打印参数对电子束增材制造Ti-Ni合金性能的影响

利用SEM、XRD、DSC、TEM和等轴压缩等实验手段,研究和分析了打印参数焦距补偿(FO)和速度函数(SF)对电子束增材制造(EBM)制备的Ti-Ni合金显微组织、相组成、相变行为以及压缩性能的影响。结果表明:EBM打印参数FO和SF在一定范围内调节时均可制备出相对密度较高(97%以上)的Ti-Ni合金样品。由于EBM电子束的功率大,在预合金粉末快速受热熔化过程中,Ni元素的挥发效应大于富Ti相Ti2Ni析出效应对相变温度的影响,使得制备Ti-Ni块体的相变温度大于相应的预合金粉末,而打印参数FO和SF对制备样品的相变温度、相组成以及显微硬度的影响较小。EBM制备过程中在样品内部引入不同种类的缺陷类型,使得TiNi合金样品在相对密度接近的情况下压缩性能表现出极大的差异,其中贯穿型裂纹缺陷对压缩性能的影响最大,使Ti-Ni合金的强度和塑性大幅度降低。     

热处理对选区激光熔化Ti55531合金多孔材料力学性能的影响

通过XRD、OM、SEM和压缩实验等方法,研究了热处理对选区激光熔化制备Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-1Zr(Ti55531)合金多孔材料组织和力学性能的影响。结果表明,在750～900℃之间进行固溶处理随后于500～600℃之间进行时效处理,Ti55531合金多孔材料的孔梁组织由α相和β相组成。随着固溶温度升高,孔梁中初生α相含量减少,次生α相含量增加,孔梁母材抗压强度升高但塑性降低,造成其韧性变差。随着时效温度的升高,孔梁中初生α相形状、尺寸和含量无明显变化,次生α相的含量减少而尺寸增加,孔梁母材抗压强度降低,塑性增加,使其韧性提高。Ti55531合金多孔材料抗压强度与其孔梁母材韧性密切相关,通过热处理调节孔梁母材强度和塑性匹配,提高其韧性,能够有效改善多孔材料的压缩强度。     

激光增材制造高温合金原位增强钛合金复合材料的组织与力学性能

采用激光选区熔化成形（selective laser melting,SLM）技术制备TCGH(TC4+GH4169)复合材料,探究TCGH钛合金复合材料的最佳成形工艺参数,并研究沉积态试样和热处理试样的显微组织与力学性能。结果表明：TCGH钛合金复合材料的最佳工艺参数为扫描速率900 mm/s、激光功率150 W,致密度达到99.5%以上。GH4169粉末的添加改变了TC4钛合金材料的固态相变行为,沉积态组织呈现明显高温凝固特征,使得逐行扫描搭接和逐层扫描堆积成形特征变得明显,沿打印方向原始粗大柱状β晶粒尺寸明显减小,复合材料抗拉强度提升。与沉积态试样相比,950℃热处理后,试样显微组织转变为近等轴组织,同时随着热处理温度上升,第二相的回溶导致复合材料的固溶强化作用占主导地位,使得复合材料抗拉强度和塑性均得到提升。     

激光选区熔化成形钛合金内部缺陷及其演化规律研究

激光选区熔化(selective laser melting, SLM)成形技术可实现形状复杂、尺寸精度高、力学性能优异零部件的直接成形,但成形工艺参数选择不当,则会在产品中引入缺陷,针对SLM成形钛合金内部缺陷的问题,研究了激光功率和扫描速度2个主要成形工艺参数对钛合金内部缺陷类型、尺寸及数量的影响,探索了缺陷的演化规律。结果表明,SLM成形钛合金内部主要有不规则形状、规则球形2种形态的缺陷。低激光功率(≤130W)、高扫描速度(≥900mm/s)区域主要为不规则形状缺陷,能量不足是导致形成该类型缺陷的主要原因;高激光功率(≥190 W)、低扫描速度(≤600 mm/s)区域主要为规则球形缺陷,能量过高导致合金元素气化是产生这类缺陷的主要原因。随着能量密度的增加,根据缺陷的演化规律绘制了SLM成形钛合金加工图,其中缺陷的演化呈现3个阶段,即不规则形状缺陷尺度逐渐降低区,微尺度不规则缺陷向微尺度规则球形缺陷过渡区和规则球形缺陷逐渐长大区。     

化学腐蚀工艺对激光选区熔化成形TC4钛合金表面粗糙度的影响

采用化学腐蚀技术解决激光选区熔化(Selective laser melting, SLM)成形钛合金表面黏附粉末导致表面粗糙的问题,系统研究了腐蚀溶液成分及工艺参数对SLM成形TC4钛合金表面粗糙度的影响。研究结果表明,腐蚀液的成分配比与腐蚀时间是主要的影响因素,随着HF/HNO₃体积比的减小,样品表面粗糙度降低效果减弱。当HF/HNO₃=1/4时,随着腐蚀时间的增加,样品表面粗糙度显著降低,但当腐蚀时间过长时会造成对基体的损伤。当HF∶HNO₃体积比=1∶4,腐蚀时间为9 min时,样品表面粗糙度为2.52 μm,同时腐蚀处理过程对样品的尺寸影响较小(降低0.12 mm),此时达到一个最佳状态。     

冷变形和时效热处理对TB9钛合金组织和性能影响

利用XRD、OM和SEM等手段研究和分析了冷变形和时效热处理对TB9钛合金组织和性能的影响。结果表明:随变形量的增大,在合金棒材横截面形成旋涡状组织,而沿纵截面形成纤维状组织;合金径向和轴向的显微硬度均随着变形量的增大而增大;合金450℃/8 h/AC时效热处理后由α相和β相组成,且随变形量的增大,合金室温抗拉强度增加,塑性降低;同时冷变形过程中引入的位错等缺陷为时效过程中α相的析出提供形核位置,使α相无析出区消失,α相尺寸达到纳米级;合金70%冷变形样品经时效热处理后最高抗拉强度可达1809 MPa,此时还有4%的延伸率,断裂方式为韧性断裂和脆性断裂混合模式。     

冷旋锻变形对TB9钛合金显微组织和拉伸性能的影响

采用冷旋锻对TB9钛合金棒材进行多道次冷变形,利用OM、EBSD、XRD、TEM以及拉伸等实验研究了不同冷变形量TB9钛合金棒材的显微组织、织构和拉伸性能及其规律。结果表明,TB9钛合金棒材的晶粒尺寸随冷旋锻变形量的增大而减小,部分晶粒尺寸达到纳米级。同时,晶粒随变形量的增加沿旋锻轴向转动,形成择优取向,由初始{001}110和{001}100织构转变为110取向的α-fiber和γ-fiber{001}110、{112}110和{111}110织构。在亚结构、小尺寸晶粒以及织构的共同作用下,TB9钛合金的强度随变形量的增大而增加,延伸率和面缩率在70%冷变形后仍保持在一个较高的水平,具有优异的冷变形能力。     

Tm,Ho:BaY2F8纳米晶制备及性能表征

采用水热合成方法制备了Tm,Ho:BaY2F8纳米晶,对Tm,Ho:BaY2F8纳米晶进行了X射线、扫描电镜及荧光光谱分析测试,确定了水热方法制备Tm,Ho:BaY2F8纳米晶的最佳温度为210℃;扫描电镜形貌测试表明210℃下,Tm,Ho:BaY2F8纳米晶的尺寸大小为100 nm;荧光光谱分析得出掺杂浓度为5%Tm3+和0.5%.Ho3+的Tm,Ho:BaY2F8纳米晶的上转换效率最高.     

低高温双重热处理对激光选区熔化TC4钛合金断裂韧性影响

研究了低高温双重热处理对激光选区熔化(Selective Laser Melting，SLM)成形TC4钛合金组织特征及断裂韧性的影响规律。结果表明：低温退火成形态合金横截面显微组织表现为大量针状马氏体α′相和β相，纵截面表现为沿成形方向生长的柱状晶，晶内针状马氏体α′相板条与成形方向的夹角成45o左右。热处理后，针状α′相转变为板条α相，形成α+β的板条组织。随着热处理温度的升高，α片层逐渐粗化，裂纹扩展路径曲折程度增加，断裂韧性由成形态的43.1 MPa?m1/2，逐渐提高至109 MPa?m1/2。     

电子束增材制造技术用Ti-Ni预合金粉末性能研究

采用DSC、SEM 和XRD等测试手段研究和分析了电子束增材制造（EBM）技术用53~106 μm Ti-Ni预合金粉末的性能及其随热处理温度和热循环次数的变化规律。结果表明：预合金粉末粒度呈正态分布，粉末内部填充及球形度良好，适于EBM打印使用；随热处理温度的升高预合金粉末相组成不发生变化但组织和成分变得均匀，内应力和位错被消除，晶粒尺寸长大，使得其550 oC热处理后加热和冷却过程由多步相变转变为单步相变，650 oC热处理后相变点开始保持稳定，而750 oC热处理后达到最佳微烧结状态；预合金粉末在750 oC烧结热循环和保温过程中相组成、单步相变行为和相变点均不发生变化，具有良好的热循环稳定性；底板及粉末层采用750 oC预热温度成功制备出表面状态良好的Ti-Ni合金实体样品。