CMT电弧增材制造TC4钛合金的显微组织与力学性能

采用冷金属过渡(CMT)电弧增材制造技术制备了TC4钛合金样品,测试了沉积态试样的拉伸性能、冲击性能和疲劳性能,讨论电弧增材制造钛合金成形件的疲劳断裂机理。结果表明：经历CMT工艺条件下的快速熔凝过程后,钛合金成形件内宏观组织由外延生长的粗大β柱状晶组成,显微组织为细长α片层和网篮组织。成形件拉伸强度较高,达到锻件拉伸强度水平,但是塑性较低,略低于锻件塑性,且存在一定的各向异性,拉伸断口呈现半解理断裂与半韧性断裂特征。沉积态钛合金成形件具有良好的冲击性能,但冲击性能的各向异性并不显著。钛合金成形件的高周疲劳极限为460 MPa,疲劳源均形核于条状未熔合缺陷及气孔缺陷处。缺陷直径越大,距离表面越近,应力集中现象就越明显,导致样品具有较低的疲劳强度和疲劳寿命。     

退火工艺对增材制造TC18钛合金力学性能和组织的影响

采用显微组织观察和力学性能测试等方法研究了退火工艺参数对增材制造TC18钛合金力学性能和组织的影响。结果表明,增材制造TC18钛合金试块宏观形貌平整,表面没有裂纹等缺陷,表面呈均匀的银白色。试样经600 ℃退火保温2 h后的各项力学性能均满足GJB 2744A—2007指标要求,其规定塑性延伸强度为1036 MPa,抗拉强度为1084 MPa,断后伸长率为9.8%,断面收缩率为30%。增材制造TC18钛合金的组织为典型的柱状晶组织,粗大的β相柱状晶粒内为细长的针状α相及编织细密的α+β相板条组织;随着退火温度的升高,β相柱状晶内的针状α相逐渐粗化。     

TC4钛合金电弧增材制造叠层组织特征

采用CMT电弧增材制造技术制造了TC4钛合金薄壁墙构件,并对其组织特征进行了研究. 结果表明,在电弧增材制造过程中,受其热输入、多次热循环及冷却速度的影响,在其构件中产生了从高温保留下来的贯穿数个堆积层的原始β柱状晶晶界、水平层带条纹、马氏体组织和网篮组织等. 显微硬度显示,中下部区域硬度相对较高,平均硬度为336HV 0.1,上部显微硬度有明显降低,平均硬度为323.3HV 0.1.     

轧制+增材TC4合金电子束焊接接头组织与性能

研究了一种电子束焊接规范对轧制+增材TC4钛合金焊接接头组织影响,分析了焊后钛合金力学性能.结果表明,轧制侧热影响区合金组织变化较大,离焊缝中心距离越近,β转变组织含量增加,晶粒逐渐转变为等轴晶组织,等轴晶内有集束状马氏体α'相析出,越靠近焊缝等轴晶尺寸越大;增材侧热影响区组织形态变化较小,β晶粒形态保持柱状晶形态,无等轴晶区产生,晶内组织转变为马氏体α'相.焊缝两侧热影响区显微硬度变化趋势相同,均为越靠近焊缝中心,显微硬度越高,焊接重熔区硬度最高,达400 HV左右.焊接接头力学性能与TC4钛合金锻件相当,且断裂位置均位于激光沉积母材区域.     

TC4钛合金电子束连接组织与性能演变

对厚20 mm的TC4钛合金板真空电子束连接过程温度场进行数值模拟,并对其进行了退火处理。采用光学显微镜、显微硬度仪、拉伸试验机、冲击试验机等分析了退火前后电子束接头的显微组织和力学性能。结果表明,TC4钛合金真空电子束连接过程中连接区及其附近热影响区存在较大的温度梯度,可高达1 000℃;退火处理后接头组织为针状马氏体α′相,热影响区组织为针状马氏体α′相和原始的α相与β相,电子束接头显微组织组成相未发生变化,但其晶粒尺寸细化;退火处理消除了电子束接头热影响区到母材区的硬度突变现象,接头抗拉强度达到母材的98%,冲击韧度较退火前提高了6.0%以上。     

热处理工艺对TC18钛合金组织和性能的影响

采用不同的固溶温度、固溶后冷却速度以及时效温度,通过性能检测、电子显薇镜观察：较系统地研究了TCl8钛合金热处理工艺对组织和性能的影响。结果表明,于830℃固溶并缓冷至750℃后空冷,然后在600℃时效,锻件的强度和断裂韧性可得到最佳的匹配。     

置氢0.55wt.%对电弧增材制造TC4钛合金组织影响的研究

本文研究了置氢0.55wt.%的电弧增材制造TC4钛合金经过HVC氢处理后组织的演变规律。结论表明,电弧增材制造技术制备的TC4钛合金,组织形貌为粗大的柱状β晶,且晶粒内部为片层α集束。经过置氢处理后,由于氢的扩散和对晶界腐蚀的作用,使β晶内部片层α集束变的更加细小,且有氢化物的产生。随后在810℃温度下对置氢钛合金进行淬火,组织中生成了α′ 、α″和亚稳相βM。并在后续的时效除氢过程中,随着马氏体、亚稳相和氢化物的分解,使钛合金组织中柱状β晶内的片层α晶粒得到显著细化,形成交错分布的细针状组织。     

TC4钛合金电子束焊接接头组织和性能

通过室温拉伸、室温缺口拉伸、显微硬度以及金相分析对TC4钛合金电子束焊接接头的显微组织和性能进行了研究。试验结果表明，用电子束焊接TC4钛合金可获得性能良好的焊接接头，其接头的抗拉强度不低于母材，焊缝的缺口敏感系数均小于1。焊缝区和热影响区的硬度均高于母材，焊缝组织是由较粗大的原始β相转变而成的α′相，即针状马氏体，热影响区组织为均匀且细小的针状马氏体和原始α相的混合物。     

电子束增材制造TC4合金制备熔道特征的研究

本文利用电子束增材技术制备了TC4合金熔道,并改变了扫描速度,束流和离焦电流等工艺参数,研究工艺参数对熔道表面形貌以及特征尺寸(熔深,熔宽,熔高和润湿角)的影响。研究表明,随着扫描速度的降低和电子束电流的增加,电子束线性能量输出增加,熔道宽度和连续性均有所提高。当其它参数不变,随着扫描速度增加时,熔道变得不连续甚至有球化反应的产生。扫描速度、束流和离焦电流均对熔池有较大的影响,随着扫描速度的降低以及束流的增加,熔深、熔宽和熔高都在增加;离焦电流为3mA时而熔深和熔宽最大,润湿角最小;电子束电流不变,随着扫描速度的增加,润湿角先增加后降低,宽高比下降。     

TC4钛合金焊接接头中压电子束局部热处理技术

电子束局部热处理技术是对整体热处理的一种有益补充,针对TC4钛合金进行中压电子束局部热处理研究。电子束局部热处理后TC4钛合金接头的组织形态与电子束焊态基本相同,但焊缝区的晶粒组织略有细化,焊缝区显微硬度也得到了改善,电子束局部热处理后焊接接头的拉伸力学性能均高于焊态。优化的电子束局部热处理工艺完全可以使TC4钛合金接头的组织力学性能超过焊态。     

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。     

焊后消应力对TC4钛合金电子束焊接接头组织和性能的影响

研究去应力退火和完全退火两种热处理状态下30 mm厚TC4钛合金电子束焊接接头的组织和性能。结果表明：两种热处理状态下,接头的组织构成类似,BW区以等轴α相+板条状α相与晶间β相组成的双相组织,HAZ区由初生α相、针状马氏体α′相以及板条状α相和β相的双相组织组成,WM区主要由大量的针状马氏体α′相和少量分布在原始β晶界的α相组成。与去应力退火状态相比,在完全退火状态下,接头整体组织更加均匀,α相球化程度更高,抗拉能力更强,抗冲击性能更弱。     

CMT+P过程及后热处理对TC4钛合金增材构件组织和性能影响

采用CMT+P程序进行TC4钛合金焊丝电弧增材制造,针对增材过程中热积累造成的组织性能不均匀性,采用两种不同热处理工艺以期改善这种不均匀性,并提高增材构件性能. 结果表明,采用CMT+P进行增材制造可以获得成形良好的沉积零件,当送丝速度为6 m/min,焊枪行走速度为0.3 m/min时,其热输入为313 J/mm, 沉积零件显微组织从上至下不断粗大. 热处理后试样不同部位晶粒大小变得均匀,抵抗塑性变形的能力增强. 拉伸试验表明,在600℃,4 h热处理条件下,构件的抗拉强度最高,为1 124 MPa. 断口分析表明, 所有试样断裂方式均为韧性断裂.     

厚板TC4钛合金电子束焊接头组织演变及力学性能

电子束焊因其真空环境、能量密度大、焊缝深宽比大等优点,被广泛应用于钛合金焊接。系统研究了30 mm厚TC4钛合金电子束焊接接头组织演化及其力学性能。结果表明:熔合区中部由粗大原始β柱状晶组成,内部为αGB、块状α集束和部分网篮组织构成的混合组织,靠近热影响区的熔合区由等轴原始β晶粒构成;热影响区存在较显著的组织不均匀性,随着距熔合区距离增大,β转变组织(次生α片层+残余β相)含量逐渐降低,初生α相含量逐渐升高;熔合区平均显微硬度比母材高约50 HV,接头抗拉强度达到906 MPa,接头强度系数达到96%,拉伸断裂位置位于熔合区内。     

固溶时效对TC20钛合金显微组织和力学性能的影响

对TC20钛合金进行不同的固溶时效处理,通过室温拉伸试验和平面应变断裂韧性试验,结合光学显微镜、扫描电镜和显微维氏硬度计等测试方法,分析了不同的固溶时效处理工艺参数对TC20钛合金显微组织、力学性能和断口形貌的影响.结果表明:当固溶温度一定时,随着时效温度的升高,合金的强度和硬度提高,塑性和韧性下降.当固溶时效工艺为9...     

CMT增材制造TC4-DT合金组织均匀性与力学性能一致性研究

研究了采用多道搭接形式冷金属过渡(CMT)增材制造的TC4-DT合金试块不同区域的宏观、微观组织和晶体取向差异,及其对力学性能的影响。低倍组织观察表明,堆积试块底部由尺寸较小的柱状晶和等轴晶组成,随着沉积高度的增加,转变为粗大的等轴晶,层界线呈弧形并在搭接区交叠。堆积区高倍组织主要由编织状α板条组成,搭接线两侧为细编织状组织、粗大的α片层组织和粗编织状组织组成的混合组织。普通堆积区存在由{001}_β//Z丝织构转变形成的α转变织构。搭接区由于热传导的复杂性,还存在由{001}_β与Z方向呈22.5°～67.5°的丝织构转变而成的α转变织构。EBSD分析显示,搭接线处存在<0001>_α//X方向的强织构,使得搭接线处柱面滑移和基面滑移Schmid因子均比较小,阻碍位错滑移,结合Hall-Petch关系分析表明,原始β晶界和搭接线是影响力学性能一致性的主要因素,在2种因素的共同作用下,各区域的平均有效位错滑移程呈现以下关系:搭接区<普通堆积区底部<普通堆积区顶部,导致不同区域屈服强度具有以下关系:搭接区...     

超低间隙TC4-DT钛合金厚板显微组织与力学性能研究

研究了固溶+时效处理对超低间隙TC4-DT钛合金厚板显微组织和力学性能的影响。结果表明,固溶温度会显著影响TC4-DT钛合金厚板组织中初生α相和次生α相的含量及尺寸,提高固溶温度可以适当提高板材的强度及断裂韧度。固溶处理冷却速率较快时(水冷和空冷),会析出细针状和板条状的片层组织,主要提高板材的断裂韧度。当固溶温度为945℃,且经水冷或空冷后可以获得强度-塑性-韧性匹配良好的TC4-DT钛合金厚板。     

固溶和时效温度对TC6钛合金显微组织与力学性能的影响

研究了不同温度的固溶和时效工艺对TC6钛合金显微组织和性能的影响。结果表明:800～840℃固溶后,合金由初生α相和亚稳β相组成,两相随着温度升高而长大,合金强度和塑性略有上升;880℃固溶后,亚稳β相依然保留到室温,然而在拉伸过程中出现应力诱变斜方马氏体α″相,导致双屈服现象;920～960℃固溶后,初生α相减少,大量的细针状斜方马氏体α″相在亚稳β相上析出,强度上升塑性下降;当超过β相变点固溶后,主要由粗大针状六方马氏体α?相组成,强度下降同时拉伸为脆性断裂。对于固溶样品经过不同温度时效处理,主要变化过程是亚稳β相分解为次生α相及其长大,300℃时效后,相比固溶态强度上升但塑性下降,亚稳β相中弥散析出次生α相及少量的ω相;当时效温度升高到400℃,强度继续上升接近最大值但塑性最差;500℃时效后,强度最高然而合金元素充分扩散,塑性得到提升;550℃时效后,强度有所下降但塑性明显提升,此时具有较佳的强塑性匹配;600～700℃时效后,初生α相聚集长大并且含量增加,次生α相在β基体上析出且逐渐长大为层片状,强度下降塑性进一步提升。     

激光选区熔化复合制造TC4钛合金组织性能研究

采用选区激光熔化技术(SLM)在锻造后的TC4合金基体上制备TC4钛合金增材/锻件复合成形件,并采用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、显微维氏硬度计和拉伸试验机等试验设备,分析了不同SLM参数下TC4钛合金复合成形件微观组织及力学性能。结果表明：复合试样微观组织分为锻件基体区、结合区以及增材区三个区域。增材区与锻件区之间界线清晰,无未熔合、气孔、裂纹等缺陷。锻件区组织为等轴组织,增材区为相互交错的针状α′马氏体组织。性能试验结果表明：增材区和结合区抗拉强度及屈服强度均显著优于锻件;其中结合区强度最高,增材区次之。综合考虑强度和塑性,激光功率为280 W,扫描速率为1100 mm/s下得到的复合试样拉伸性能最好。