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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Ti—644合金不同固溶制度下组织与阻尼性能

Ti-644合金成份为Ti-6Al-4V-4Mo,是一种新型高阻尼性能铸态合金。铸态时组织为α相成集束与β相成网格状相混合存在。合金750～950℃固溶水淬时阻尼性能见图1。由电镜对不同固溶温度下组织观察表明:750℃固溶水淬后部分卢β→α′粗马氏体片,此时合金组织为α+α′+β_残。800℃固溶水淬后在α′马氏体片上析出了细针状α″相,见图2,α和与α′相上出现了孪晶。随着固溶温度的升高α″相析出量增加、针变粗、α与α′相上的孪晶数量也增加。到950℃时α相消失转变成稳定的β相。这时合金组织仅剩少量粗大的α″针,孪晶基本消失。     

自然时效和Cu含量对AlMgSi（Cu）合金时效硬化行为的影响

利用硬度测试和透射电子显微镜观察,对Cu含量分别为0.0%、0.15%、0.8%（wt.%）的AlMgSi合金进行了较系统地显微组织结构和时效硬化行为研究。热处理状态为固溶淬火后直接180℃人工时效及固溶淬火后自然时效两周再180℃人工时效。结果表明：添加Cu可以抑制自然时效对180℃人工时效硬度峰值的负面作用;与固溶淬火后先自然时效两周再180℃人工时效峰值样品比较,固溶淬火后直接180℃人工时效峰值样品中针状析出相的数量密度较大;含0.15%Cu的合金峰值时效样品中只观察到β″析出相,而含0.8%Cu的合金峰值时效样品中观察到β″和Q″析出相;与不含Cu和含0.15%Cu的合金比较,含0.8%Cu的合金时效峰值出现时间延迟。这种现象与Q″相的析出有关,因为析出Q″相需要额外的时效时间。     

多级时效对Al-Mg-Si(Cu)合金力学性能和显微结构的影响

本文通过透射电镜观察、差示扫描量热分析(DSC)和硬度测试等方法研究了6061铝合金在多级时效处理过程中力学性能和显微结构演变的规律.其中,T6I6热处理为先进行固溶处理,淬火后进行180℃预时效,然后在65℃中断时效,最后在180℃再次时效,120/T6I6热处理则将预时效温度改为120℃.结果表明,T6I6热处理不会明显提高合金的峰值硬度,合金强度与析出相类型、尺寸和分布有关系.120℃预时效后中断时效时继续形成GP区或β″前驱相,而180℃预时效后中断时效对显微结构的影响较小.120/T6I6的中断时效过程析出的主要是尺寸较小的GP区或β″前驱相,它们在再时效阶段不能成为析出相的形核点.T6I6在中断时效前GP区和β″前驱相基本全部析出.T6I6热处理和120/T6I6热处理均没有使峰值硬度明显增加,而且120/T6I6会拖延峰值时间.     

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。     

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。     

激光立体成形Ti-Al-V系的合金力学性能

研究了以元素粉末为送进原料时,激光立体成形(LSF)Ti-Al-V系合金的力学性能。结合激光立体成形Ti-xAl-yV(x≤10,y≤25)合金的硬度测试分析和人工神经网络模型优化,获得激光立体成形Ti-xAl-yV合金成分-硬度的关系。选择典型成分合金进行室温拉伸性能测试,在此基础上获得激光立体成形钛合金抗拉强度与显微硬度的比例因子K值为2.86～3.00,可实现对激光立体成形Ti-xAl-yV(x≤10,y≤25)合金的抗拉强度预测。另外,室温拉伸性能测试结果表明,激光立体成形Ti-4Al-3V、Ti-5Al-3V、Ti-4Al-4V、Ti-5Al-4V以及Ti-3Al-6V沉积态的综合室温拉伸性能均达到Ti-6Al-4V合金的锻件标准。     

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。     

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。     

激光熔覆原位合成TiC-Cr7C3-Ti-Ni金属复合材料涂层

利用激光熔覆工艺在Ti-6Al-4V合金表面制备出原位自生TiC-Cr7C3-Ti-Ni金属复合陶瓷涂层,以改善材料表面的综合性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、能量分散仪(EDS)、电子探针显微分析仪(EPMA)等手段对复合涂层微观组织结构进行研究。结果表明,复合涂层主要由-βTi,-γNi固溶体及分布于晶间的Ti/TiC或Ti/Cr7C3共晶组成;晶内为贫Ni,C的-βTi固溶体组织,晶间为富Ti,C的Ti/TiC和Ti/Cr7C3共晶组织;随着复合涂层成分的变化,激光熔覆原位合成物的量发生相应的变化,涂层熔区内晶体生长形态从网络状晶向树枝晶、等轴晶过渡;复合涂层显微硬度值较基体有显著提高。     

3D打印钛合金晶界中的伯氏取向差观测方法

本文在密切关注新兴增材制造技术所产生的微观结构组织特征的同时,具体选取一种3D打印Ti-6Al-4V合金,分析其中的伯氏取向差结构.利用扫描电镜(SEM)、电子背散射衍射(EBSD)和统计性的五参数法,首先标定了合金结构中大量存在的α/α晶界,其次统计了α/α晶界的惯习面分布状况,之后对5种伯氏取向差分别进行了晶面取向...     

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。