激光选区熔化成形TC4钛合金热处理后微观组织和力学性能

研究了退火、两相区固溶、固溶时效三种热处理方法对激光选区熔化(SLM)技术成形TC4钛合金微观组织和力学性能的影响。结果表明,在SLM成形TC4钛合金中形成了细针状马氏体组织,几乎不存在β相,强度较高,塑性较差;经过840℃/2h/空冷(AC)退火处理后,TC4钛合金的显微组织由(α+β)相构成,具有较高的强度和塑性;经过940℃/1h/水淬(WQ)固溶处理后,β相的含量增加,晶粒长大,形成交错的(α+β)网篮组织,强度明显下降,塑性提高;经过940℃/1h/WQ+540℃/4h/AC固溶时效处理后,形成了均匀弥散的(α+β)相,α相粗化,强度降低,塑性小幅提高。TC4钛合金经过热处理后,内部残余应力减小,变形开裂倾向降低。采用840℃/2h/AC退火处理工艺,可使SLM成形TC4钛合金获得较佳的强度/塑性匹配。     

正火温度对激光3D打印钛合金组织及拉伸性能的影响

采用激光三维(3D)打印技术制备了TC4厚壁件,利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)及电子万能试验机等研究了正火温度对激光3D打印TC4钛合金显微组织、相组成、室温拉伸性能的影响规律。结果表明:当在α-Ti相单相区内正火处理时,α-Ti相再结晶生长,长、宽均增加;组织主要由α-Ti相组成,含有少量(或微量)β-Ti相;合金的室温拉伸性能一般。当在α+β两相区内正火处理时,沉积态下的细长状初生α-Ti相由于β-Ti相析出而被截断,变成短棒状初生α-Ti相;β-Ti相不仅与次生α-Ti相共存于短棒状初生α-Ti相之间,还会在短棒状初生α-Ti相内部呈网状析出。经990℃/2 h/AC处理后,合金的室温抗拉强度为960 MPa,屈服强度为835 MPa,断后伸长率为17%,达到了锻件国标要求。拉伸试样断口上均布满韧窝,均为延性断裂。     

不同热处理对SLM TC4组织性能及各向异性的影响

选区激光熔化(SLM)成形的TC4样件强度高、塑性差、各向异性明显。对SLM TC4成形件进行固溶时效、循环退火、循环球化退火+固溶时效三种热处理，采用光学显微镜、扫描电子显微镜、拉伸试验机对热处理所得成形件进行组织观察和性能测试。研究表明SLM TC4成形件微观组织由马氏体α′和马氏体α″组成，强度为1220 MPa左右，延伸率最高达13%;TC4成形件经热处理后板条α相粗化，有等轴α相产生，板条状α相长宽比降为5左右，固溶时效处理和循环球化退火+固溶时效处理的TC4成形件组织中产生二次α相；先950℃固溶1 h,之后550℃保温4 h,此条件下所得成形件的综合力学性能最好，其抗拉强度达到957.9 MPa,延伸率为17.6%,且所有拉伸性能指标的各向异性小于1.2%;循环球化退火+固溶时效处理的样件塑性很高，延伸率达18.3%,同时强度的各向异性不超过2%,固溶时效与循环球化退火+固溶时效处理后力学性能超过国家锻件标准。经过循环退火处理的TC4成形件强度损失较大，但塑性与另外两种热处理工艺相差不大。     

热处理对激光熔化沉积TC17钛合金显微组织及力学性能的影响

激光熔化沉积(LMD)TC17钛合金在航空航天领域具有广阔的应用前景,其沉积态试样强度较高但塑性较差,为了改善其综合力学性能,首先对LMD TC17钛合金进行退火处理,结果表明随退火温度升高α相含量逐渐减小,α片层粗化,塑性升高而强度下降,且退火后LMD TC17钛合金拉伸性能未达到盘件技术标准。进一步研究固溶时效对其组织性能的影响,固溶温度升高将使初生α相(αP)相含量降低、αP片层粗化;时效温度升高使次生α相(αS)粗化。拉伸性能受αP、αS相含量、α片层厚度等因素影响,β基体上均匀弥散析出细小αS的组织将有利于提高强度,αP含量增加、组织粗化有利于提高塑性,通过800℃/4h固溶处理后水淬以及630℃/8h空冷热处理可以使LMD TC17钛合金获得较优的强塑性匹配,拉伸性能达到盘件技术标准。     

激光立体成形TC4钛合金组织和力学性能研究

采用实验研究的方法,对比分析了激光立体成形TC4钛合金不同热处理状态下的显微组织、静载力学性能和拉伸断口。研究结果表明,沉积态内部有较明显的层带结构,去应力退火和固溶时效均能减弱层带从而均匀化组织;去应力退火处理对强度和塑性提高较少,固溶时效处理则能显著提高综合力学性能。断口分析表明,固溶时效态的室温拉伸试样为韧性断口,而沉积态和去应力退火态拉伸试样拉伸断口均为混合型断口。通过显微组织和拉伸断口分析,重点解释了解理断面形成机理为:裂纹沿α/β界面快速扩展形成解理断面,裂纹尖端的空洞与裂纹连接形成解理面上的韧窝。     

激光增材制造GH4099合金热处理后的显微组织及拉伸性能

主要研究了激光增材制造GH4099合金在不同热处理状态下的显微组织与室温拉伸性能。研究结果表明:沉积态试样的显微组织主要由外延生长的柱状晶组成,沉积态试样经过1120℃的固溶处理后发生了明显的再结晶,柱状晶内部的枝晶形貌消失,转变为细小的等轴晶组织,而且在等轴晶内部存在许多孪晶界;与固溶态试样相比,时效处理后的组织没有明显差异,显微组织仍然由细小的等轴晶组成,晶粒没有长大,γ基体上有明显的γ′相弥散析出;对比3种状态下的室温拉伸性能可以发现,固溶态试样的强度最低,塑性最高,而固溶-时效态试样的室温力学性能最好,呈现出较高的强度和塑性。这主要是因为高温固溶过程中发生了完全再结晶,试样内部的位错密度有所降低,而且没有γ′相的析出强化,而在时效过程中,γ′相充分析出阻碍了位错运动。     

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。     

激光增材制造铝锂合金的热处理组织及T_B相析出

采用激光增材制造技术制备了铝锂合金,分析了沉积态铝锂合金的显微组织,优化得到了沉积态铝锂合金的双级均匀化退火和固溶热处理工艺参数,并探讨了TB相的时效析出行为。结果表明,经过双级均匀化退火及固溶热处理后,铝锂合金晶界和晶内析出的低熔点富铜相数量减少,铝锂合金的成分均匀性得到提高。当时效温度为400℃时,铝锂合金中析出的TB相数量达到最大;随着时效温度的继续升高,TB相数量逐渐减少。铝锂合金的显微硬度随着TB相含量的增加先减小后增大。     

热处理工艺对激光增材制造铝锂合金组织及力学性能的影响

采用激光增材制造技术制备了铝锂合金板材,分析了铝锂合金在热处理过程中析出相的演变及力学性能的变化。结果表明,沉积态铝锂合金主要由α(Al)基体和TB(Al7Cu4Li)相组成,晶界处存在少量富铜相;退火后,TB相更加均匀密集地分布在晶粒内部,富铜相基本溶解,晶界处存在少量Al-Cu-Fe杂质相;固溶淬火后,TB相固溶到基体中,晶内存在少量δ′(Al3Li)相;时效后,主要弥散析出θ′(Al2Cu)和σ(Al5Cu6Mg2)相。热处理后铝锂合金的显微硬度、抗拉强度比沉积态的分别提高了47.6%和87.7%。     

激光增材制造05Cr15Ni5Cu4Nb沉淀硬化不锈钢的热处理工艺

采用激光增材制造技术制备了05Cr15Ni5Cu4Nb沉淀硬化不锈钢板件,分析了沉积态、调整态、固溶态组织经时效热处理后的显微组织、析出相及力学性能,并优化了热处理工艺。结果表明:沉积态组织主要由外延生长的柱状晶组成,柱状晶内包含多个胞状枝晶,枝晶间存在残余铁素体,沉积态组织抗拉强度为1128.5 MPa。经时效热处理后,残余铁素体消除,马氏体板条中弥散分布NbC颗粒和大量纳米级ε-Cu相。与沉积态组织相比,时效态组织的显微硬度和拉伸强度均有大幅提高,直接时效态和固溶时效态组织的塑性稍有降低,但抗拉强度分别达1440 MPa和1367MPa;调整时效态组织可获得良好的强韧性配比,延伸率与抗拉强度分别为16%和1164.5MPa。     

热处理对激光立体成形DZ125高温合金组织的影响

研究了热处理对激光立体成形DZ125高温合金凝固微观组织的影响。结果表明,随着固溶处理温度的升高,初生γ′相的溶解增多,在1240℃固溶2 h后初生γ′相全部固溶;Ni_5Hf相和MC_((1))碳化物在高温保温时发生固态相变,经1180℃/2 h/空冷(AC)热处理后Ni_5Hf相全部分解,释放的Hf元素与基体固溶的C原子结合形成MC_((2))碳化物,部分MC_((1))碳化物在1000℃保温12 h后转变为M_(23)C_6或M_6C型碳化物;完全固溶处理后在1100℃和870℃时效时,γ′颗粒尺寸的变化规律及经验分布函数与Lifshitz-Slyozov-Wagner(LSW)理论预测的较为一致。拟合得到γ′相的粗化激活能为231.43 kJ/mol,γ′颗粒的粗化受Ti、Al原子在Ni中的扩散控制。     

激光沉积修复GH4169合金热处理的组织及性能

激光沉积修复GH4169合金强度与塑性仅达到铸件标准Q/5B 453-1995,热处理是改善其力学性能的重要手段。研究了不同热处理工艺对激光沉积修复GH4169合金显微组织和拉伸性能的影响规律,结果表明:激光沉积修复GH4169合金试样经直接时效热处理后,与沉积态相比,枝晶间的Laves相少量熔解,拉伸强度提高,与锻件标准Q/3B 548-1996(高强)相当,而塑性略有下降;且随着时效时间的延长,试样拉伸强度与塑性没有提高。修复试样经固溶处理后,Laves相部分熔解,并在其周围析出大量针状δ相,拉伸强度达到锻件标准,断后伸长率比沉积态提高21%;修复试样经均匀化处理后,Laves相基本熔解,在晶界及晶内均析出了δ相,拉伸强度接近锻件标准,断后伸长率超过了锻件标准27.1%。试验表明合适的热处理能有效提高激光沉积修复GH4169合金的强度与塑性。     

超级双相不锈钢S32750固溶处理组织的EBSD研究

应用EBSD技术研究了1 000℃～1 300℃固溶处理对超级双相不锈钢S32750组织的影响。结果表明,1 050℃以上固溶可以消除热轧态的σ相;随着固溶温度升高,铁素体相含量增加,奥氏体相含量下降,1 200℃以上铁素体晶粒明显长大;最佳固溶处理温度在1 050℃～1 100℃之间。     

高硬度QBe2—CY合金动态拉伸观察

铍青铜(QBe2-CY)[Cu-1.86Be-0.24Ni-0.11Fe)经过硬态分级时效处理(200℃×1h,320℃×2h二次时效),其强韧性配合较好,σ_b=1365MN/m~2、Hv=415,δ=2.5%,现已广泛应用于电子工业等弹力元件中。采用高压开关中弹簧触片制成微型拉伸试样(20×2×0.2mm),经抛光腐蚀晶粒内仍有滑移线存在,晶界上有少量γ相析出,该处理是过饱和固溶体α相的共格脱溶过程。将试样装在TH拉伸台上,再送入JSM-35CF扫瞄电镜中利用手动加载方式进行原位观察。     

超级双相不锈钢S32750固溶处理组织的EBSD研究

应用EBSD技术研究了1 000℃～1 300℃固溶处理对超级双相不锈钢S32750组织的影响.结果表明,1 050℃以上固溶可以消除热轧态的σ相;随着固溶温度升高,铁素体相含量增加,奥氏体相含量下降,1 200℃以上铁素体晶粒明显长大;最佳固溶处理温度在1 050℃～1100℃之间.     

微锻造激光熔覆沉积高性能TC4组织与各向异性

测量了微锻造处理后激光熔覆沉积TC4试样的残余应力、等轴晶晶粒尺寸和表面粗糙度,并对沉积态、固溶时效态、微锻造-固溶时效态成形件的室温拉伸性能及各向异性进行了对比分析。结果表明:微锻造-固溶时效后,晶粒细化为等轴晶,晶粒大小为70～140μm;微锻造处理后,成形件在水平方向的塑性显著提升,各方向的拉伸性能均超过锻件,且各向异性小于10%。     

激光选区熔化成形S-130钢热处理工艺研究

采用激光选区熔化(SLM)技术成形S-130马氏体时效不锈钢,研究了热处理前后S-130试样的物相、显微组织以及力学性能,并对比分析了五步热处理和三步热处理工艺对组织和性能的影响。结果表明:SLM成形S-130试样主要由大量马氏体和少量残余奥氏体组成,显微组织呈胞状枝晶结构,透射电子显微镜(TEM)观察到大量含有高密度位错的板条马氏体。经过两种热处理后,逆转变奥氏体的形成使得奥氏体的含量增加,大量的纳米级析出物在板条马氏体上弥散分布,同时残余/逆转变奥氏体在马氏体板条间析出。SLM沉积态试样经过两种热处理后显微硬度和拉伸强度得到明显提升,且延伸率没有降低。相较于五步热处理,三步热处理后的试样具有更高含量的奥氏体以及更细小的板条马氏体和析出物,且在保证延伸率的情况下具有更高的显微硬度和拉伸强度。SLM成形S-130马氏体时效不锈钢优化的热处理制度为三步热处理(固溶+冷处理+时效)。     

固溶温度对00Cr26Ni8Mo3Ti钢组织的影响

00Cr_(26)Ni_8Mo_3Ti不锈钢是最近开发的一种新型船用结构材料。研究表明,固溶温度对钢的机械性能影响很大。为了进一步确定温度、组织、性能三者的关系,探讨强韧化机理,用透射电镜对该钢在950℃至1150℃保温0.5h淬水试样进行了观察分析,得出以下结果。950℃×0.5h固溶处理试样为奥氏体(A)和FeCr型σ相双相组织,如图Ⅰ所示。图中白色为A体,深色为σ相。定性分析结果表明σ相多于A相。     

热处理对点式锻压激光成形GH4169合金组织与力学性能的影响

研究简化热处理制度对点式锻压激光沉积(PF-LF)GH4169合金显微组织和力学性能的影响。将时效时间由原来的18 h减少为3 h,不仅大大节省了试验时间,而且在提升材料性能方面也起到了重要作用。结果表明,在1 010℃固溶时效后,合金中的Laves相出现大部分熔解,合金发生再结晶现象,再结晶晶粒细小且分布均匀,平均晶粒尺寸为6.8μm左右,实现了超细晶组织,合金的强度和塑性也远超锻件标准。1 050℃固溶时效时,再结晶完成,晶粒尺寸略有长大,约为15μm, Laves相基本完全固溶消失,与1 010℃热处理相比,合金的强度有所下降而塑性有所改善,均超过锻件标准。在1 010℃和1 050℃进行双固溶时效时发现,合金中出现了大量的退火孪晶组织,退火孪晶的产生对合金的强度和塑性均产生了影响,虽然合金的性能均超过锻件标准,但略低于单固溶时效状态下的合金性能。     

激光熔化沉积TC11钛合金的组织与力学性能

再现大型结构件实际成形热过程,研究了激光熔化沉积TC11钛合金的组织特征与力学性能。结果表明,沉积态试样的粗大柱状晶内α+β网篮组织比等轴晶内的更均匀、细小,等轴晶内分布有大片α集束区,晶界处产生了大量连续α相;由于后续沉积层对已沉积层的表层重熔及热处理效应,层间过渡区产生了明显的α相粗化,α相比例增加,因此沉积态试样的室温力学性能各向异性显著。经过950℃保温1 h和550℃保温2 h的双重退火后,退火态试样晶界处的连续α相几乎完全破碎,α+β网篮组织分布更加均匀,室温力学性能各向异性完全消除,塑性大幅增强,综合力学性能基本与锻造态的一致。