Ti-6Al-4V钛合金激光选区熔化成形工艺及性能研究

将激光功率和扫描速度作为主要的工艺参数,进行了Ti-6Al-4V钛合金激光选区熔化成形(SLM)试验.结果 表明,激光功率为300W,扫描速度为1.0 m/s时,SLM成形试件的抗拉强度达到1150 MPa,伸长率达到9.5％,抗拉强度和伸长率都较高.激光热输入不足时,试块抗拉强度不能满足使用要求,激光热输入过高时,试...     

Ti-6Al-4V合金汽轮机动叶片的热处理工艺

针对Ti-6Al-4V合金汽轮机动叶片出现的组织异常,研究了两种热处理工艺对Ti-6Al-4V合金组织与性能的影响,并对锻造加热温度对该材料显微组织的影响进行了探讨。研究结果表明,Ti-6Al-4V合金汽轮机动叶片的组织异常是由于锻造加热温度过高或加热时间过长引起的,Ti-6Al-4V合金锻后采用固溶+时效或直接时效的热处理的方案都能满足产品毛坯性能要求,且锻后直接时效性能更优异。     

电子束选区熔化Ti-6Al-4V显微组织与疲劳性能研究

采用电子束选区熔化成型技术制备了Ti-6Al-4V合金试样,研究了成型态与热等静压态的显微组织、拉伸及高周疲劳性能。结果表明,成型态的组织为沿沉积方向生长的柱状晶;柱状晶内部以魏氏组织为主,也有α/β片层组织存在。成型态材料的拉伸强度并未受到少量气孔及未熔合缺陷的影响,其强度和延伸率达到了ASTM标准。热等静压消除了材料内部缺陷,但显微组织发生粗化,材料抗拉强度下降约5%,但延伸率提高了约35%。热等静压后Ti-6Al-4V合金的高周疲劳性能得到显著改善,在1×10₇寿命,R=0.1的测试条件下,疲劳极限达到600MPa。根据断口信息分析了典型试样的裂纹萌生与扩展行为,大多数试样的裂纹源位于表面,材料拉伸性能分散性较大是疲劳寿命分散性大的主要原因之一。     

基于神经网络Ti-6Al-4V合金热循环下力学性能研究

测定了Ti-6Al-4V合金在不同热循环温度下的拉伸强度和拉伸塑性.结果表明:热循环对Ti-6Al-4V合金的拉伸强度有显著的影响,而对其拉伸塑性影响不明显;利用BP神经网络的相关理论和方法,建立了关于Ti-6Al-4V合金在热循环温度下的力学性能的BP神经网络模型,计算结果表明,预测误差均在5％以内,精度很高,可为进一步研究Ti-6Al-4V合金提供科学方法.     

热处理工艺对Ti-6Al-4V ELI合金厚截面锻件力学性能的影响

针对损伤容限型Ti-6Al-4V ELI合金δ200mm厚截面锻件,开展了β热处理工艺和准β热处理工艺试验,对比分析了热处理工艺对锻件的强度、塑性、断裂韧度、疲劳裂纹扩展速率的影响。研究结果表明,随着第一重退火温度从T_b+15℃升高到T_b+30℃、T_b+60℃,锻件塑性下降明显。准β热处理工艺的塑性明显优于β热处理工艺,源于其β晶粒尺寸较小。强度、断裂韧度和疲劳裂纹扩展速率对β热处理工艺温度不敏感。为达到良好的强度-塑性-韧性的综合性能匹配,Ti-6Al-4V ELI钛合金厚截面锻件宜采用较低热处理温度(如T_β+15℃)的β热处理工艺或准β热处理工艺。     

热循环温度对Ti-6Al-4V合金组织和力学性能的影响

对上限温度为500、650、800℃高温短时热循环200次后的Ti-6Al-4V合金室温力学性能和组织进行了研究。结果表明:循环温度对合金强度影响较为明显,循环温度的升高使合金抗拉强度降低;分析认为:温度高于650℃,实验合金组织中β相逐渐分解碎化,β相含量减少和α晶粒逐渐长大是强度降低的主要原因。     

激光快速修复Ti-6Al-4V合金的显微组织与力学性能

针对Ti-6Al-4V合金在加工和服役过程中的损伤特点,对Ti-6Al-4V合金锻件的3种典型误加工缺陷——槽缺陷、面缺陷和体缺陷进行了激光快速修复研究。激光修复区与锻件基体形成致密冶金结合,Al、V合金元素由锻件基体到激光修复区均匀分布,无宏观偏析。激光修复区组织为粗大原始β晶粒内分布细长的α针及编织细密的α+β板条组织,呈现典型的魏氏结构,热影响区组织从锻件的等轴α+转变β组织逐步过渡到魏氏(α+β)组织。对预制有3种类型缺陷的激光修复试样进行室温静载拉伸试验和硬度测试,结果表明修复试样的拉伸性能达到锻件标准(HB5224-1982)。激光修复试样的硬度和强度高于锻件基体,而塑性则低于锻件基体。因此,激光修复区和锻件基体可看作是一种“强+弱”的组合,这与二者的显微组织是相对应的。     

轧制工艺对Ti-6Al-4V无缝管力学性能的影响

采用不同变形量开坯方式,分别经两道次和三道次轧制将管坯轧制成总变形量为70%的管材。在道次间进行800℃×1 h真空退火,冷却方法为炉冷至500℃后空冷至室温,观察其组织性能变化。结果表明,大变形量轧制时材料的流动呈条带状,小变形量轧制时材料的流动呈束状。总变形量相同的情况下,小变形量轧制方式能得到更好的外观质量,轧制道次越多,所得管材综合性能越好。     

增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的研究进展

增材制造技术成形Ti-6Al-4V点阵材料具有高强度、低密度、生物相容性好的性能特点,在航空航天、生物医疗、海洋等领域具有极大应用潜力。本文概述了近年来增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电子束选区熔化(SEBM)技术成形点阵材料的力学性能、失效行为、微观组织进行分析与总结。研究发现,SLM和SEBM技术均可获得保留原始结构特征的点阵材料,且增材制造骨骼型Diamond 极小曲面Ti-6Al-4V点阵材料抗压强度可达到411.71 MPa,屈服强度达到317.48 MPa,强度可与镁合金相媲美；点阵材料失效行为主要有45°剪切断裂以及水平断裂,剪切断裂型点阵材料强度较高,在承载方面具有独特优势,而呈水平方向断裂的点阵材料多为梯度型点阵材料,其应力应变曲线波动范围较小,在能量吸收能力方面表现出明显的优势；热处理可有效消除增材制造过程中带来的残余应力、降低粗糙度、转变亚稳、针状α"马氏体为α+β相,进而增加点阵材料的塑性,且不降低甚至提高部分Ti-6Al-4V点阵材料的强度。最后,对增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的现存弊端以及未来发展趋势进行了展望。     

利用选区激光熔化技术制备梯度结构的Ti-6Al-4V合金

采用选区激光熔化技术（SLM）制备了梯度Ti-6Al-4V合金。随着样品沉积厚度的逐渐增加,控制激光功率或扫描速率逐步升高或降低,以此研究了梯度结构Ti-6Al-4V合金的相变及结构演变。结果表明：由于选取激光熔化过程中的高冷却速率,SLM制备的Ti-6Al-4V合金的主要组织结构为初始β柱状晶里的针状马氏体。β柱状晶会随着激光功率的增加或扫描速率的降低而增宽。激光功率和扫描速率的变化会引起马氏体择优取向的变动。最后,由于局部不同的能量变化,随样品沉积厚度增加而逐步升高或降低的扫描速率会引发2种不同的空洞缺陷。     

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.     

Ti-6Al-4V合金的轧制与组织性能

采用光学显微镜、透射电镜和拉伸试验等手段,研究了多道次两向轧制和单向轧制对不同原始状态(热轧态、水淬态和空冷态)Ti-6Al-4V合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,热轧态Ti-6Al-4V合金的组织为片状α相+β相+少量等轴α相,水淬态Ti-6Al-4V合金形成了针状马氏体组织,空冷态Ti-6Al-4V合金形成了网状组织。Ti-6Al-4V合金适宜的两向轧制温度为700 ℃,此时合金中可见颗粒状β相弥散分布在α基体上。两向轧制Ti-6Al-4V合金的抗拉强度和屈服强度从高至低顺序为:水淬态>热轧态>空冷态,且轧向强度要高于横向;相较于单向轧制,两向轧制明显降低了Ti-6Al-4V合金板材拉伸性能的各向异性,且水淬态Ti-6Al-4V合金的轧向和横向强度差异最小,700 ℃轧制Ti-6Al-4V合金的主要细化机制为位错细化。     

TC4钛合金激光拼焊接头显微组织及力学性能分析

文中系统分析了TC4钛合金激光拼焊接头的显微组织与力学性能.结果表明,TC4钛合金激光焊缝组织为粗大的柱状晶,晶粒内部是针状马氏体交织成的网篮状组织;热影响区组织为α+β+针状α′组织,且分布不均匀,靠近熔合线的区域晶粒更粗大,针状马氏体数量更多分布更密集.0.8 mm厚TC4钛合金薄板拼焊工艺参数为焊接功率1100～1 300 W,焊接速度1.5～3.0 m/min.焊缝力学性能优良,拉伸试样均断裂于离焊缝中心较远的母材上,母材和焊缝断口形貌都显示韧窝断口特征,且焊缝断口韧窝相对更较小.     

Microstructure and high temperature mechanical properties of laser rapidly formed Ti-6Al-4V alloy

Several tensile samples were prepared using laser rapid forming （LRF） with Ti-6Al-4V alloy as powder material, and the samples were annealed. The microstructure and high temperature mechanical properties of laser formed Ti-6Al-4V alloy through annealing treatment were investigated. The short-term and long-term tensile tests at 350 ℃ were performed. The results show that the microstructure of LRF samples consists of the large columnar prior β grains which grow epitaxially from the substrate along the deposition direction. There are Widmanstaitten a laths in prior β grains, but a laths in annealed microstructure are coarser, and their aspect ratio is lower than that in as-deposited microstructure. In addition, the prior β grain boundary is also coarsened and broken off through the annealing treatment. The high temperature mechanical properties of the annealed LRF samples exceed those of casting alloy significantly, especially the stress-rupture lifetime reaches 661.7 h even while the test stress increases from initial value of 490 MPa to the final stress of 800 MPa gradually.     

Fatigue properties of pack ply-rolling Ti-6Al-4V alloy sheets

The influence of pack ply-rolling process and heat-treatment on the texture characteristics of Ti-6Al-4V alloy sheets was investigated applying the EBSD technique. The tensile properties and fatigue properties of the sheets possessing different type textures were measured. The results show that the alloy sheets possessing single type texture （B or T） exhibit lower fatigue strength compared with the mixed texture （B/T）. The sheet possessing basal texture exhibits isotropy and its elastic modulus and yield strength are lower than those under other conditions.     

Ti基钎料真空钎焊Ti-6Al-4V

在温度1223K、时间1－30min钎焊参数条件下，应用Ti基钎料对Ti-6Al-4V进行了真空钎焊。结果表明，接头强度较高，因钎焊温度较低母材基本上保留了原始组织。同时表明Ti-Zr-Cu钎料大幅度增加w(Cu)易造成钎缝中心区域生成连续分布的Ti2Cu TiCu,严重影响接头强度。     

不同取向对激光快速成形Ti-6Al-4V合金力学性能的影响

采用万能材料试验机系统,对激光快速成形TC4钛合金不同取向圆柱形试样进行准静态压缩试验,使用光学显微镜、扫描电镜、XRD等分析手段,研究不同取向对其力学性能的影响。结果表明:不同取向激光快速成形TC4钛合金由于微观结构的差异,其准静态压缩力学性能也不同,其中,与激光扫描方向成45°角试样显示最高的强度,但塑性最差;而沿沉积方向试样则显示最好的塑性性能,其强度与沿激光扫描方向试样的强度相当。