激光喷丸对Ti-6Al-4V钛合金中高温性能影响研究

为了研究激光喷丸对中高温条件下Ti-6Al-4V钛合金残余应力、微观硬度及金相组织演变的影响,采用高功率、短脉冲Nd:YAG激光器对Ti-6Al-4V钛合金表面进行了激光冲击,并将冲击后的试样分别置于400℃,500℃,550℃和600℃的温度下进行了1h的保温处理。利用X射线衍射仪对强化区域的残余应力进行了检测,通过扫描电镜及透射电镜对微观组织进行表征,探究了强化效果与晶粒尺寸、位错运动间的联系。结果表明,激光喷丸处理在试样表层诱导产生较大幅值残余压应力,显微硬度提高;经550℃热处理1h后,残余应力影响层深约为100μm;经400℃、600℃热处理1h后,试样表层微观硬度分别下降了8.3HV和20.1HV;热处理后,晶粒尺寸总体呈现增大趋势。激光喷丸处理可以有效提高Ti-6Al-4V钛合金中高温力学性能。     

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。     

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。     

基于RFR的Ti-6Al-4V激光超声微观组织特征检测

基于激光超声检测系统,研究了Ti-6Al-4V钛合金板材微观组织特征对纵波速度的影响。根据电子背散射衍射(EBSD)技术得到不同热处理条件下试样的微观组织特征。采用变分模态分解(VMD)方法对激光超声信号进行降噪,以微观组织特征作为自变量,纵波速度作为因变量建立随机森林回归(RFR)模型,得到了对超声速度影响的特征重要性排名。研究结果表明：VMD信号处理方法能够很好地保留激光超声纵波信号,以完全再结晶比例和纵波速度进行拟合,小角晶界含量和平均晶粒尺寸的变化能够较好地解释偏离点,当特征重要性小于0.331 1时,微观组织特征和声速相关性很弱。     

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。     

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。     

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。     

激光诱导Ti-6Al-4V钛合金表面着色研究

针对目前关于激光着色的呈色机理解释尚未形成统一定论,还存在些模糊的问题,拟进一步研究呈色机理。为此,本文基于Nd∶YAG纳秒激光器在钛合金表面进行激光着色试验,在不同扫描速度下得到了黄色、橙色、蓝色样本;利用构建的空气-氧化膜-钛合金基底的三层结构模型,从反射率及颜色参数两个方面分别对实验样本与理论模型的结果进行了对比,验证了不同颜色的形成是由于干涉作用引起的,而最外层氧化膜的厚度决定了干涉的效果;从着色机理方面对不同颜色样本的着色效果及三维微观形貌进行了分析;对钛合金激光着色加工,具有一定的指导意义。     

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。     

低功率激光焊接方法在Ti-6Al-4V焊接中的应用

利用低功率激光焊接方法实现了厚度为1．0mm的Ti—6Al-4V合金的焊接。采用金相显微观察、维氏硬度测试方法对焊缝形貌及焊缝的显微硬度进行了测试分析,并采用电子探针方法对焊缝成分进行了分析。测试分析结果表明：焊缝深度约为0．5mm,因此通过双面焊接可实现样品的结合；焊缝宽度约为1．0mm。焊缝中心的维氏显微硬度约为基底的1．7倍。电子探针结果表明,在低功率焊接过程中,由于能量密度较低,因此在焊接过程中Ti和Al基本没有蒸发,基底和焊缝中心的成分基本相同。     

Ti-6Al-4V合金基体上激光熔覆Ti+TiC粉末的显微组织

在Ti-6Al-4V合金表面进行了Ti+33%TiC的激光熔覆试验研究。利用SEM分析手段对Ti+33%TiC熔覆层的显微组织进行了分析,阐述了熔覆层的强化机制。显微组织分析表明,Ti-6Al-4V合金表面Ti+33%TiC激光熔覆层的显微组织沿层深方向可分为熔覆区、结合区和热影响区3个区域。熔覆区中的TiC以细小的枝晶形式存在,Ti基体填充在TiC树枝晶的间隙中,起到连接TiC和传递载荷的作用,熔覆层得到明显的强化。     

激光冲击强化对TC17微观组织和表面硬度的影响

为了研究激光冲击次数和冲击能量对TC17钛合金微观组织和表面硬度的影响,采用不同的工艺参量对TC17钛合金进行了激光冲击强化处理。TC17钛合金在激光冲击后,表面形成了剧烈塑性变形和高密度位错,冲击过程中位错发生增殖、塞积、缠结等现象,单脉冲冲击形成的微凹坑的深度最大可达21.4μm;脉冲能量为5J、搭接冲击次数从1次增加到4次时,材料的表面硬度相比母材的增幅分别为8.3%,17.2%,24.3%和24.5%;5J和7J冲击1次时,表面硬度相比母材增幅分别达8.3%和14.2%。结果表明,随着冲击次数和脉冲能量的增加,TC17材料表面硬度随之增加,激光冲击强化使材料表面产生高密度位错,这是其表面硬度增加的关键原因。     

微激光冲击提高TC17钛合金高周疲劳性能研究

针对钛合金薄构件激光冲击强化过程中由于在叶背部分冲击波反射与耦合降低残余压应力的问题,提出采用微激光冲击强化（μLSP）的方法对TC17钛合金进行强化,利用高周疲劳实验验证其改善效果,从残余应力和疲劳断口形貌观察两个方面讨论分析疲劳性能改善的原因。实验结果表明:与未处理试件相比,微激光冲击强化试件疲劳强度提高了32%。微激光冲击在钛合金试件表层诱导产生一定数值,深度为100 μm厚的残余压应力层;在残余压应力的作用下,疲劳裂纹源内移,同时在其疲劳断口扩展区中有疲劳条带和二次裂纹,这是微激光冲击后TC17钛合金试件疲劳性能改善的主要原因。