固溶时效对激光直接沉积Ti6Al4V合金组织和性能的影响

采用激光直接沉积的方式成功制备无冶金缺陷的高质量沉积态样件，研究固溶温度(910～970℃)和时效温度(500～600℃)对沉积态样件的相组成、显微组织和拉伸性能的影响。研究结果表明，沉积态和固溶时效态合金的显微组织均由大量的α-Ti(α)相和少量的β-Ti(β)相构成；另外，随着固溶温度和时效温度的升高，显微组织内的α相由细长的针状转变为短棒状。拉伸性能方面，确定了固溶时效态试样(940℃/1 h/WQ+550℃/4 h/AC、970℃/1 h/WQ+550℃/4 h/AC和940℃/1 h/WQ+600℃/4 h/AC)的拉伸强度指标高于锻件国家标准要求(σ_b≥895 MPa,σ_0.2≥828 MPa,δ≥10%);断口形貌均属于塑性断裂。     

激光沉积Ti65钛合金的显微组织与各向异性研究

采用激光沉积制造技术制备了Ti65钛合金试样，并对其进行了退火热处理，分析了试样不同截面/方向的显微组织和力学性能。结果表明：激光沉积Ti65试样沿沉积方向形成了粗大的柱状晶和平行分布的层带结构，层带中的α板条粗化明显；垂直于沉积方向的截面呈等轴晶结构；不同截面的显微组织均为片层组织。退火后，不同截面的晶界断续，α板条粗化，显微组织均为网篮组织，显微组织的各向异性不明显。沉积态试样沿沉积方向和垂直于沉积方向的抗拉强度分别为1015 MPa和1055 MPa，伸长率分别为11.4%和8.4%；退火后，沿沉积方向和垂直于沉积方向的抗拉强度分别为1025 MPa和1079 MPa，伸长率分别为12.7%和10.5%。沉积态试样沿沉积方向的显微硬度比垂直于沉积方向低约20 HV0.2；退火后，不同方向的显微硬度接近并约为400 HV0.2。退火后激光沉积Ti65综合力学性能的各向异性趋于弱化。     

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。     

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%。     

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。     

SLM成形TC4钛合金高温拉伸力学性能及断裂机制分析

研究了选区激光熔化(SLM)成形TC4钛合金室温拉伸及高温拉伸力学性能和微观组织,以及高温拉伸断口形貌和气孔形成原因.结果表明:SLM成形TC4钛合金沉积态试样性能呈现强度高而塑性低的特点;经过800℃、4 h真空退火处理后,室温拉伸力学性能达到同牌号锻件水平.在400℃、500℃和600℃高温拉伸条件下,沉积态试样高...     

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。     

激光沉积TA15钛合金显微组织及高周疲劳性能研究

对激光沉积TA15钛合金显微组织进行研究,并分析了室温下高周疲劳裂纹的萌生和扩展特性。采用光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）分析了试样疲劳断口以及纵截面显微组织形貌。研究表明,激光沉积宏观组织呈现定向生长的柱状晶形貌,晶粒内部为细小的网篮组织,经过双重退火后,网篮组织有粗化趋势。疲劳源区存在与集束尺寸相当的解理断裂平面,稳定扩展区疲劳裂纹扩展路径曲折,这与片层组织中集束位向不同有关,一定区域内疲劳裂纹平行片层或近似垂直片层扩展,扩展区的二次裂纹有助于扩展能量的消耗,提高疲劳寿命。     

激光快速成形304不锈钢试件组织与拉伸断口特性分析

用激光快速成形(LRF)技术制备304不锈钢拉伸试样,并对试样进行拉伸。利用光学显微镜观察了试样表面显微组织;利用扫描电镜(SEM)观察了试样断口的形貌特征,并用能谱仪(EDS)分析了取样点处的化学成分。结果表明,所制备试样显微组织晶粒细小,具有定向凝固的特征,在成形件内部存在微细观孔洞与裂纹。在拉伸断裂试样中,断口呈现韧性断裂的特征,断口部分区间氧、硅含量较高,形成金属化合物夹杂,使材料的力学性能变差。     

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)。     

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。     

退火温度对激光沉积TA15合金组织及性能的影响

以TA15钛合金球状粉末为原料,利用激光沉积制造技术制备了TA15钛合金厚壁件。研究了不同的退火温度对激光沉积TA15钛合金的拉伸力学性能及显微组织的影响,分析了经不同温度退火后合金的断裂机理以及晶界两侧α团簇的变形机制。结果表明,经退火处理后的合金显微组织中α相排列有序,α片层厚度随退火温度的变化不大;显微硬度值受α相含量影响,但随退火温度变化不大;晶界两侧α团簇变形机制不同;裂纹易在β相处萌生并扩展;沿着沉积方向和垂直于沉积方向上的合金拉伸断裂机制不同,分别为韧性断裂和半韧性半解理断裂。     

激光沉积制备316L-IN625梯度材料的组织与力学性能

采用激光沉积工艺制备了材料成分呈梯度变化的316L-IN625梯度材料，通过扫描电镜观察、X射线衍射、拉伸测试等分析技术研究了梯度材料不同区域的显微组织形态，以及连接试样、梯度试样的力学性能。结果表明：梯度材料不同区域的显微组织随着316L成分的减少依次呈现为胞状枝晶、柱状晶、粗糙枝晶与近等轴晶；与连接试样相比，316L-IN625梯度试样的屈服强度(σ_0.2)升高至289 MPa,但由于高的热应力与脆性析出相的存在，其抗拉强度与延展性均有所降低；脆性析出相随着拉伸应力的增大发生不均匀的塑性变形，导致梯度试样发生脆性解离。IN625合金的固溶强化与析出强化，使得316L-IN625梯度材料的显微硬度沿沉积建造方向逐渐升高。     

热等静压处理对选区激光熔化GH3536微观结构及拉伸性能的影响

利用选区激光熔化技术制备GH3536试样,研究了热等静压处理前、后选区激光熔化GH3536微观结构演变对力学性能各向异性的影响。利用扫描电镜、电子背向散射衍射和拉伸试验等方法对沉积态和热等静压态试样进行了微观组织、晶体织构和力学性能表征分析。研究结果表明,与传统工艺相比沉积态试样形成了超细晶组织且拉伸性能较高。X-Y面中的等轴晶存在〈001〉和〈101〉择优取向;Y-Z面中外延生长的柱状晶结构的〈001〉晶向近似与增材方向平行。受晶粒尺寸及织构强度的影响,相对于纵向试样,横向试样的屈服和抗拉强度更高,但其延展性偏低,在断口中观察到脆性断裂特征及未熔合缺陷。经热等静压处理后,柱状晶粒发生等轴化转变,晶粒取向随机分布,碳化物沿晶界析出,裂纹愈合,但是试样拉伸强度降低,塑性升高,并且各向异性消失。     

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。     

扫描顺序对激光熔覆304钢组织和性能的影响

为了研究预置送粉激光熔覆304不锈钢的组织和力学性能,在27SiMn钢表面进行了预置送粉的多层累加激光熔覆实验,并根据激光扫描的先后顺序将所得到的熔覆层材料划分为四个区域。对比分析了四个区域的材料的显微组织,力学性能和拉伸断口形貌。结果表明,激光熔覆304不锈钢的显微组织表现出了定向凝固的特征,晶粒多为柱状晶,后熔覆区域的晶粒相对于先熔覆区域较为粗大。拉伸试验结果表明,后熔覆区域的拉伸性能相对于先熔覆区域较差。拉伸断口形貌表明,激光熔覆304不锈钢试样主要表现为韧性断裂,局部表现为脆性解理断裂,在断口处有夹杂现象,且夹杂现象主要出现在后熔覆区域,通过能谱分析发现夹杂物主要为金属氧化物。     

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。     

激光立体成形TC11DT钛合金裂纹扩展速率研究

采用光镜(OM)、扫描电镜(SEM)对激光立体成形TC11DT钛合金显微组织和疲劳裂纹扩展断口进行了观察,研究分析了不同取样方向的裂纹扩展机制与失效方式,包括缺口方向平行于沉积试样(平行试样)及缺口方向垂直于沉积方向(垂直试样)。结果显示,未经热处理的沉积态试样的宏观组织主要由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大β柱状晶组成,柱状晶内为编织细密的α板条和板条间β相。无论是平行试样还是垂直试样,经受载荷时失效方式均由韧性断裂逐渐转变为韧-脆混合断裂,但在瞬断区两者的失效方式区别较大,并且沉积态组织抗裂纹扩展能力的强弱与缺口的加工方向有密切联系。和盘模锻件相比,沉积态试样的抗裂纹扩展能力较低。     

激光快速成形Inconel 718超合金拉伸力学性能研究

研究了激光快速成形Inconel 718超合金试样3个相互垂直方向的拉伸力学性能,以及热处理对激光快速成形凝固组织与3个相互垂直方向拉伸力学性能的影响。结果表明,激光快速成形Inconel 718超合金试样3个相互垂直方向的拉伸力学性能均明显低于其锻件拉伸力学性能,且表现出明显的各向异性。经过热处理的Inconel 718超合金试样,其沿沉积高度方向定向外延生长的柱状枝晶组织转变为晶粒粗大且不均匀的等轴状再结晶组织,随Laves相固溶消失及强化相γ″和γ′大量析出,3个相互垂直方向上的拉伸力学性能均大幅度提高,其中,与基板平行的两个相互垂直方向上的拉伸力学性能均达到Inconel 718超合金锻件拉伸力学性能标准,但沿成形件高度方向,出现拉伸力学性低于Inconel 718超合金锻件拉伸力学性能标准的试样。     

增材修复对激光沉积制造TC4组织与力学性能的影响

采用激光沉积修复技术和电弧增材修复技术分别对预制损伤激光沉积制造TC4进行修复,然后对其进行不同的热处理,研究两种修复制件在热处理前后的组织和力学性能。结果表明:两种修复件的修复区均与基材形成了致密的冶金结合,无明显的热影响区;两种修复件的显微组织存在差异,激光修复区中的β柱状晶由基材延伸到修复区顶部,整体组织较为一致,而电弧修复区中出现了粗大的β等轴晶,晶内α相较基材的更细长;激光修复件的综合性能较好,其强度与塑性均高于TC4锻件标准,电弧修复件的强度与激光修复件的相当,但断面收缩率较激光修复件的低;600℃退火处理对组织及性能的影响较小,而固溶时效处理能使α相明显粗化,大幅提升其塑性,且对强度的影响不大,可使制件获得较佳的强度/塑性匹配;两种热处理态修复件的拉伸断裂机制不同,激光修复件的断口表面布满大而深的韧窝,为韧性断裂,而电弧修复件断口上的颈缩不明显,韧窝较浅且起伏较小,表现为准解理断裂特征。