激光沉积及热处理工艺对TC11钛合金组织和性能的影响

采用激光沉积工艺制备了TC11钛合金,研究了激光功率及固溶温度对其组织和力学性能的影响.结果 表明:随着激光功率的提高,合金的强度增加,塑性降低;随着固溶温度的升高,从950℃提高到970℃,固溶时效后合金横纵向的组织和性能逐渐趋于均匀一致,固溶温度提高至990℃时,合金的各向异性加大;采用970℃保温1h空冷+530...     

退火工艺对激光立体成形TC21钛合金组织和性能的影响

利用BLT-C1000型激光立体成形设备制备了TC21钛合金块体,并对其分别进行了单级和双级退火处理,研究了单级和双级退火工艺对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,激光立体成形TC21钛合金的沉积态组织主要为网篮状组织。单级退火温度影响初生α相板条尺寸,低于550 ℃退火时,初生α相板条长度和宽度变化较小,高于650 ℃退火时初生α相板条长度明显增加,宽度略微降低。屈服强度和抗拉强度随退火温度升高而降低,断后伸长率和断面收缩率随退火温度升高而增大。双级退火时随第一级退火温度升高,初生α相含量降低,随着第二级退火温度的升高,次生α相尺寸增加。综合考虑,双级退火时宜选择870~900 ℃的第一级退火温度和560 ℃的第二级退火温度。     

热处理对激光立体成形TB18钛合金组织和力学性能的影响

采用BLT-C1000型激光立体成形设备制备了沉积态的TB18钛合金,然后采用OM、SEM和拉伸试验机等方法研究了不同热处理工艺对TB18钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,沉积态试验合金的宏观组织以长条形β晶粒为主,晶内由亚稳β相和针状次生α相组成,且存在贯穿β晶粒的沉积层线。随着直接时效温度的升高,原始β晶粒形状变化不大,内部次生α相厚度增加,在形貌上次生α相从针状向片状转变。直接时效温度高于550 ℃时,沉积层线消失,直接固溶温度高于830 ℃时显微组织以全β晶粒组成。固溶+时效处理后,微观组织以纵横交错的细层片状α相为主。随着直接时效温度的升高,抗拉强度和屈服强度降低,伸长率增加。固溶+时效后析出次生α相,抗拉强度和屈服强度显著增加,同时伸长率下降。综合考虑,实际生产中沉积态的TB18钛合金的最佳热处理工艺为直接时效500 ℃×4 h,此时强度和伸长率均高于指标要求。     

热处理工艺对TC11钛合金组织与性能的影响

采用正交试验法研究固溶温度和固溶时间、时效温度和时效时间4个因素对TC11钛合金力学性能和组织的影响。结果表明采用固溶温度960℃,固溶时间30 min,时效温度530℃,时效时间8 h的热处理制度,TC11钛合金可以得到最优的强塑性组合,抗拉强度1133 MPa,屈服强度1045 MPa,伸长率18.84%,断面收缩率56.49%。     

热处理工艺对TC11钛合金组织及性能的影响

研究了热处理温度和冷却方式对初始组织为等轴组织的TC11钛合金显微组织及力学性能的影响.结果表明,对于TC11钛合金,在空冷条件下,随热处理温度的升高,等轴α相含量逐渐减少;当热处理温度超过980 ℃,合金开始发生组织形态的改变,由初始的等轴态转变为α β双态组织,随温度的继续升高,等轴组织完全转变成片层状组织;热处理温度在980 ℃以上时,随冷却速度的增加,β转变组织的片层厚度逐渐减小,冷却速度较快时(水冷),形成淬火马氏体.拉伸试验研究表明,热处理温度为980～1020 ℃,空冷(或油冷)条件下,得到的组织具有较好的高温综合力学性能,其中热处理温度在980～1000 ℃之间得到的组织由于等轴α相含量约为50%,具有最佳的力学性能.     

热处理对激光立体成形TA15合金组织及力学性能的影响

研究了激光立体成形TA15钛合金沉积态、退火态、固溶时效态以及双固溶时效态4种状态的组织及力学性能。结果表明:沉积态组织为大量不同取向相互交叉的发达魏氏α+β板条,其拉伸性能表现出一定的各向异性。经退火后,显微组织没有明显变化,塑性在强度降低不多的情况下得到了提高。退火态试样具有良好的综合拉伸性能,达到了锻件退火态的拉伸性能标准。经固溶时效处理后可得到粗化的α初+α’组织,成形件的强度显著提高。经双固溶时效后可得到粗化α初+细化α次+α’组织,强度稍有降低。与室温相比,4种状态均呈现出高温强度降低而塑性提高的特点。对于不同的热处理状态,成形试样的洛氏硬度HRC处于30~45范围变化,不同热处理态的硬度变化与拉伸性能中的强度变化趋势一致。     

热处理对激光立体成形TC4残余应力的影响

采用小孔释放法对激光立体成形TC4钛合金沉积态和热处理后的残余应力进行了测试.结果表明,激光立体成形TC4合金的残余应力属于低应力水平,沿激光扫描方向的残余应力σY和垂直于激光扫描方向的残余应力σZ具有类似地分布规律.激光扫描起始位置的残余应力值较小,到中间位置达到最大的压应力,而到熔覆结束位置转变为最大的拉应力;靠近基材处熔覆层的残余应力为较大的压应力,随着熔覆高度的增加,到顶部转变为较小的拉应力.相比沉积态试样,去应力退火后σY和σZ分别平均降低59.8%和72.3%,固溶时效处理后分别平均降低64.7%和 67.8%.热处理后残余应力分布趋于平缓,可有效地消除和调整激光成形过程产生的残余应力.     

TC11钛合金双重热处理工艺设计

TC11是α+β型热强钛合金,使用温度达500℃,但在现有的热处理工艺条件下综合力学性能差。鉴于此,本文设计了双重热处理工艺,采用Image-Pro Plus软件对热处理后的组织进行定量表征,揭示了不同参数对组织的影响规律,并结合力学性能测试结果进行了工艺优化。     

热处理时间对激光选区成形TC4钛合金组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机研究固溶时效工艺中时间参数对激光选区成形(SLM)TC4(Ti6Al4V)钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,退火态的SLM成形TC4钛合金的显微组织主要由连续的晶界α相(α_GB)、网篮状α相和β转变组织组成。经固溶时效处理后,试样的显微组织均呈现为网篮组织。在固溶温度为920 ℃,时效工艺为550 ℃×3 h,空冷的条件下,随着固溶时间从2 h增加为6 h,初生α相粗化明显,部分α_P相的晶粒长度可达16 μm;片状α相也发生粗化,晶粒长度由5~15 μm增长至20~30 μm,连续的晶界α相(α_GB)变得不连续,晶粒宽度由2.7 μm增长为4.4μm;同时,组织中出现了尺寸较大的α集束。试样的强度由1045.2 MPa增加为1156.9 MPa,断后伸长率由13.6%降低为6.7%。在时效温度为550 ℃,固溶工艺为920 ℃×2 h,水淬的条件下,随着时效时间从3 h增加为8 h,β转变组织的占比增加,初生α相的长度由40~60 μm减少为30~40 μm,晶界处连续的α_GB相晶粒宽度由2.7 μm增长为4.5 μm;片状α相稍有粗化,而试样的力学性能变化不大。因此,对于SLM成形TC4钛合金而言,在920 ℃固溶温度及550 ℃时效温度下,改变固溶和时效时间参数难以获得双态组织,且对综合力学性能的提高无显著影响。     

显微组织对TC11合金高温保时疲劳敏感性的影响

详细研究了等轴、三态、网三种组织对ＴＣ１１合金（Ｔｉ－６．５Ａｌ－３．５Ｍｏ－１．５Ｚｒ－０．３Ｓｉ）５２０℃高温保时疲劳敏感性的影响。结果表明,当在每次循环峰值保时３ｍｉｎ时,三种显微组织的ＴＣ１１合金均呈现疲劳寿命显著下降,其中等轴组织下降最大,三态组织其次,网篮组织最小。ＳＥＭ和ＴＥＭ观察显示,等轴和三态组织的保时敏感性是以大量准解理断裂和车辙状平面滑移为其断裂特征,且准解理断裂和平面滑移随     

Isothermal precision forging of Ti-6.5Al-3.5Mo- 1.5Zr-0.3 Si alloy impeller with twisted blades

Ti-6.5Al-3.5Mo-1.5Zr-0.3Si （TC11） alloy impeller is an important part in the airspace engine that serves under severe working conditions, and it requires excellent mechanical properties and high dimensional precision. However, the integral titanium alloy impeller is difficult to precisely forge because of its complex shape and poor formability. In order to develop optimum forging process of this kind of complex parts, the deformation characteristics of TC 11 alloy under isothermal compressing conditions were studied. Furthermore, an alternative material, namely pure lead, was selected to model the forming process of the impeller and investigate metal flow during forging. Based on the research, local loading method was determined to forge the TC 11 alloy impeller precisely under isothermal condition. The dimensional accuracy, mechanical properties and microscopic structure of the forged product satisfy operating requirements.     

热处理对激光成形TC4合金组织及性能的影响

通过对TC4钛合金激光快速成形件沉积态、去应力退火和固溶时效3种状态下的组织进行对比研究，探索改善TC4钛合金激光快速成形组织，提高材料综合力学性能的途径。结果表明，成形件的组织由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大柱状晶组成，柱状晶主轴垂直于激光束扫描方向或略向光束扫描方向倾斜。原始的柱状伊Ti晶粒的微观组织是由极少量针状α，大量的魏氏α板条和一定体积分数的板条间声相组成。沉积态试样经退火处理后α板条有粗化趋势，性能改善不明显，塑性有所提高；经固溶时效热处理后可得到等轴α，网篮α和转变β相的三重混合组织，晶界α相被不同程度地破碎，甚至消失，塑性有明显提高，且强度降低不大，具有良好的综合力学性能。     

Influence of heat treatments on microstructure and mechanical properties of laser additive manufacturing Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr titanium alloy

The effect of heat treatments on laser additive manufacturing (LAM) Ti-5Al-2Sn-2Zr-4Mo-4Cr titanium alloy (TC17) was studied aiming to optimize its microstructure and mechanical properties. The as-deposited sample exhibits features of a mixed prior β grain structure consisting of equiaxed and columnar grains, intragranular ultra-fine α laths and numerous continuous grain boundary α (α_GB). After being pre-annealed in α+β region (840 °C) and standard solution and aging treated, the continuous α_GB becomes coarser and the precipitate free zone (PFZ) nearby the α_GB transforms into a zone filled with ultra-fine secondary α (α_S) but no primary α (α_P). When pre-annealed in single β region (910 °C), all α phases transform into β phase and the alloying elements distribute uniformly near the grain boundary. Discontinuous α_GB and uniform mixture of α_P and α_S near grain boundary form after subsequent solution and aging treatment. The two heat treatments can improve the tensile mechanical properties of LAM TC17 to satisfy the aviation standard for TC17.     

高功率激光立体成形Ti-6Al-4V合金组织研究

针对高功率条件下激光立体成形Ti-6Al-4V合金组织特征展开研究,揭示高功率条件下组织形成机理,并对比分析了高功率与中/低功率条件下组织形成的差异及原因。结果表明:由于高功率条件下具有更低的温度梯度和更高的凝固速度,激光立体成形Ti-6Al-4V合金的宏观组织由粗大的柱状晶、竹节状的小柱状晶和等轴晶三部分组成,并且沉积层之间存在层带;而中/低功率条件下只有贯穿多个沉积层呈外延生长的粗大的柱状晶。高功率条件下层带内典型微观组织是由大量的魏氏α集束组成,而层带间为α板条编织成的网篮状组织,并且部分α相球化成等轴状。与中低功率条件下典型组织相比,高功率条件下α板条长宽比明显减小,不存在针状α。     

混合元素法激光立体成形Ti-XAl-YV合金的微观组织演化

研究了混合元素法激光多层沉积Ti-XAl-YV(X≤11,Y≤10)(质量分数,%,下同)合金的微观组织随Al、V元素含量的演化规律。结果发现:随Al、V含量的增加,Ti-XAl-YV合金原始β晶内α域的尺寸和数量逐渐减小,原始β晶内的显微组织逐渐由魏氏组织转化为α和β编织细密的网篮组织,且α板条的尺寸和长宽比显著减小。结合单道多层激光沉积过程热历史循环曲线的计算、合金相变点温度的计算以及Ti-XAl-YV合金的相图分析,研究了单道多层激光沉积Ti-XAl-YV合金α相的形核和生长条件,揭示了微观相结构演化机理。     

激光功率对激光熔化沉积Ti-6Al-4V-0.25C合金组织和性能的影响

采用含0.25%C(质量分数)的Ti-6Al-4V预合金粉末进行激光熔化沉积试验,研究了激光功率对Ti-6Al-4V-0.25C合金组织和性能的影响。结果表明,Ti-6Al-4V-0.25C合金微观结构为等轴β晶粒,晶粒内部形成了层状α+β结构,并且平均晶粒尺寸和α板条尺寸均随着激光功率的增加而逐渐增加。此外,随着激光功率的增加,合金拉伸性能得到明显提升,特别是在激光功率为1500 W时制备的合金样品,抗拉强度、屈服强度及伸长率分别为1191 MPa、1129 MPa和8.3%。一方面,这是由于激光功率增加使得合金孔隙率显著降低;另一方面,Ti-6Al-4V合金中含有微量的C元素,在冷却/凝固过程中,大多数的C原子固溶在Ti基体中,造成固溶强化。     

基于不同Mo添加的激光立体成形Ti-6Al-xMo合金的显微组织演化和力学性能研究

本文采用激光立体成形技术(Laser Solid Forming,LSF),基于Mo当量混合Ti、Al、Mo粉末沉积新型Ti-6Al-xMo(x＝2、3、4)钛合金,研究了其显微组织形成与室温拉伸性能。结果表明：三种合金的凝固组织均呈现沿<100>方向生长的粗大柱状晶,顶部为细小等轴晶,且随着Mo含量的增加,柱状晶宽度逐渐减小,等轴晶层厚度逐渐增大;初生β晶粒中的微观结构是由初生α板条和残余β相组成的,还存在晶界α和α束域,通过电子背散射衍射(Electron Backscatter Diffraction, EBSD)分析发现三种成分均出现12种α变体且出现变体占优现象;随着Mo含量的增加,Ti-6Al-xMo强度硬度增加,延伸率减小,初生α板条宽度和面积比减小,增加到Ti-6Al-4Mo时,晶内出现次生α相。相比之下激光立体成形Ti-6Al-2Mo、Ti-6Al-3Mo分别具有抗拉强度962MPa、延伸率11.5%和抗拉强度982 MPa、延伸率9.2%的优异室温拉伸性能。