激光立体成形Ti-25V-15Cr合金的阻燃性能研究

本研究针对激光立体成形 Ti-25V-15Cr合金的阻燃性能展开,采用直流电弧激发燃烧法测试其阻燃性能并与锻造Ti40合金进行比较,在此基础上,基于二者原始组织分析、燃烧产物的观察与分析揭示其阻燃机理。结果表明,激光立体成形Ti-25V-15Cr合金的燃烧速率略低于锻造Ti40合金。燃烧后各区域组织分析结果表明,激光立体成形Ti-25V-15Cr和锻造Ti40合金燃烧产物区均由Ti的氧化物、V的氧化物以及基体组成,Ti-25V-15Cr燃烧产物区氧化物面积略小于锻造Ti40合金,同时燃烧热影响区的晶界和亚晶界处发现明显的V、Cr元素的偏聚。激光立体成形Ti-25V-15Cr合金中局部枝晶组织以及亚晶粒的形成增加了微观结构的缺陷,在受热条件下使得V、Cr元素的扩散能力增强,是其抗燃烧性能略优于锻造Ti40合金的原因。     

不同类型激光器对激光多层沉积Ti-35V-15Cr合金显微组织及性能的影响

目的 探讨半导体激光器与CO2激光器对激光多层沉积合金显微组织及性能的影响机理。方法 以充分混合的Ti、V、Cr粉末为原料,于预先打磨后的Ti-6Al-4V基板上使用CO2和半导体两种激光器进行激光多层沉积Ti-35V-15Cr,通过光学显微镜和扫描电镜、激光点火法、显微硬度测试和Jmat-Pro软件计算分别评价不同激光器下沉积试样的显微组织特点、抗阻燃性能对比和组织形成机理分析。结果 半导体激光器与CO2激光器沉积的试样显微组织存在很大差别,前者为全等轴组织,等轴晶平均尺寸为100 μm,晶粒大小与形状基本一致,沉积区与基材之间的过渡区域存在平均宽度为200 µm、长度为526 µm、长宽比为2.6的类等轴晶,通过扫描电镜观察发现在部分等轴晶内部存在亚晶结构;后者主要为平均尺寸120~200 µm的柱状晶组织,沉积试样顶部为平均直径为52 µm的细小等轴晶,通过扫描电镜观察发现枝晶偏析组织,枝晶间的距离为5~10 µm。抗阻燃性方面,半导体激光器制备的Ti-35V-15Cr试样的抗阻燃性能略优于CO2激光器制备的Ti-35V-15Cr试样,平均显微硬度前者为375HV,后者为363HV。结论 由于激光多层沉积Ti-35V-15Cr对半导体激光器与CO2激光器产生的激光吸收率不同而使二者形成完全不同的显微组织,由半导体激光器制备的Ti-35V-15Cr试样显微硬度更高、抗阻燃性能更好。     

基于单点熔覆的TC4合金激光沉积成形试验

为了研究激光沉积成形对TC4钛合金组织和质量的影响,进行了基于单点熔覆沉积成形熔池凝固试验。对激光熔池的形貌和微观组织进行了研究,并对微观组织进行了成分偏析和显微硬度的检测。结果表明,熔凝组织呈典型的快速凝固现象,不存在微观组织元素偏析,晶粒主要由柱状晶组成,随功率增大,有向等轴晶转化趋势;较高的激光功率或较长扫描时间是形成良好成形组织的基础,晶粒生长大小受温度影响较大,生长方向则由温度梯度影响;熔凝组织硬度高于基体,而随功率或扫描时间增加,熔凝组织硬度减小。     

激光熔覆成形Ni基合金层的研究

采用同轴送粉式激光熔覆工艺对Ni基合金粉末进行单道单层、单道多层及多道多层熔覆成形实验.结果表明:所形成的熔覆层与基体为冶金结合;内部组织由大量的枝晶和等轴晶构成且组织均匀、致密;熔覆层硬度最高达771HV0.2,为基体材料硬度的3～4倍.耐磨性显著提高;熔覆层内部无气孔出现,局部存在少量微观裂纹.     

激光熔覆成形致密金属零件试验研究

利用基模CO2激光器进行了单道无搭接熔覆成形Ni25材料试验,获得了致密金属零件,对成形件组织进行了分析研究。得出结论,利用该技术,完全可以获得组织致密、层间形成良好冶金结合、无内部缺陷的工件。     

Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响

目的研究Cr元素含量对TC21钛合金表面激光熔覆Ni-Al涂层组织与性能的影响,改善其表面性能。方法利用激光熔覆技术在TC21钛合金表面制备不同Cr含量的Ni-Al涂层,采用带有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对熔覆层的显微组织、物相组成进行分析,采用显微硬度计和材料表面性能综合测试仪测试熔覆层的硬度分布和耐磨性能。结果熔覆层表面质量良好,未添加Cr元素时,熔覆层主要由Ni(Al,Ti)、Ni_2AlTi、Ti Ni等物相组成;添加Cr元素后,熔覆层中有α-Cr沉淀相析出,并且随着Cr元素含量的逐渐提高,Ti Ni、Ni_2AlTi、α-Cr等物相的相对含量逐渐增加。熔覆层主要由Ni(Al,Ti)枝晶组织与其周围呈网状分布的Ti Ni、Ni_2AlTi、α-Cr晶间组织构成。熔覆层的显微硬度均提高到基体的2倍左右,Cr元素对提高Ni-Al涂层显微硬度的影响不大,但能使其显微硬度波动减小,趋于平稳,熔覆层的韧性随着Cr元素含量的增加而不断提高。当Cr元素添加量为20%(原子数分数)时,耐磨性最好,约为基体的2.948倍。结论 Cr元素的添加,有利于熔覆层中α-Cr相的析出和Ti Ni/Ni_2AlTi共晶组织的生成,能有效降低熔覆层的室温脆性,提高塑韧性及耐磨性能。     

硼含量对激光熔覆沉积TC4钛合金显微组织与力学性能影响

基于航空航天领域对高比强度、耐高温以及耐磨损钛合金材料的迫切需求,本文采用激光熔覆沉积(Laser Cladding Deposition, LCD)技术制备出含硼(B)的TC4钛合金复合材料,并研究了B元素含量对其显微组织和力学性能的影响。结果表明,随着B元素含量增加,可以显著降低LCD成形TC4钛合金的晶粒尺寸,其晶粒尺寸从1294μm降低至28.6μm,在硼元素作用下也逐渐弱化了LCD技术导致的柱状晶现象;当B含量较低时,TC4钛合金LCD成形过程中生成的TiB主要在原始β晶界处富集,随着B元素含量增加,针状TiB逐渐在晶粒内部析出。在LCD成形TC4钛合金复合材料性能方面,随着B含量增加,合金的硬度与强度也逐渐增大,显微硬度从313.23 HV增大至359.24 HV,抗拉强度由848 MPa增加至1119.5 MPa,提升了32.02%。本文研究为增材制造复杂结构高性能钛基合金构件在航空航天领域的应用提供理论支撑。     

镍-青铜合金激光熔覆成形工艺研究

利用激光熔覆成形技术制备镍-青铜合金,成形件表面平整无变形.显微组织为细小而致密的柱状晶.对不同激光功率、离焦量和供粉量条件下显微组织和显微硬度的变化进行了研究,确定了优化的工艺参数.显微硬度分布在160-180 HV0.2之间,能谱分析和X衍射分析表明成形件成分均匀无偏析.     

激光熔覆工艺参数对熔覆层组织和性能的影响

在45钢表面进行激光熔覆WC-12Co合金涂层的试验,利用SEM对熔覆层的微观组织进行了分析,测试了熔覆层的显微硬度.结果表明,激光工艺参数对熔覆层的组织和硬度有很大影响,随能量密度的增加,熔覆层的显微硬度降低.激光功率不同,对流作用不同,激光功率较大,熔池中合金元素的分布比较均匀.     

TiC-NiCrBSi复合材料的激光熔覆成形性分析

在一定的熔覆工艺下获得完整无缺陷的熔覆层,直接决定激光熔覆陶瓷-金属复合材料(MMC)的实际应用.利用CO2激光器在低碳钢表面制备TiC-NiCrBSi陶瓷-金属熔覆层,通过调整粉末配方改善熔覆层的表面成形和组织均匀性,通过分析气孔和裂纹的产生原因,采取对应措施获得了无缺陷熔覆层.结果表明,TiC质量分数可增加到40%,加入适量钼铁可改善表面成形以及TiC在组织中的分布均匀性;激光熔覆层中的裂纹为冷裂纹,镍基合金中加入TiC可因其变质剂作用而抑制裂纹的产生,但钼铁加入量过大则会促使产生裂纹.熔覆层中的气孔因使用有机粘结剂而产生,降低激光扫描速率或采用无机粘结剂可消除气孔.     

Ti-35V-15Cr-Si-C合金退火过程中组织演化行为

采用不同的分析测试方法对Ti-35V-15Cr-x Si-y C合金不同退火和固溶温度下组织形态和相结构演变进行了研究。结果表明,Ti-35V-15Cr-xSi-yC合金在900℃以下退火,退火组织的晶界中的小晶粒增多,但长大趋势不明显,不同退火温度条件下,合金组织差别不大。当退火温度超过900℃,晶界小晶粒开始明显长大,合金组织形态发生明显变化。合金组织中有4种析出相:球状颗粒的Ti_2C、鸡爪型的(TiV)C、点状颗粒的Ti5Si3以及少量的针状α相。鸡爪型(TiV)C开始溶解的温度范围为950~1000℃;点状颗粒Ti_5Si_3开始溶解的温度范围为1000~1050℃。在1200℃的高温条件下,球状Ti_2C发生部分溶解。     

The use of β titanium alloys in the aerospace industry

Beta titanium alloys have been available since the 1950s (Ti-13V-11Cr-3Mo or B120VCA), but significant applications of these alloys, beyond the SR-71 Blackbird, have been slow in coming. The next significant usage of a β alloy did not occur until the mid-1980s on the B-1B bomber. This aircraft used Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn sheet due to its capability for strip rolling, improved formability, and higher strength than Ti-6Al-4V. The next major usage was on a commercial aircraft, the Boeing 777, which made extensive use of Ti-10V-2Fe-3Al high-strength forgings. Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn environmental control system ducting, castings, and springs were also used, along with Ti-3Al-8V-6Cr-4Mo-4Zr (β-C) springs. Beta-21S was also introduced for high-temperature usage. More recent work at Boeing has focused on the development of Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr, a high-strength alloy that can be used at higher strength than Ti-10V-2Fe-3Al and is much more robust; it has a much wider, or friendlier, processing window. This, along with additional studies at Boeing, and from within the aerospace industry in general will be discussed in detail, summarizing applications and the rationale for the selection of this alloy system for aerospace applications. This paper was presented at the Beta Titanium Alloys of the 00’s Symposium sponsored by the Titanium Committee of TMS, held during the 2005 TMS Annual Meeting & Exhibition, February 13–16, 2005 in San Francisco, CA.     

预磁化频率对激光熔覆涂层性能和组织的影响

对45钢基体进行不同频率的预磁化处理,再对其进行激光熔覆,借助硬度试验、摩擦磨损试验和光学显微镜研究了基体预磁化频率对激光熔覆涂层性能和组织的影响。结果表明,基体经预磁化后,表面熔覆涂层的洛氏硬度较未磁化时有所提高;此外,在同样摩擦磨损条件下磁化者的磨损量和平均摩擦因数较未磁化得有所下降;且原来大小不匀、枝系发达、连成一体的树枝状晶随预磁化频率的增大逐渐向规则的等轴晶转变,预磁化作用还改善了黑色点状硬质颗粒分布的均匀性,使得组织更均匀、致密;以上结果的唯一直接原因是由于基体预磁化的差异所致。本试验条件下的最佳磁化频率是25 Hz。     

Cr12MoV钢表面激光熔覆多层Ni基合金涂层的组织及性能

使用脉冲Nd:YAG激光器在Cr12MoV模具钢表面熔覆了Ni20Cr和Ni60A多层Ni基合金耐磨涂层,并使用X射线衍射仪、扫描电镜及能谱仪分析了涂层的物相和显微组织。同时运用显微维氏硬度计以及高速往复摩擦磨损试验机对比分析了涂层与基体的硬度及耐磨性。结果表明,采用Ni20Cr作为打底层的多层Ni基合金涂层,能有效改善涂层与基体的冶金结合,大大减少涂层中的裂纹、气孔等缺陷。涂层表面物相主要为g-(Fe, Ni)、FeNi₃、BNi₃、Cr₃C₂以及Ni-Cr-Fe;涂层底部至表面的组织为胞状树枝晶、柱状树枝晶、择优生长树枝晶以及等轴树枝晶。Ni60A涂层大大提高了Cr12MoV模具钢的表面硬度,涂层表面显微硬度最高可达到1000 HV0.2,是基体的1.6倍。Ni60A涂层耐磨损性能明显优于基体,较基体提高了2.0~3.3倍。在Cr12MoV模具钢表面激光熔覆多层Ni基合金涂层后,形成了Cr₃C₂、Ni-Cr-Fe等硬质相,可有效提高其表面的硬度和耐磨性,起到降低模具在使用过程中因摩擦磨损而报废的概率,从而进一步延长模具的使用寿命。     

AZ91D镁合金激光熔覆Al-Si涂层微观组织及热力学分析

以Al-Si共晶成分合金粉末为熔覆材料在AZ91D镁合金表面进行了激光熔覆试验.采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪分析了涂层的微观组织,并利用Thermo-Calc软件分析了涂层的相组成、相成分及结晶转变过程.结果表明,涂层微观组织分为两层,上半层为Al₁₂Mg₁₇基体上均匀分布着Mg₂Si树枝晶和细小的Al₃Mg₂针状相,其结晶过程为液相→液相+Mg₂Si→Mg₂Si+Al₁₂Mg₁₇→Mg₂Si+Al₁₂Mg₁₇+Al₃Mg₂;下半层由Mg₂Si颗粒、α-Mg树枝晶和(α-Mg+Al₁₂Mg₁₇)共晶组织组成,其结晶过程为液相→液相+Mg₂Si→液相+Mg₂Si+α-Mg→Mg₂Si+α-Mg+(α-Mg+ Al₁₂Mg₁₇)共晶组织.研究结果对AZ91D合金表面激光熔覆Al-Si合金涂层微观组织及其转变过程分析具有指导意义.     

汽车用AZ31镁合金激光熔覆Al-Si涂层的组织与性能

通过激光熔覆Al-Si涂层的方法对AZ31镁合金表面进行了改性,研究了熔覆层的物相组成、显微组织、显微硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。结果表明,熔覆层主要由Mg₂Si、Mg₁₇Al₁₂、Al₃Mg₂、Al₂Mg相组成,与基体呈冶金结合,硬度最高达到152 HV;耐磨性和耐腐蚀性较好,磨损失重及腐蚀速率分别为基体的1.75倍和1.88倍。     

铜基耐蚀合金熔覆层的制备及耐蚀特性

采用光纤激光器,在不同功率下在Q235钢表面制备了铜基合金熔覆层。利用扫描电镜、能谱仪、X射线衍射仪和电化学工作站分别对熔覆层的显微结构、相组成及耐蚀性能进行表征。结果表明,熔覆层与基体冶金结合。熔覆层底部为胞状组织,中部为树枝晶和柱状晶。熔覆层主要包含富铜Cu(Ni, Fe)固溶体和富铁Ni(Cr, Mo, Fe)固溶体。由于其最高的自腐蚀电位和最低的自腐蚀电流,2000 W功率下所制备的熔覆层表现出最好的耐蚀性能。