激光沉积TA15钛合金退火处理工艺及网篮组织变形机制研究

以TA15钛合金球形粉末为原料,采用激光沉积制造技术制备TA15钛合金厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)等方法研究了α+β两相区退火处理对TA15钛合金室温拉伸性能和显微组织的影响,并对网篮组织在拉伸过程中的变形机制进行讨论。结果表明：经α+β两相区不同温度退火后,显微组织为网篮组织或近网篮组织,退火温度对α相的形貌尺寸具有明显影响;退火后力学性能仍表现出方向上的各向异性：沉积方向上强度较低,塑性较好,而垂直沉积方向上强度高,塑性较差;粗大的层间区组织滑移变形具有“开路”作用,而柱状晶晶界对α相的滑移产生一种“固定”作用;显微硬度值随退火温度升高变化不大,显微硬度值受α相含量影响;网篮组织中的α片层组织在应力的作用下由原来近似正交方向逐渐向近似平行于应力方向变形,α片层组织的交错排列导致滑移变形时互相产生阻力;α+β两相区退火处理后的两种方向上断口形貌相似,断裂方式相同,均为韧性断裂。     

α+β区退火对激光沉积TA15钛合金组织及硬度的影响

以TA15球形粉末为原料,TA15钛合金锻件为基材,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金沉积厚壁件。通过光学显微镜、扫描电镜及显微硬度计研究了α+β相区退火处理过程中激光沉积TA15钛合金的显微组织及硬度。结果表明:激光沉积TA15钛合金沉积态宏观组织为贯穿多个沉积层的柱状晶,微观组织为网篮组织。随退火温度升高,α相的生长过程为先生长然后互相截断,并在退火处理过程中局部阶段性地重复这一过程。随着退火温度的升高,α相的长度呈现出波浪变化,宽度呈现出上升趋势,长宽比呈现出下降趋势,且α相的含量先升高后降低。较大长宽比的α片层组织会对滑移产生阻碍,导致显微硬度值增大;较小长宽比的α片层组织会使显微硬度值降低。     

退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金组织和性能的影响

以TA15钛合金粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金拉伸试样厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究退火温度及沉积方向对TA15钛合金组织、拉伸性能的影响,以及α相变形机制。结果表明:随着退火温度升高,显微组织中α相长宽比呈上升趋势;激光沉积成形TA15钛合金厚壁件在沉积和垂直沉积方向上的力学性能存在差异,沉积方向上的抗拉强度明显均低于垂直沉积方向上的抗拉强度;柱状晶晶界对α片层的受力变形有一定的阻碍作用;α片层通过挤压变形和滑移变形两种机制发生变形或断裂;2种方向上拉伸断裂方式不同,沿沉积方向上断裂为韧性断裂,沿垂直沉积方向上断裂为半解理半韧性断裂。     

退火处理及沉积方向对激光沉积TA15钛合金性能和组织的影响

以TA15钛合金粉末为原料,利用激光沉积制造方法制备TA15钛合金拉伸试样厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等方法研究退火温度及沉积方向对TA15钛合金组织、拉伸性能的影响,以及α相变形机制。结果表明：随着退火温度升高,显微组织中α相长宽比呈上升趋势;激光沉积成形TA15钛合金厚壁件在沉积和垂直沉积方向上的力学性能存在差异,沉积方向上的抗拉强度明显均低于垂直沉积方向上的抗拉强度;柱状晶晶界对α片层的受力变形有一定的阻碍作用;α片层通过挤压变形和滑移变形两种机制发生变形或断裂;两种方向上拉伸断裂方式不同,沿沉积方向上断裂为韧性断裂,沿垂直沉积方向上断裂为半解理半韧性断裂。     

热处理对激光沉积Ti60A高温钛合金组织及性能的影响

采用激光熔化沉积方式成形了近α高温钛合金Ti60A厚壁板材,分析了凝固组织形成机理。结果表明,激光沉积Ti60A合金的凝固组织由沿沉积方向定向生长的柱状晶组成,晶内是均匀分布的细小网篮组织。在α+β两相区上部和α单相区进行双重退火热处理,系统研究了双重退火温度对显微组织和力学性能的影响。结果表明,合金经过双重退火热处理后,获得了具有"蟹爪"状初生α相和细片层状β转变组织的"特殊双态组织",同时降低第一次退火温度能够消除连续晶界α相。因片层间β相具有良好的协调变形能力,双重退火处理可以提高合金塑性。     

电弧沉积制造TC4钛合金的组织和力学性能研究

利用钨极氩弧沉积制造技术制备了TC4钛合金试样,研究了电弧沉积制造TC4钛合金的显微组织和力学性能。分析表明:电弧沉积制造TC4钛合金组织宏观上呈以基材为基底的外延连续生长的粗大柱状晶特点,由α相和β相组成,但α相随位置的不同形貌有差别,在上部位置呈粗大针状魏氏体组织,在中部呈粗化了的层片状网篮组织,在下部呈针状+层片状混合组织。显微硬度测试表明:沉积成形件硬度较高,且越靠近试样表面硬度越大。室温拉伸测试显示,沉积态试样具有明显的各向异性特点,沿焊接水平方向拉伸强度较高,沿沉积高度方向拉伸塑性较好,且所有测试试样均具有超过锻造TC4合金的强度和塑性指标。     

超塑成形及热处理对TC21合金组织演变的影响

TC21钛合金在不同条件下超塑拉伸变形后,进行双重退火热处理,研究热加工工艺对TC21合金显微组织演变的影响.结果表明,当变形温度在890～960℃时,TC21合金的伸长率随变形温度的增加先增加后减少,最佳超塑性变形温度为910℃;TC21合金在α+β相区超塑变形,然后在α+β相区双重退火处理后得到双态组织;在准β区进行超塑变形、α+β相区双重退火处理后得到网篮组织.     

退火温度对激光熔化沉积TA15钛合金组织和性能的影响

采用激光熔化沉积工艺制备TA15钛合金棒材和板材.利用OM、SEM和TEM等方法研究退火温度对棒材组织和板材性能的影响.结果表明:激光熔化沉积TA15钛合金β晶粒具有十分优异的高温稳定性,在β相区长期退火,其β晶粒尺寸几乎无变化.激光熔化沉积成形态为典型的层片状β转变组织.在两相区上部退火,形成特殊的"双态"组织,初生α呈规则长条块状,其体积分数随退火温度的升高而降低.在β相区退火获得细层片状组织.在α β两相区退火,随温度的升高,强度有下降趋势,塑性显著下降.     

准β锻造工艺对TC18钛合金组织与性能的影响

研究了准β锻造工艺对TC18钛合金显微组织和性能的影响。结果表明:在α+β两相区较小变形时,其显微组织和仅在β单相区变形时组织形貌相近,为典型的网篮组织;在α+β两相区较大变形时,晶界破碎程度增大,片状α相向等轴状α相转变;随两相区变形量由0~50%变化时,其抗拉强度先升高再降低,在变形量为20%~30%时抗拉强度较高,塑性则呈小幅上升趋势。TC18钛合金跨相区锻造时,为获得编织均匀的网篮组织,且又保证原始β晶界充分破碎,从而获得较优的强度、塑性和冲击韧性的匹配,在β单相区即Tβ+20℃温度下的热加工变形中变形量应大于35%,而在α+β两相区即Tβ-30℃温度下的热加工变形中变形量应控制在30%以内。     

TA15ELI显微组织及损伤容限性能研究

采用一火β区热轧和一火两相区上部温度热轧获得了片状组织的TA15ELI钛合金厚板，通过两相区900℃、930℃、950℃和β区980℃退火热处理进一步调整合金显微组织和损伤容限性能，测定了不同热处理状态下合金的显微组织特征参数和室温拉伸性能、断裂韧性、疲劳裂纹扩展速率，分析了显微组织对损伤容限性能的影响关系。研究发现：两相区退火，随着退火温度的升高，TA15ELI钛合金组织中初始β晶粒尺寸和α集束尺寸基本不变，α片平均厚度有所增加，合金强度和塑性均有所下降，da／dN降低，KIC提高；合金在β区980℃退火较两相区退火具有更好的损伤容限性能和综合性能。     

热处理对激光选区熔化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了激光选区熔化(SLM) TC4钛合金沉积态和退火态显微组织的特征及其对力学性能的影响规律。结果表明:合金组织沿激光选区熔化成形高度方向呈现外延生长,形成柱状晶,晶内存在大量的针状马氏体α''相。退火后,晶内的针状α''相转变为α+β板条组织。随着退火温度的升高,组织中α相含量逐渐降低,α片层逐渐粗化,β相含量逐渐升高;室温拉伸强度逐渐降低,塑性逐渐升高,显微硬度逐渐降低。经过800℃×2 h/FC退火热处理后,激光选区熔化成形TC4钛合金具有最佳的强度与塑性匹配。     

退火工艺对TA17钛合金组织及力学性能的影响

研究了TA17钛合金的退火工艺,退火温度分别为820℃和910℃,在退火处理过程中采用不同的冷却速率。使用光学显微镜观察不同退火工艺处理后合金的微观组织形貌,测试合金的拉伸性能并观察其断口形貌,同时,使用数字式显微硬度计测试不同处理状态下合金的显微硬度。结果表明,820℃退火处理合金发生再结晶,组织为少量等轴β相和基体α相。经820℃退火/炉冷处理合金的β相最细小且分布均匀,综合力学性能较好;910℃退火处理后合金组织为板条状α相和晶间β相,α相与β相尺寸较大,合金的塑性较低。     

锻后热处理温度对TA10钛合金组织及性能的影响

通过拉伸试验,对经过β相区两镦两拔锻造的TA10钛合金棒材不同温度(600~750℃)退火后的力学性能和显微组织进行研究。结果表明:随着退火温度的升高,TA10钛合金的规定塑性延伸强度和抗拉强度下降,伸长率和断面收缩率升高;显微组织由网篮组织逐渐破碎,相同取向的片状α组织随温度升高偏聚在一起,形成长而平直的集束,为魏氏组织;热处理温度为700℃时棒材的规定塑性延伸强度为607 MPa,抗拉强度为687 MPa,伸长率为22%,强度和塑性达到较好的匹配。     

三重热处理对TC21合金超塑性变形后组织的影响

对TC21钛合金进行超塑性拉伸和三重热处理试验,研究了三重热处理对TC21钛合金超塑性拉伸后组织的影响。结果表明,TC21钛合金在超塑性变形过程中发生明显的动态再结晶,α相含量随着变形温度的升高而减少,并发生α→β转变;TC21钛合金超塑性变形后经β相区固溶第一重热处理获得单相β组织,随后在(α+β)相区进行一次高温时效和一次低温时效,使细小针状α相在β基体中析出,得到网篮组织。针状α相含量随着变形温度和第二重温度的升高而增多,α晶粒长大并相互交织,网篮组织编织明显。     

退火温度对TA15钛合金显微组织和力学性能的影响

TA15钛合金产品通常都要进行退火处理。为揭示退火温度对其显微组织和力学性能的影响,对?350 mm的TA15钛合金试棒分别进行了在760℃、800℃和840℃保温2 h空冷至室温的退火。随后采用扫描电镜和电子万能拉伸试验机检测了试棒的显微组织、室温和高温拉伸性能以及拉伸断口的形貌。结果表明：随着退火温度的升高,β相转变的组织增多,细小的α相充分球化且杂乱分布;随着退火温度的升高,合金的室温抗拉强度升高,室温屈服强度先升高后略微降低,断后伸长率降低,而高温抗拉强度和屈服强度均升高,塑性变化不大,拉伸断口的韧窝变大变浅,以韧性断裂为主。     

热处理工艺对TA15钛合金棒材组织和性能的影响

研究了普通退火、β退火的单重热处理制度和强韧化的双重热处理制度对TA15钛合金棒材组织和性能的影响规律。结果表明,在普通退火温度范围内,合金组织形貌变化不大,均为等轴组织,合金的强度和冲击韧性随退火温度的升高而增加,塑性基本保持不变;β退火得到粗大的魏氏体组织,综合力学性能最差;在双重热处理过程中,第二重热处理温度主要影响片层α相的厚度,随着第二重热处理温度的升高,片层α相厚度增加,合金的强度降低,冲击韧性增加。当热处理制度为975℃×1 h/WQ+850℃×2h/AC时,合金组织由约24%的初生等轴α相、55%左右的网篮α相和β转变组织组成,此时合金具有良好的强韧性匹配。     

TA19钛合金惯性摩擦焊接工艺

采用惯性摩擦焊接工艺对TA19钛合金进行了焊接试验研究,针对不同工艺参数下的焊接接头力学性能进行了室温拉伸、高温拉伸及显微硬度等测试,并对优选工艺后焊接接头显微组织进行了分析. 结果表明,TA19钛合金具有良好的惯性摩擦焊接性,在合理焊接工艺条件下能得到高强度焊接接头;焊接接头各区域中焊缝区显微硬度最高,随着向母材区过渡,显微硬度逐渐降低;焊缝区为典型的动态再结晶组织,主要由少量沿β相晶界分布的沿晶α相+α′马氏体组成,热力影响区由变形初生α相+α′马氏体组成,热影响区微观组织与母材相近,仅有部分板条状β相及板条状次生α相发生交叉分布.     

热处理对激光沉积TC4组织和性能的影响

通过对激光沉积TC4钛合金沉积态和热处理态的显微组织、静载力学性能及显微硬度进行对比研究,探索改善激光沉积TC4钛合金组织,进而提高综合力学性能的途径。研究结果表明,沉积态试样在970 ℃热处理后初始连续的晶界α相已经彻底破碎;随着固溶时间的延长,球状α相进一步长大且增多,α板条充分生长且显著增大;在970℃固溶2h后再进行时效热处理后,组织是一种由等轴α,网篮α和转变β相构成的三重混合组织,使得组织参数达到最优化。与沉积态和退火态相比,固溶时效处理后的试样,由于组织中的等轴组织起着变形协调的作用,网篮组织可以降低位错的塞积作用进而提高塑性,使得塑性有很大的提高且强度又降低不多,综合力学性能得到显著的提高。激光沉积制造TC4钛合金的沉积态、退火态、固溶时效态和固溶态（固溶温度相同）的显微硬度依次升高,但是当固溶温度进一步提高至相变点以上进行热处理时,由于再结晶后的晶内组织发生了重排,试样的显微硬度将会明显下降。     

热处理对锻压TA15钛合金棒组织和性能的调控北大核心CSCD

对锻压TA15钛合金试样进行700~820℃的退火处理,保温2 h后空冷,研究热处理工艺对锻压TA15钛合金的力学性能的影响。通过观察热处理后锻压TA15钛合金的显微组织变化,统计初生α相的相对体积分数。结果发现,在700~820℃退火处理后,锻压TA15钛合金的显微组织中主要存在初生α相和次生α相,以及较少的基体β相;随着退火温度的升高,初生α相的含量逐渐减少,相对体积分数由70.35%降至46.42%,次生α相的相对体积分数由3.84%升高至18.26%。对比不同热处理温度下试样在室温和高温(500℃)条件下的拉伸性能,820℃退火处理后的试样在室温时的抗拉强度为986 MPa,伸长率为13.5%,强度和塑性具有较好的性能匹配。     

双重退火对TA10钛合金组织与拉伸性能的影响

对TA10钛合金进行了双重退火,即分别在840℃、860℃、880℃和900℃保温1h空冷,随后在560℃保温4 h空冷。退火后采用光学显微镜、扫描电子显微镜及拉伸试验机检测了合金的显微组织、拉伸性能和拉伸断口形貌。结果表明：当首次退火温度在两相区时,合金的微观组织由初生α相和β转变组织构成,且随着首次退火温度的升高,初生α相数量减少,β转变组织增多,次生α相体积明显增大;当首次退火温度在单相区时,合金中初生α相完全消失,组织以粗大β晶粒为主,晶界有明显的α相;随着首次退火温度的升高,合金的强度升高,塑性降低;当首次退火温度在两相区时,拉伸断口有大量等轴状韧窝,首次退火温度升高至单相区后,拉伸断口呈岩石状,并有明显的撕裂棱。