钨基合金激光立体成形的组织及性能研究

为了制备高性能、大尺寸钨合金零件,利用激光立体成形技术进行了前期探究实验,在大气环境下制备多种配比的W-Ni-Fe高比重合金力学拉伸试验件,通过测试抗拉强度、硬度,结合组织结构和成分配比的探究分析,发现其成形性及力学性能与传统的粉末冶金烧结工艺之间还存在着一定的差距。抗拉强度在W原子数分数为0.6时达到最大值717.5MPa,之后随着W原子数分数的增大反而明显减小,当W原子数分数在0.8以上时,强度已低于400MPa。样品存在孔洞和氧化现象,大量W未溶化,Ni和Fe元素越多,微观组织均匀性越好、成分偏析越小。结果表明,利用激光立体成形技术可对钨基合金堆积成形,但是实验工艺参量和实验环境仍需进一步改进。此研究可获得免受大气气氛影响和工艺参量限制的试样,为获得性能更好的高比重钨合金激光立体成形件提供了帮助。     

TiB_2含量对选区激光熔化TiB/Ti-6Al-4V复合材料组织及力学性能的影响

以球磨TiB_2和Ti-6Al-4V混合粉末为原料,采用选区激光熔化(SLM)技术制备了增强相为TiB的钛基复合材料,分析了B元素含量对SLM成形钛基复合材料显微组织和力学性能的影响。研究结果表明:在SLM过程中,TiB_2与Ti元素发生反应生成针状TiB增强相,B元素含量较高的试样中出现了针状增强相聚集的现象;由于B元素的存在,钛基复合材料中的α相明显细化;相比于传统的Ti-6Al-4V合金,TiB/Ti-6Al-4V复合材料的显微硬度、抗拉强度以及屈服强度均有明显改善。钛基复合材料优异的力学性能归因于TiB增强相的硬化、强化效应以及基体的晶粒细化。当B元素的质量分数为0.5%时,α片层的平均尺寸为0.49μm,钛基复合材料的抗拉强度和屈服强度相比于Ti-6Al-4V分别提高了25.7%和30.8%,抗拉强度为1396.4 MPa,屈服强度为1322.2 MPa。     

激光快速成形TA15钛合金热处理组织及其力学性能

采用激光快速成形方法制备了TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金厚壁件,研究了不同退火温度对激光快速成形TA15钛合金组织和室温拉伸力学性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,粗大β晶内的初生α相板条体积分数减少,而β转变组织体积分数增加,且β转变组织形貌由板条状(β)→层片状(α+β)→细层片状(α+β)转变。力学测试结果表明,经940 ℃/1 h,空冷热处理后,激光快速成形TA15钛合金室温拉伸力学性能达到最优;而当退火温度大于等于970 ℃时,其室温拉伸力学性能大幅度降低,拉伸断口扫描电镜(SEM)照片表明,室温拉伸断裂为脆性断裂。     

激光熔化沉积Ti_2AlNb基合金的显微组织和拉伸性能

通过激光熔化沉积同步输送的Ti-22Al-25Nb合金粉末,在TA15钛合金基板上制备出Ti2AlNb基合金薄壁试样,分析了沉积态和热处理态Ti2AlNb基合金的微观组织、相组成,测试了沿沉积扫描方向热处理态材料在室温25℃和高温750℃下的拉伸性能。结果表明,激光熔化沉积Ti2AlNb基合金组织致密,沉积态和热处理态均由B2,α2和O相组成,热处理状态下,激光熔化沉积Ti2AlNb基合金室温和750℃下抗拉强度分别为1012 MPa和702MPa,延伸率分别为1.8%和2.2%。     

激光选区熔化成形Ti-6Al-4V钛合金的显微组织及性能

采用激光选区熔化成形技术制备了Ti-6Al-4V钛合金材料, 研究了Ti-6Al-4V成形态的组织特点, 并考察了退火处理对Ti-6Al-4V成形件显微组织及力学性能的影响。Ti-6Al-4V激光选区熔化成形试样的组织形态呈现沿堆积高度方向定向外延生长的粗大柱状晶组织, 晶内呈现典型的α+β板条组织。经退火处理后, 组织中α板条粗化, 成形试样的综合力学性能得到改善。     

增材制造的含硼Ti-6Al-4V钛合金的组织与性能研究

第二相对增材制造钛合金材料的组织与性能有显著影响。将不同质量分数的B粉与Ti-6Al-4V粉末混合,在激光沉积制造(LDM)工艺下制备出块状样品,结合样品的室温拉伸性能,对第二相在显微组织形成、基体形变过程中的强化机制进行了讨论。研究结果表明,在LDM过程中,B与Ti-6Al-4V合金中的Ti发生原位反应,生成针状TiB第二相,并均匀分布于基体中。随合金中TiB含量的增加,原始β柱状晶尺寸逐渐减小,晶内片层状α相逐渐粗化,合金的室温拉伸强度和塑性均获得提高。TiB与基体α相间具有严格晶体学位相关系,在阻碍基体应变过程中,针状TiB易沿直径方向断裂,断裂处在随后的形变过程中形成孔洞。最佳强化效果出现在含有B粉质量分数为0.1%的样品中,原因在于当合金中B粉质量分数过大时,会出现过多的针状TiB断裂,此时连续孔洞转变为微裂纹,导致材料塑性下降。     

基于BP神经网络算法的Ti-6Al-4V激光NiAl-VC合金化的工艺研究

为了进一步提高Ti-6Al-4V的性能,以满足其在工程中更广泛的运用,研究了在Ti-6Al-4V激光NiAl-VC合金化的工艺。以改变激光功率、激光扫描速度和粉末质量含量比例进行了工艺实验,采用BP神经网络(BP-NN)算法,建立了合金化层性能与工艺参数之间的关系模型,并通过验证实验表明预测效果良好,具有可行性。采用BP-NN算法进行了模拟实验,分析了不同工艺参数条件对合金化层深度、宽度、平均硬度、最高硬度的影响规律。本研究对Ti-6Al-4V激光NiAl-VC合金化的实践应用具有指导意义和参考价值。     

激光选区熔化成形Al-Mg-Sc-Zr合金孔隙缺陷对拉伸性能的影响研究

激光增材制造合金内部存在的孔隙缺陷会对合金的力学性能产生不利影响。为研究激光选区熔化（SLM）成形Al-Mg-Sc-Zr合金中孔隙缺陷对其拉伸性能的影响，通过SLM成形技术制备了Al-Mg-Sc-Zr合金试样，利用X射线计算机断层扫描技术表征了合金内部孔隙缺陷的三维特征，并通过室温拉伸试验获得了合金的拉伸性能。基于SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金的孔隙数据及室温拉伸试验结果，建立能够反映材料本构以及孔隙特征的代表体积单元（RVE）模型，在SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金基体保持不变的情况下，通过改变RVE模型中的孔隙率和孔隙尺寸研究孔隙对SLM成形Al-Mg-Sc-Zr合金拉伸性能的影响。计算结果表明：当孔隙率增加时，合金的抗拉强度和弹性模量明显降低；当孔隙尺寸增大时，合金的抗拉强度明显降低，但弹性模量没有明显变化；当孔隙尺寸增大到一定程度（大于100μm）时，孔隙周围会出现明显的应力集中。     

激光成形修复Ti60合金组织与性能研究

利用金相分析、维氏硬度、X射线衍射、室温和高温(600℃)静载拉伸等方法,对整体叶盘候选材料Ti60合金进行激光成形修复组织与性能的研究.研究发现:激光成形修复后,修复区与锻件基体形成致密的冶金结合,热影响区的组织从锻件的双态组织逐步过渡到激光修复区的魏氏组织.激光成形沉积态修复区的硬度高于锻件基体,热影响区的硬度处于两者之间,经过退火(650℃,2h/空冷),激光修复区硬度减小;激光修复结合面测试试样室温和600℃高温拉伸测试都断裂在锻件基体;不同修复体积(10%,20%、50%和80%)的试样室温和高温(600℃)强度高于锻造态,室温塑性比锻造态低,而高温塑性与锻造态相当.     

光束偏移对Ti_2AlNb/TC4异种钛合金激光焊接特性的影响

针对Ti2AlNb/TC4异种钛合金利用激光焊接焊缝容易产生气孔的问题,提出了采用激光光束偏移来焊接Ti-22Al-27Nb与Ti-6Al-4V异种材料的方法。试验结果表明,光束偏向Ti-22Al-27Nb侧时能够有效抑制焊缝中气孔缺陷产生;光束居中及偏向Ti-22Al-27Nb一侧焊接时,焊缝相组成为B2相,光束偏向Ti-6Al-4V一侧进行焊接时,焊缝相组成为B2+α′相;Ti-22Al-27Nb侧热影响区为单一的B2相,Ti-6Al-4V侧热影响区为针状α′相和原始α相。由于激光光束偏向Ti-6Al-4V一侧时焊缝中针状α′相的第二相强化作用,使其抗拉强度及塑性高于光束居中和偏向Ti-22Al-27Nb一侧时的性能。     

Ti-6Al-4V合金SiC粉激光表面合金化组织与耐磨性

利用预涂ＳｉＣ粉的方法对Ｔｉ－６Ａｌ－４Ｖ合金进行激光表面合金化实验,制得了以ＴｉＣ和金属间化合物Ｔｉ_５Ｓｉ_３为增强相的耐磨复合材料表面改性层,合金层硬度及在二体磨料磨损与滑动磨损条件下的耐磨性均大幅度提高。表明利用ＳｉＣ粉激光表面合金化是提高钛合金耐磨性的一种有效方法。     

多次激光冲击Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化研究

为了研究激光冲击Ti-6Al-4V钛合金下的表面纳米化和微观结构的演变特性,采用短脉冲Nd:YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面分别进行了激光冲击实验,得到了不同激光冲击次数下钛合金表面的微观组织和相应表面硬度。随着激光冲击次数增加,晶粒尺寸逐渐减小并形成纳米晶粒;冲击3次以上时,纳米晶数量明显增多、尺寸分布更加均匀,表面出现取向更加随机的等轴纳米晶;冲击5次后,随着冲击次数增加,钛合金表面纳米晶粒尺寸没有出现明显降低的趋势,始终保持50nm~130nm;不同冲击次数下纳米层的深度不会明显增加,纳米层深度约为15μm~20μm;冲击次数5次以上后,钛合金表面硬度趋于稳定,最大值约为525HV~530HV。结果表明,Ti-6Al-4V钛合金表面纳米化程度随着激光冲击次数的增加而提高;在5次激光冲击后钛合金表面的纳米化程度达到渐饱和状态,表面具有分布较好的纳米晶和较高的硬度。这表明多次激光冲击钛合金表面可以实现晶粒从微米级向纳米级转化。     

激光熔敷生成碳硅钛化合物及其组织性能研究

利用CO2连续激光对预涂石墨和硅混合粉末的Ti-6Al-4V合金进行了熔敷处理。金相分析发现熔敷层内形成了大量的化合物，x射线衍射分析证实形成的化合物主要为SiC，Ti5Si3和TiC等。电子探针分析表明熔敷层内的初晶化合物主要由SiC和TiC组成，共晶化合物则主要是Ti。Si。。熔敷层与金属基体呈良好的冶金结合，其硬度可达2000Hv0.1，摩擦系数约为0．3，而基体的硬度约为320Hv0.1，摩擦系数约0．55。可见熔敷层较基体的硬度大为提高，且其耐磨性能较好。激光工艺参数的改变影响着熔敷层的组织和性能，调整工艺参数可获得无气孔和裂纹的熔敷层。     

Ti-6Al-4Cr（Mo）合金热处理显微组织的研究

本文采用扫描电镜与透射电镜分析研究了Ti-6Al-4Cr和Ti-6Al-4Mo合金固溶和时效过程中显微组织的变化。结果表明：Ti-6Al-4Cr和Ti-6Al-4Mo合金经过相似的两相区固溶处理后,组织差别较大;两种合金经过β相区固溶后再时效,形成典型的魏氏组织,且硬度值较两相区处理的样品有很大提高;两种合金在相同热处理制度下,硬度值变化趋势相似,但前者的硬度值明显大于后者;Ti-6Al-4Cr合金在各种热处理条件下都有富Cr的固溶体区产生,经过1000℃/45min/空冷＋600℃/2h/空冷处理后,有Laves相和界面相析出。     

中高温条件下激光冲击处理Ti-6Al-4V表面完整性变化

为了研究中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响,采用高功率、短脉冲Nd:YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行激光冲击,并将冲击后的钛合金试样分别置于400℃,500℃,550℃和600℃的温度下进行保温处理。从表面形貌、表面粗糙度、表面残余应力等方面分析了中高温条件下激光冲击处理对Ti-6Al-4V钛合金的表面完整性的影响。结果表明,激光冲击处理增大了Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度,且热处理温度越高,Ti-6Al-4V钛合金的表面粗糙度越大;激光冲击处理显著提高了Ti-6Al-4V钛合金材料的表面残余压应力,随着温度的升高,残余压应力值降低。研究结果对了解和掌握Ti-6Al-4V钛合金的使用性能是有帮助的。     

热积累对激光直接成形Ti-6Al-4V组织和性能的影响

为了研究激光直接成形Ti-6Al-4V中热积累效应对其微观组织和力学性能的影响,采用对比试验的方法,制备了直径分别为5mm和10mm的两个圆柱试样及两组对比拉伸试样。直径为5mm的试样成形时热积累效应明显,底部和顶部的晶粒内部以马氏体'组织为主,中部的晶粒内部以针状组织为主;直径为10mm的试样热积累效较弱,自底部至顶部均以马氏体'组织为主。热积累效应强烈的一组拉伸试样拉伸强度略低于热积累效应不明显的一组试样,但塑性约为其3倍。结果表明,激光直接成形Ti-6Al-4V时强烈的热积累效应会降低冷却速率,使微观组织从马氏体'组织转变为针状组织,从而使其拉伸强度稍有降低,但塑性提高很多。     

TC4激光立体成形中基材热影响区组织性能优化研究

激光立体成形技术是一项基于同步送粉激光熔覆的先进制造技术。激光立体成形和修复过程中沉积层、热影响区以及基体材料组织、性能的差异将对最终零件的性能,尤其是疲劳性能产生重要影响。为改善基体、热影响区(HAZ)的组织、性能差异,针对TC4合金,提出在激光沉积前对基材表面进行多次激光重熔扫描预处理,从而优化基材热影响区组织性能。基于此,通过研究不同工艺条件下,多次激光重熔处理对热影响区组织性能的影响。结果表明:首先,多次激光重熔将引起的基材热影响区总体冷却速率下降,从而有效的消除热影响区的急冷组织;其次,重熔处理产生的多次热循环对基材热影响区的时效处理对于热影响区的组织、性能(硬度)也有一定的影响。通过在多层沉积前对基材进行适当的激光多次重熔扫描处理有效改善了沉积区、热影响区以及基材性能的大幅波动,实现了均匀渐变。     

高体积分数SiCp/2024Al基复合材料添加Ti-6Al-4V中间层激光焊接特性

高体积分数SiCp/2024Al基复合材料由于大量增强相颗粒的存在,在熔化焊接过程中Al基体极易与SiC颗粒反应,生成Al4C3金属间化合物,严重降低焊缝的力学性能。以Ti-6Al-4V金属薄片作为中间层填充材料,采用氩气作为保护气体,对SiC体积分数为45%的SiCp/Al基复合材料进行激光焊接,分析SiCp/Al基复合材料的焊接特性。结果表明,填充钛合金材料进行CO2激光焊接时接头组织致密,结合较好,在焊缝组织中获得了以Ti3Al为基体、Ti5Si3和TiC等反应产物为增强相的焊缝组织,所获得的最高抗拉强度为母材的50%左右。