选区激光熔化制备Ti-6Al-4V合金的热处理工艺及力学性能

采用选区激光熔化技术(SLM)制备Ti-6Al-4V合金圆棒试样,通过不同的热处理工艺改善材料的拉伸性能,并对SLM制备的Ti-6Al-4V合金试样开展了高周疲劳性能测试。通过微观组织和疲劳试样断口分析,揭示了显微组织结构与拉伸性能的关系,以及Ti-6Al-4V合金的疲劳裂纹起始源和裂纹扩展机理。结果表明,热处理工艺对SLM成型Ti-6Al-4V合金的力学性能有显著的影响,920 ℃×1 h水冷,随后800 ℃×2 h炉冷的固溶时效热处理制度可以获得较好的综合室温拉伸性能。其室温组织为晶界上分布的α相和晶粒内部片层状分布的α+β相。SLM成型Ti-6Al-4V合金显微组织中的晶界形成与扫描路径相关,热处理过程中α相会优先在扫描分区搭接处析出。与手册锻件的疲劳寿命曲线比较,在同样的最大应力水平下,增材试样的疲劳寿命比锻件的疲劳寿命低,这种降低的趋势随着应力水平的降低而逐步增大。在400 MPa的应力水平下(R=-1),锻件的疲劳寿命已经在2×10⁷水平,增材试样的疲劳寿命依然较低,约为锻件的1%。SLM成型Ti-6Al-4V合金的应力疲劳寿命偏低,是由于试样中存在未熔合缺陷造成。扫描分区搭接处易产生未熔合缺陷,而疲劳裂纹也会沿着这些缺陷扩展。     

铸造Ti-6Al-4V合金拉伸断裂机理研究

对铸造Ti-6Al-4V合金进行拉伸性能测试,利用KYKY-1000B扫描电子显微镜(SEM)对其断口形貌进行观测,分析其断裂机理.结果表明,铸造Ti-6Al-4V合金拉伸试样裂纹起源于心部;裂纹扩展为穿晶型,断口为准解理型,断裂机理为穿晶型脆性断裂.     

增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的研究进展

增材制造技术成形Ti-6Al-4V点阵材料具有高强度、低密度、生物相容性好的性能特点,在航空航天、生物医疗、海洋等领域具有极大应用潜力。本文概述了近年来增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的研究进展,重点对选区激光熔化(SLM)和电子束选区熔化(SEBM)技术成形点阵材料的力学性能、失效行为、微观组织进行分析与总结。研究发现,SLM和SEBM技术均可获得保留原始结构特征的点阵材料,且增材制造骨骼型Diamond 极小曲面Ti-6Al-4V点阵材料抗压强度可达到411.71 MPa,屈服强度达到317.48 MPa,强度可与镁合金相媲美；点阵材料失效行为主要有45°剪切断裂以及水平断裂,剪切断裂型点阵材料强度较高,在承载方面具有独特优势,而呈水平方向断裂的点阵材料多为梯度型点阵材料,其应力应变曲线波动范围较小,在能量吸收能力方面表现出明显的优势；热处理可有效消除增材制造过程中带来的残余应力、降低粗糙度、转变亚稳、针状α"马氏体为α+β相,进而增加点阵材料的塑性,且不降低甚至提高部分Ti-6Al-4V点阵材料的强度。最后,对增材制造Ti-6Al-4V点阵材料的现存弊端以及未来发展趋势进行了展望。     

Ti-6Al-4V合金中的绝热剪切断裂

利用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置在3900s-1应变率条件下对Ti-6Al-4V合金进行动态加载,获得完全分离的断裂试样。使用扫描电子显微镜对试样的断裂特征进行观察。结果表明：试样中出现绝热剪切断裂,试样断口上交替分布着两个不同特征的典型区域（韧窝区及平滑区）。其中,韧窝区由微孔洞形核、长大并最终连接形成,表现出韧性断裂特征。在平滑区观察到超细晶粒（UFGs）,且晶粒间可观察到微裂纹,说明平滑区由微裂纹沿晶界扩展形成,表现出脆性断裂特征。由此可知,Ti-6Al-4V合金在动态加载过程中沿绝热剪切带发生的断裂失效过程不均匀,韧性及脆性两种断裂模式的共同作用导致该合金样品的最终断裂。     

增材制造Ti-6Al-4V合金组织及疲劳性能研究进展

金属增材制造技术可实现大型复杂钛合金零件的高性能自由实体成形,在航空、航天、动力、能源等领域的应用日益广泛。基于材料成形过程中组织和性能间的密切关系,本文简述了增材制造Ti-6Al-4V合金的沉积态和热处理态组织、织构特征,拉伸和疲劳性能,指出了当前增材制造Ti-6Al-4V合金研究中存在的关键问题,并对增材制造Ti-6Al-4V合金的发展趋势进行了预测。     

选区熔化Ti-6Al-4V合金热行为及成形质量研究

基于有限元分析方法对激光选区熔化Ti-6A1-4V钛合金过程热行为进行数值模拟,研究了扫描间距对成形过程热行为的影响机制.模拟与实验相结合,揭示了扫描间距对热行为及成形质量的影响机制,探讨了热行为与成形质量内在联系.结果表明,随着扫描间距从60 μm增加至150 μm,熔池温度逐渐降低,熔池尺寸逐渐减小,液相存在时间逐...     

魏氏组织Ti-6Al-4V合金应力松弛行为及机理

利用弯曲应力松弛方法研究了魏氏组织Ti-6Al-4V合金200℃．400℃和600℃时的应力松弛行为，并利用TEM研究了应力松弛前后微观组织变化：宏观热力学参数结合微观组织观察初步探讨应力松弛机理。研究表明：应力松弛开始时应力下降较快．随时间延长．应力下降速率降低．最后趋于应力松弛极限。TEM微观组织观察结果结合表现应力指数分析表明：200℃和400℃应力松弛变形机制为位错蠕变，a型位错滑移：而600℃变形机制则为回复蠕变和原子扩散的共同作用机制．a型和a＋c型或c型均开动．产生滑移和攀移。     

晶体织构对Ti-6Al-4V合金恒温β晶粒生长动力学影响

~~晶体织构对Ti-6Al-4V合金恒温β晶粒生长动力学影响@蔡学章     

热加工和后处理对Ti-6Al-4V合金显微组织和拉伸性能的影响

研究了热压缩、热轧制和后续轧制退火处理对Ti-6Al-4V合金显微组织和拉伸性能的影响。热压缩实验在温度800~1075°C和应变速率0.001~1s-1下进行,得到了流变曲线与加工过程参数之间的关系。然后,样品在温度800~1070°C和恒应变速率2s-1下进行2道次热轧制,总变形量为75%。热轧后,样品分别在870°C和920°C下保温热处理2h,随后空冷。在β相区的热轧导致粗大的β相冷却时转变为马氏体相,而在α/β两相区的热轧会导致生成部分球化的α相组织。后续的热轧处理能使在两相区部分球化的α相得以完成球化,然而,在β相区轧制的样品会导致马氏体结构被破坏。拉伸实验表明,随着轧制温度从两相区升高到单相区,合金的强度及伸长率会显著降低。升高热处理温度会降低两相区轧制合金的强度性能,而在β相区轧制合金的强度会得到提高。     

Ti-6Al-4V线材电弧增材制造的组织与性能研究

本文采用Ti-6Al-4V线材为原料,以电弧为热源将钛合金丝材进行熔融,逐层进行堆积的快速增材制造,并对合金的凝固过程、组织形貌和力学性能等进行分析。结果表明,在丝材电弧增材制造过程中,在开始堆积的1~2层为柱状晶,随后的堆积则以等轴晶的方式生长。而且电弧高的热量输出,使得每个堆积区-熔合区-堆积区得到了有效的冶金结合,没有明显的界面和钛马氏体,各区域的显微组织均为稳定的α+β片层组织以及接近的显微硬度值。与铸态Ti-6Al-4V相比,电弧增材制造的钛合金不仅初始β晶粒细小,而且α+β片层间距也较小,其抗拉强度相比铸态提高3.6%,延伸率提高37%,拉伸断口为韧窝状的韧性断裂,与铸态合金存在一定撕裂棱的准解理断口形貌差异明显。     

置氢对Ti-6Al-4V合金高温塑性变形的影响

利用XRD分析了置氢Ti-6Al-4V合金的相组成,应用Gleeble等温热模拟试验研究了置氢量对Ti-6Al-4V合金高温塑性变形的影响,计算了不同置氢量钛合金的变形激活能。结果表明：随置氢量的增加,Ti-6Al-4V合金口相含量增加,高温塑性变形的流动应力显著降低呈下凹型曲线变化,即存在一个最小值,应力最小值对应的置氢量随变形温度的升高而降低;置氢可以促进高温塑性变形过程动态软化与硬化的平衡;在相同应力水平下,适量的置氢可使变形温度降低50℃,或应变速率提高一个数量级。置氢Ti-6Al-4V合金变形激活能随置氢量增加呈下降趋势,变形由不受扩散机制控制转变为受扩散机制控制。     

激光选区熔化生物医用Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为

分析了SLM Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳行为及相应的微观组织和断口形貌,设置与SLM试样化学成分相同的轧制态Ti-6Al-4V合金进行对比研究.采用X射线衍射(XRD)、结合电子背散射衍射(EBSD)的扫描电子显微镜(SEM)对合金的微观组织进行分析.结果表明,三点弯曲疲劳裂纹起始于准解理断裂表面附近的应力集中,随后向内扩展.SLM成形Ti-6Al-4V合金的弯曲疲劳寿命高于轧制成形Ti-6Al-4V合金,SLM Ti-6Al-4V合金内部孔洞缺陷导致表面附近应力集中,促进疲劳裂纹形核;而SLM Ti-6Al-4V合金中随机取向的α+β晶粒、二次裂纹和孔洞延缓了裂纹扩展,提高了疲劳寿命.对于轧制态Ti-6Al-4V合金,由大量近似取向α晶粒组成的宏观区引起应力集中,形成微裂纹,导致疲劳裂纹形核,而且宏观区对裂纹扩展的阻碍作用较小,不利于材料的疲劳寿命.     

热处理工艺对Ti-6Al-4V钛合金点阵结构显微组织和性能的影响

采用选区激光熔化技术制备了 Ti-6Al-4V钛合金点阵结构,并进行了 700℃、800℃和900℃保温2 h炉冷的热处理.检测了点阵结构的表面形态、微观结构和压缩性能,并与制备态点阵结构作了比较.结果表明:Ti-6Al-4V点阵结构具有较高的表面粗糙度,其组织由细小的针状α'马氏体和初生柱状β相组成;热处理后,α'马...     

β热处理对SEBM Ti-6Al-4V Diamond点阵材料显微组织和力学性能的影响

采用电子束选区熔化(SEBM)技术制备Ti-6Al-4V Diamond点阵材料,研究β热处理(1100℃/2 h/FC)对其显微组织与力学性能的影响。结果表明,经β热处理后,Ti-6Al-4V Diamond点阵材料的显微组织由原始β柱状晶转变为等轴晶,针状马氏体α′相以及α+β细片层组织转变为相互平行的α+β粗片层组织,且α片层平均厚度由0.8μm增加至7.4μm。此外,Ti-6Al-4V Diamond压缩应变增加,最大可达13.1%,但强度降低;热处理对点阵材料的模量影响较小。点阵材料的结构与材料具有独立性,热处理不会改变Ti-6Al-4V Diamond点阵材料强度、模量与相对密度的指数关系。     

电子束焊接Ti-6Al-4V合金的准静态和动态拉伸行为

利用传统拉伸试验机和霍普金森（Hopkinson）拉杆实验装置研究电子束焊接的Ti-6Al-4V合金在应变率为10-3和103s-1时的准静态和动态拉伸行为,利用光学显微镜和扫描电子显微镜观察基体材料和焊缝材料的微观组织,研究基体材料和焊接材料在拉伸实验后的断裂特征。结果表明：在应变率分别为10-3和103s-1的条件下,焊缝材料的强度明显高于基体材料,焊缝材料的伸长率低于基体材料。同时,焊缝材料和基体材料均为应变率敏感材料;当应变率从10-3上升到103s-1时,焊缝材料的伸长率明显提高,而基体材料的伸长率基本没有变化;焊缝材料的断裂模式由脆性断裂转向韧性断裂,造成从准静态加载条件到动态加载条件下焊缝材料伸长率的提高。     

电脉冲处理对激光沉积Ti-6Al-4V合金强度各向异性的影响（英文）

为消除激光沉积Ti-6Al-4V合金的强度各向异性,利用拉伸试验、光学显微组织观察、扫描电子显微观察、电子背散射衍射分析和透射电子显微观察研究电脉冲对激光沉积Ti-6Al-4V合金显微组织与强度的影响。结果显示,随着施加电压从0增加到130 V,β柱状晶内的显微组织按如下顺序演化：α′马氏体→集束α组织→网篮α组织。130 V电脉冲处理会弱化β柱状晶内马氏体织构。沉积态Ti-6Al-4V合金表现出约6.2%的屈服强度各向异性;经130 V的电脉冲处理后,屈服强度各向异性减小到0.6%。这主要是由于沿不同方向变形时,130 V电脉冲处理样品表现出近似相同的施密特因子分布。     

Ti-6Al-4V合金的疲劳性能

简要综述了Ti-6Al-4V合金的显微组织和织构对其疲劳性能的影响及其机理.     

热循环温度对Ti-6Al-4V合金组织和力学性能的影响

对上限温度为500、650、800℃高温短时热循环200次后的Ti-6Al-4V合金室温力学性能和组织进行了研究。结果表明:循环温度对合金强度影响较为明显,循环温度的升高使合金抗拉强度降低;分析认为:温度高于650℃,实验合金组织中β相逐渐分解碎化,β相含量减少和α晶粒逐渐长大是强度降低的主要原因。     

氢对Ti-6Al-4V合金组织及超塑变形行为的影响

应用光学显微镜研究氢对Ti-6Al-4V显微组织的影响,并在温度800℃～860℃和应变速率10-3s-1的变形条件下进行超塑拉伸实验。结果表明,随着氢含量的增加,β相的比例提高,且由等轴组织转变为双态组织,随着氢含量的进一步增加,在α相中形成了氢化物;同时,适量的氢可以显著降低Ti-6Al-4V合金峰值应力,置氢0.32wt%H,其峰值流动应力降低了约55%;此外,适量置氢可以显著降低Ti-6Al-4V合金的超塑性变形温度,较原始合金最佳超塑变形温度可降低60℃～100℃,置氢0.11wt%H,在840℃获得了1190%的延伸率,较相同条件下的原始合金延伸率提高75%。文章研究结果可为超塑成形、超塑成形/扩散连接工艺及生产提供优化参考。     

Ti-6Al-4V合金双光束激光焊接T形接头拉伸过程特征

采用双侧同步激光焊接的方法获得Ti-6Al-4V合金T形接头,借助红外热成像的方法,研究激光焊接T形接头拉伸过程中典型缺陷如咬边、未熔合、气孔等的影响及特征. 结果表明,拉伸过程中温度的升高虽然出现在两侧蒙皮母材中,但随着变形量的增加,接头咬边处的应力集中效应凸显,温度也在该区域出现了大幅上升,塑性变形增大,并最终在此处发生断裂. 未熔合及气孔缺陷一般处于硬化区中部,不影响该区域的强化作用,温度的大幅增加仍位于蒙皮一侧母材处,最终在温度最高点处发生断裂.