证。最后,利用粒子群算法(PSO)对薄壁结构的成形过程参数进行了预测。结果表明,对LDM成形过程进行工艺参数的分析和预测为实现沉积层成形精度的控制提供了依据。  

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。  

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。  

激光沉积TC4/TC11梯度材料组织与疲劳性能研究

为了研究激光沉积TC4/TC11钛合金梯度材料的组织与疲劳性能,采用激光沉积制造技术制备两种不同过渡方式的TC4/TC11复合材料。观察不同过渡方式复合材料的显微组织,测试两种复合材料分别在550Mpa和800Mpa下的疲劳性能,并对疲劳断口进行分析。结果表明,相比直接过渡的复合材料,具有3层过渡层梯度材料的显微组织过渡界面不明显,过渡区组织结合紧密；具有3层过渡层的梯度材料在两种应力下的疲劳寿命均比直接过渡的高,低应力下相对提高了129.3%,高应力下相对提高了81.8%；直接过渡复合材料在裂纹扩展时沿着α片层集束开裂,滑移面较大,疲劳寿命较低；具有3层过渡层的梯度材料,裂纹扩展沿着单个α片层滑移开裂,滑移面小,裂纹扩展路径比较曲折,疲劳寿命高。  

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

采用激光沉积制造方法制备了TA15钛合金厚壁件,通过光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)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。退火态试样的室温拉伸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化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。