混合元素法激光立体成形Ti-6Al-4V的组织及性能研究

以Ti、Al、V混合元素粉末为原料激光沉积Ti-6Al-4V,并对沉积态试样的组织演化及力学性能进行研究.结果表明,与采用预合金Ti-6Al-4V粉末为原料所获得的沉积试样的凝固组织特征有所不同,采用混合元素粉末为原料获得的沉积试样的凝固组织随激光功率的提高逐渐由等轴晶转化为柱状晶,熔池内合金化过程所产生的混合热的扰动作用是导致低功率条件下等轴晶形成的原因.原始β晶粒内的微观组织由大量的魏氏α板条和一定体积分数的板条间β相组成.这与采用预合金粉末基本相同.混合元素法激光立体成形Ti-6Al-4V的氧含量仅约0.1wt.%,沉积态Ti-6Al-4V的室温拉伸性能超过锻件标准要求.     

激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的微观组织与性能

以纯Ti,Al,Mo元素粉末为原料,采用激光多层沉积技术制备Ti-6Al-3Mo合金,研究了激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的微观组织特征及硬度分布.首先针对合金沉积层的凝固组织展开研究,分析激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的凝固组织的形态特征及形成规律,并结合多元合金凝固柱状晶/等轴晶转变模型分析其形成机理.结果表明,激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的凝固组织由外延生长的粗大柱状晶组成,仅在沉积试样的最顶部,形成一层薄薄的细小等轴晶;其次研究了β晶内α相的形成和分布.结果表明,原始β晶内的微观组织主要由大量的α束域,初生魏氏α板条以及板条间β相组成.在组织研究的基础上,对沉积层不同区域的硬度分布进行测试,为激光多层沉积Ti-6Al-3Mo合金的进一步深入研究及应用奠定科学基础.     

Influence of Mo Content on Microstructure and Microhardness of Laser Solid Formed Ti-6Al-Mo System Alloys

以混合 Ti、Al、Mo 元素粉末为原料制备新型 Ti-6Al-yMo (3≤y≤11)合金,并研究了合金沉积层的显微组织及硬度。结果发现:随着 Mo 含量的增加,合金沉积层的初生α束域体积分数逐渐减小,同时 Ti-6Al-yMo 合金的组织逐渐由魏氏组织转变为网篮组织形态,初生α相的尺寸和长宽比均随着 Mo 含量的增加而减小,次生α相的体积分数随着 Mo 含量的增加而增大。对激光多层沉积 Ti-6Al-yMo 合金的显微硬度进行了测试,结果发现:在所采用的合金成分范围内,Mo 含量小于 11%时,随着 Mo 含量的增加,激光多层沉积 Ti-6Al-yMo 合金沉积态的硬度几乎呈线性增加。     

Ti含量对计算机材料Mg-Al-Zn合金微观组织与力学性能的影响

以计算机材料Mg-Al-Zn合金为研究对象,对添加不同含量Ti元素的该合金热处理后的微观组织和力学性能进行分析,结果表明:Mg-Al-Zn合金微观组织主要由基体α-Mg相、网状β-(Mg17Al12)相,短小的针状相及微小共晶组织颗粒相组成,其中β-(Mg17Al12)相为主要的强化相,其形态和数理决定了合金的强度和硬度。随Ti元素含量增加,合金微观组织逐渐细化、均匀,晶粒数目越多,β相形态分布及尺寸、大小都发生了变化,合金的力学性能逐渐提高;在不同温度下,流变应力-应变曲线呈现走势基本相同的趋势,应力-应变曲线表现为明显的动态再结晶特性,随温度升高,该合金的峰值应力逐渐减小。     

混合焓对激光多层沉积Ti-6Al-4V合金凝固组织的影响

分别以预合金粉末和混合元素粉末为原料进行激光多层沉积Ti-6A-4V合金,采用XRD研究了预合金粉末、混合元素粉末和沉积试样的相组成,采用金相显微镜研究了沉积试样的凝固组织.结果表明,预合金法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织由外延生长的柱状晶组成,且随激光功率的提高,合金凝固组织倾向于由柱状晶转变为等轴晶;随着激光功率由1600 W增加至2700 W,混合元素法激光多层沉积Ti-6Al-4V合金的凝固组织则由粗大等轴晶逐渐转变为外延生长的柱状晶.扫描速率对合金凝固组织的影响较小.对混合焓对合金凝固组织的影响进行了讨论.     

Ti6242合金组织演化的精细分析

以等轴组织Ti6242合金为研究对象,采用光学显微镜与扫描电镜2种组织观察手段,结合图像处理软件的自动处理与统计学方法,分析了不同热处理制度下合金组织的精细特征与演变规律。建立了采用体积分数Vα、尺寸Dα、分布密度ρα和聚集程度Eα4个参量来精确定量描述等轴初生α相特征及演化的方式,发现V_α、D_α、ρ_α和E_α均随固溶温度的升高而减小,V_α和ρ_α分别满足线性和抛物线规律;V_α的减小速度随温度升高而增加,随时间的延长而降低。随V_α减小,β相中Al元素含量增加,Sn、Zr和Mo三元素含量均降低;4种合金元素在α与β两相中的含量差异变小。850与800℃下,β相的[Mo]_(eq)分别落入α+β型和亚稳β型钛合金对应的[Mo]_(eq)区间,水淬后β相分别发生马氏体转变和保留亚稳态。     

AZ91HP镁合金真空激光熔凝晶粒细化

采用真空激光熔凝技术对AZ91HP镁合金表面进行了细晶强化处理。研究表明：激光熔凝区是由α-Mg和β-Mg17Al12相所组成,与原始镁合金相比,β-Mg17Al12相含量增加,且随着激光扫描速度降低,β-Mg17Al12相含量增加。熔凝区具有典型的树枝晶形貌特征。由于受微区合金溶液成分和结晶参数不均匀性的影响,二次枝晶间距沿熔凝层深度逐渐增大。增加扫描速度导致熔凝区二次枝晶间距减小,激光熔凝区晶粒细化,有利于提高镁合金的塑性。     

激光增材制造高Nb含量GH4169合金微观偏析行为研究

目的减轻不同热处理状态下激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。方法采用激光增材制造方法对球磨Nb合金化后的合金粉末进行快速成形,获得具有较高Nb含量的GH4169合金试样。通过光学显微镜、扫描电子显微镜及能谱分析、维氏硬度测试方法,对沉积态、固溶态和直接时效态试样进行分析,研究因合金中Nb含量变化引起的微观偏析对沉积态和热处理态合金的枝晶组织和显微硬度的影响。结果随着Nb含量的增加,一方面,由于枝晶间的Nb含量增加,枝晶间(γ+Laves)共晶数量增加,且共晶组织形貌更为连续;沉积态试样的显微硬度由228.4HV增大至534.1HV。另一方面,枝晶干Nb元素含量增加,枝晶干与枝晶间Nb元素含量的差异缩小,Nb元素的偏析比由8.59减小至4.13。后续固溶处理后,枝晶结构逐渐消失,枝晶间Laves相的数量随之减少,枝晶干与枝晶间的微观偏析减轻;固溶态试样硬度值随之减小,减小趋势随固溶温度的升高而逐渐平缓。随着Nb含量的增加,直接时效处理后,各试样显微硬度值在微观区域内的均匀性提高,枝晶干与枝晶间强化相的析出差异减小。结论合适的热处理制度既可以实现合金元素的均匀化,还能减小枝晶干与枝晶间强化相的析出差异,减轻激光增材制造高Nb含量GH4169合金组织中的微观偏析。     

等离子电弧双丝增材制造Ti-48Al合金组织特征

采用等离子电弧双丝增材制造技术成功制备了Ti-48Al合金(at.%),并对其沉积态和热处理后的组织特征进行了系统地研究.结果表明,沉积态Ti-48Al合金主要由α2相和γ相组成,沿着沉积方向,沉积态组织呈现由树枝晶区和片层晶团区交替分布的不均匀性特征,并且在树枝晶区存在严重的枝晶间Al元素偏析现象.在1 340℃/10 h/炉冷热处理后,不均匀的沉积态组织转变为晶粒尺寸细小的双态组织,Ti-48Al合金的微观组织的不均匀性获得明显改善,并且α2相含量显著增加,组织的择优取向减弱.     

合金元素对β-γTiAl合金热处理组织的影响

以Ti-Al-M三元合金(M为V、Mo强β相稳定元素)为对象,研究了合金元素V、Mo、Al对其铸态组织以及不同热处理条件下显微组织的影响。增加β相稳定元素可以将β相保留在室温,但是仅通过降低Al含量而获得β相凝固合金(Ti-38Al),铸态组织中不含β/B2相。Al含量较高时,添加β相稳定元素仍不能消除枝晶偏析。在合金淬火组织中,增加V、Mo元素或者降低Al元素含量可以发生马氏体转变。在双步热处理过程中,由于1320℃淬火的过饱和作用,Ti-Al-Mo合金经过1200℃随炉冷却后,组织内将会同时析出β相和γ相,形成β+γ的混合组织。     

Fine equiaxed β grains and superior tensile property in Ti-6Al-4V alloy deposited by coaxial electron beam wire feeding additive manufacturing

Coarse columnar β grains result in anisotropic mechanical properties in Ti alloys deposited by additive manufacturing. This study reports that Ti-6Al-4V alloy fabricated by coaxial electron beam wire feeding additive manufacturing presents a weak anisotropy, high strength and ductility. The superior tensile property arises from a microstructure with fine equiaxed β grains (EGβ), discontinuous grain boundary α phase and short intragranular α lamellae. A large region of fine EGβ arises from a special combination of the temperature gradient and solidification rate, and attractive α morphology is caused by solid phase transformations during interpass thermal cycling and post heat treatments.     

Pb-Bi包晶合金定向凝固微观组织演化

对Pb-(26,28,30,34)Bi(质量分数,%,下同)包晶合金进行平界面生长的低速定向凝固到枝晶状生长的高速定向凝固实验,研究了Pb-Bi包晶合金的微观组织形成及其演化。实验结果表明,在温度梯度G=30K/mm条件下,当凝固速度V=0.25μm/s时,初生α相和包晶β相均以平界面生长,凝固组织的演化过程为:单相初生α相→两相竞争组织→β单相。V=0.5μm/s时,定向凝固组织的演化过程为:单相初生α相→胞状α相+胞间包晶β相→α+β两相竞争组织→β单相。在G=20K/mm条件下,当凝固速度V=1μm/s时,初生α相以胞状领先生长,包晶β相则在胞状α间形核生长,并包裹住α胞。当凝固速度增加至V≥2μm/s时,初生α相由胞状转变为枝晶状,包晶β相则在枝晶间包围α枝晶。     

TC4钛合金低压电子束熔丝沉积层组织与性能

对TC4钛合金进行了低压电子束熔丝沉积试验,探究了该方法的可行性,并分析了沉积层数对微观组织和性能的影响. 结果表明,在加速电压为10 kV的低压时也可完成TC4钛合金的多层熔丝沉积. 多层沉积之后得到的沉积件的平均显微硬度在260 HV左右,只有沉积件底部条带状纹理聚集处的显微硬度接近退火态TC4基材的288 HV. 条带状纹理产生于多层沉积的过程之中,β相晶粒受热循环影响而发生了β → α + α′ + β的转变,其中硬度较高的网篮状α′相与片状的α相组成了条带状纹理,该显微组织的特点是随着与基板距离的增加,网篮状组织逐渐融入片状组织. 沉积件的拉伸断裂形式为韧性断裂,最高抗拉强度为862 MPa,略低于国家标准,这是因为在多层沉积的沉积件中β柱状晶会变得巨大,同时还会出现等轴晶,晶粒的巨大化使得沉积件的抗拉性能出现了下降.     

工艺参数设置和厚度对电子束熔融加工Ti-6Al-4V合金微观结构的影响

研究了试件尺寸和工艺参数(电子束强度,扫描速度,焦点偏移量和扫描长度)对电子束熔融(EBM)加工Ti-6Al-4V合金微观结构的影响。结果表明,可以观察到EBM加工的Ti-6Al-4V合金的微观结构由原始β相的柱状晶粒组成。在柱状晶粒内部观察到典型的(α+β)结构,即魏氏体α片和在细小的α晶粒的界面上形成的杆状β相。还发现沿原始β柱状晶粒的晶界形成的α层晶界。随着试件厚度、电子束能量密度和扫描长度的增加,先前的β柱状晶粒的直径增大,并且生长的方向与加工方向一致。同时,柱状晶粒直径随着试件高度的增加而减小。随着试件厚度和电子束能量密度的增加,α片会变得更粗大。     

热处理对激光立体成形TC11钛合金组织的影响

通过对TC11钛合金激光立体成形件沉积态和热处理态组织进行对比研究,探索改善TC11钛合金激光立体成形组织,提高材料高温综合性能的途径.结果表明,TC11钛合金的沉积态组织由贯穿多个熔覆层粗大柱状晶和粗大等轴晶组成,原始柱状β-Ti晶内的微观组织是由条状α和残留β组成.沉积态试样在950 ℃热处理后组织为等轴α、条状α和β转变基体组成的近似三态组织,晶界α大部分破碎球化消失,部分未破碎的晶界上镶嵌有α集束.粗大β晶内等轴α的产生与亚晶有关.在970 ℃热处理后为网篮组织,等轴α较少,α板条有粗化趋势;在1030 ℃再结晶后再经950 ℃热处理的组织是由粗大α板条组成的魏氏组织,在α边界和α内部残留有大量细小β,晶界α基本没有破碎消失.     

激光增材制造TA2/TA15梯度结构材料的显微组织(英文)

利用激光增材制造技术制备TA2/TA15梯度结构材料,研究该梯度结构材料的化学成分、显微组织和显微硬度的变化。结果表明:TA2部分宏观组织为近等轴晶组织,显微组织为魏氏α片层组织。TA15部分宏观组织是粗大的柱状晶,显微组织是细小的网篮组织。过渡区的厚度为3000μm,分成4层。随着距离TA2部分距离的增加,合金元素和β相含量逐渐增加,α相含量逐渐减少,显微组织从魏氏α片层向网篮α片层逐渐演化。固溶强化和相界面强化使得显微组织从TA2部分到TA15部分逐渐增加。     

Tensile properties of gas tungsten arc weldments in commercially pure titanium,Ti–6Al–4V and Ti–15V–3Al–3Sn–3Cr alloys at different strain rates

Abstract

The influence of microstructure and strain rate on the mechanical behaviour of three titanium alloys having applications in aerospace, namely, commercially pure titanium (α phase), Ti–6Al–4V (α + β phases) and Ti– 15V–3Cr–3Sn–3Al (β phase) is investigated for both the parent metals and their gas tungsten arc weldments. The results indicate that the tensile strengths of the three as received titanium alloys and their weldments increase with increasing strain rate. However, their elongations decrease with increasing strain rate. The as received Ti–6Al–4V alloy and its weldment, with a mixed α and β phase microstructure, have the maximum strength and microhardness. Commercial purity titanium metal and its weldment exhibit the minimum strength and microhardness. The tough Ti–15V–3Cr–3Sn–3Al alloy and its weldment, having a fully β phase microstructure, appear to have optimum strength and microhardness. The tensile properties of all three titanium alloy weldments are inferior to those of the as received metals.     

电脉冲处理对激光沉积Ti-6Al-4V合金强度各向异性的影响（英文）

为消除激光沉积Ti-6Al-4V合金的强度各向异性,利用拉伸试验、光学显微组织观察、扫描电子显微观察、电子背散射衍射分析和透射电子显微观察研究电脉冲对激光沉积Ti-6Al-4V合金显微组织与强度的影响。结果显示,随着施加电压从0增加到130 V,β柱状晶内的显微组织按如下顺序演化：α′马氏体→集束α组织→网篮α组织。130 V电脉冲处理会弱化β柱状晶内马氏体织构。沉积态Ti-6Al-4V合金表现出约6.2%的屈服强度各向异性;经130 V的电脉冲处理后,屈服强度各向异性减小到0.6%。这主要是由于沿不同方向变形时,130 V电脉冲处理样品表现出近似相同的施密特因子分布。     

Heat-treated microstructure and mechanical properties of laser solid forming Ti-6Al-4V alloy

The effects of heat treatment on the microstructure and mechanical properties of laser solid forming (LSF) Ti-6Al-4V alloy were investigated. The influences of the temperature and time of solution treatment and aging treatment were analyzed. The results show that the microstructure of LSFed samples consists of Widmanstätten α laths and a little acicular in columnar prior β grains with an average grain width of 300 µm, which grow epitaxially from the substrate along the deposition direction (Z). Solution treatment had an important effect on the width, aspect ratio, and volume fraction of primary and secondary α laths, and aging treatment mainly affects the aspect ratio and volume fraction of primary α laths and the width and volume fraction of secondary α laths. Globular α phase was first observed in LSFed samples when the samples were heat treated with solution treatment (950°C, 8 h/air cooling (AC)) or with solution treatment (950°C, 1 h/AC) and aging treatment (550°C, above 8 h/AC), respectively. The coarsening and globularization mechanisms of α phase in LSFed Ti-6Al-4V alloy during heat treatment were presented. To obtain good integrated mechanical properties for LSFed Ti-6Al-4V alloys, an optimized heat treatment regimen was suggested.