激光立体成形TC11DT钛合金裂纹扩展速率研究

采用光镜(OM)、扫描电镜(SEM)对激光立体成形TC11DT钛合金显微组织和疲劳裂纹扩展断口进行了观察,研究分析了不同取样方向的裂纹扩展机制与失效方式,包括缺口方向平行于沉积试样(平行试样)及缺口方向垂直于沉积方向(垂直试样)。结果显示,未经热处理的沉积态试样的宏观组织主要由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大β柱状晶组成,柱状晶内为编织细密的α板条和板条间β相。无论是平行试样还是垂直试样,经受载荷时失效方式均由韧性断裂逐渐转变为韧-脆混合断裂,但在瞬断区两者的失效方式区别较大,并且沉积态组织抗裂纹扩展能力的强弱与缺口的加工方向有密切联系。和盘模锻件相比,沉积态试样的抗裂纹扩展能力较低。     

激光立体成形TC4钛合金组织和力学性能研究

采用实验研究的方法,对比分析了激光立体成形TC4钛合金不同热处理状态下的显微组织、静载力学性能和拉伸断口。研究结果表明,沉积态内部有较明显的层带结构,去应力退火和固溶时效均能减弱层带从而均匀化组织;去应力退火处理对强度和塑性提高较少,固溶时效处理则能显著提高综合力学性能。断口分析表明,固溶时效态的室温拉伸试样为韧性断口,而沉积态和去应力退火态拉伸试样拉伸断口均为混合型断口。通过显微组织和拉伸断口分析,重点解释了解理断面形成机理为:裂纹沿α/β界面快速扩展形成解理断面,裂纹尖端的空洞与裂纹连接形成解理面上的韧窝。     

TC4激光立体成形显微组织对超声参量的影响

以TC4钛合金激光立体成形件及锻件为研究对象,采用不同热处理制度对TC4钛合金激光立体成形件进行处理得到不同的热处理组织,并采用超声波无损检测方式获得超声波纵波声速和衰减系数,明晰超声参量和显微组织的相互作用机理。结果表明,不同的显微组织具有不同的超声波纵波声速和衰减系数;相比超声波纵波声速而言,衰减系数对TC4钛合金激光立体成形显微组织的变化更为灵敏。     

TC4钛合金板激光冲击成形实验研究

首次对TC4钛合金板进行了激光冲击成形实验研究,实现了TC4板的激光冲击成形。并利用金相显微镜、扫描电镜(SEM)和显微硬度计分析了冲击成形后试样组织结构和表层硬度的变化。实验结果表明激光冲击成形技术不但可以实现对TC4钛合金板的成形,而且还可以提高了TC4钛合金板的物理和力学性能。最后通过与SUS304不锈钢成形效果的比较,说明了TC4钛合金比SUS304不锈钢更难成形。     

激光冲击强化对TC17微观组织和表面硬度的影响

为了研究激光冲击次数和冲击能量对TC17钛合金微观组织和表面硬度的影响,采用不同的工艺参量对TC17钛合金进行了激光冲击强化处理。TC17钛合金在激光冲击后,表面形成了剧烈塑性变形和高密度位错,冲击过程中位错发生增殖、塞积、缠结等现象,单脉冲冲击形成的微凹坑的深度最大可达21.4μm;脉冲能量为5J、搭接冲击次数从1次增加到4次时,材料的表面硬度相比母材的增幅分别为8.3%,17.2%,24.3%和24.5%;5J和7J冲击1次时,表面硬度相比母材增幅分别达8.3%和14.2%。结果表明,随着冲击次数和脉冲能量的增加,TC17材料表面硬度随之增加,激光冲击强化使材料表面产生高密度位错,这是其表面硬度增加的关键原因。     

TC11钛合金零件的激光熔化沉积修复研究

结合飞机起动机钛合金叶轮的修复需要,研究了Ti-6Al-3.5Mo-1.8Zr-0.23Si(TC11)钛合金激光熔化沉积修复工艺及界面的组织与力学性能。结果表明,激光熔化沉积TC11钛合金及界面重熔区具有典型的魏氏组织特征,基体热影响区组织逐渐由魏氏组织向双态组织过渡;激光熔化沉积TC11钛合金的抗拉强度高于界面过渡区及基体,而塑性稍低于基体。通过采用逐点熔化沉积的方法对叶轮受损叶片进行了修复,经加工检验后通过了超转试验考核,实现了装机应用。     

温度场模拟激光熔覆TC11钛合金工艺参数的选择

以通过激光熔覆修复钛合金薄壁件并在钛合金表面获得优质激光熔覆涂层为目标,运用ANSYS软件对同步送粉式激光熔覆的温度场进行了三维建模数值模拟。基于该模型对激光熔覆过程中的温度场分布和工艺参数进行了分析。结果表明,激光扫描方向前方的表面温度场相比后方熔池温度小,等温线密集,温度梯度大,熔覆两道后熔覆道1没有重熔,并且对熔覆道2产生预热作用。激光加工的快速加热和冷却的特性显著,冷却时的冷却速度可达104℃/s,在其他工艺参数不变的情况下,理论上在激光功率P=1100 W,扫描速度v=4 mm/s,光斑直径d=1 mm 时模拟过程可获得良好的冶金结合,为修复薄壁零件提供了借鉴和指导作用。     

不同冲击次数下激光冲击对TC11钛合金的影响研究

利用激光冲击强化技术对TC11钛合金进行处理,通过电子透射显微镜、残余应力测试仪和显微硬度计分别分析了TC11钛合金激光冲击前后微观组织、残余应力和显微硬度的影响.实验结果表明:表面微观组织在不同冲击次数下呈现出位错密度-位错胞-纳米晶的细化过程,且纳米晶随着冲击次数增加而变得更加细小、均匀;材料表面产生了-540 MPa以上的残余压应力,且显微硬度也得到显著提高,幅度达到20％左右,不同次数下硬度影响深度由600 μm增至1200 μm.     

热处理对激光熔化沉积TC17钛合金显微组织及力学性能的影响

激光熔化沉积(LMD)TC17钛合金在航空航天领域具有广阔的应用前景,其沉积态试样强度较高但塑性较差,为了改善其综合力学性能,首先对LMD TC17钛合金进行退火处理,结果表明随退火温度升高α相含量逐渐减小,α片层粗化,塑性升高而强度下降,且退火后LMD TC17钛合金拉伸性能未达到盘件技术标准。进一步研究固溶时效对其组织性能的影响,固溶温度升高将使初生α相(αP)相含量降低、αP片层粗化;时效温度升高使次生α相(αS)粗化。拉伸性能受αP、αS相含量、α片层厚度等因素影响,β基体上均匀弥散析出细小αS的组织将有利于提高强度,αP含量增加、组织粗化有利于提高塑性,通过800℃/4h固溶处理后水淬以及630℃/8h空冷热处理可以使LMD TC17钛合金获得较优的强塑性匹配,拉伸性能达到盘件技术标准。     

TC17 钛合金激光多次冲击强化后组织和力学性能研究

对TC17钛合金激光冲击强化前后的微观组织和力学性能作了对比研究,将TC17钛合金进行同一功率密度下不同次数的激光冲击,分别利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X 射线衍射仪、残余应力测试仪和显微硬度计对激光冲击前后TC17钛合金的微观组织、残余应力和显微硬度进行了观察和测试。试验结果表明:TC17钛合金在不同次数激光冲击后,表面形成了剧烈塑性变形和高密度位错,晶粒细化明显,3 次激光冲击后有纳米晶形成;残余应力和显微硬度都随着冲击次数的增加数值增大,且沿深度方向的变化规律基本相同;与未冲击试样相比,5 次冲击后试样表面显微硬度提高了20.7%,沿深度方向300 m范围内影响明显,表面残余应力达到-644.3MPa,残余压应力影响层深度增加至1.9mm。     

激光选区熔化TC4钛合金工艺参数对成形件表面质量的影响

采用正交试验,研究在选区激光熔化快速成形的过程中,激光功率P、扫描速度v、铺粉厚度h以及扫描间距s4个参数对TC4钛合金成形件上表面粗糙度、侧面粗糙度和表面硬度的影响规律。研究表明,4个参数对上表面粗糙度影响的重要次序为激光功率、扫描速度、铺粉厚度、扫描间距;对侧面粗糙度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描速度、扫描间距;对表面硬度影响的重要次序为激光功率、铺粉厚度、扫描间距、扫描速度。试验可得形成TC4成形件表面质量的最佳工艺参数为：激光功率200 W,扫描速度600 m/s,铺粉厚度0.04 mm,扫描间距0.06 mm。     

TC4激光立体成形中基材热影响区组织性能优化研究

激光立体成形技术是一项基于同步送粉激光熔覆的先进制造技术。激光立体成形和修复过程中沉积层、热影响区以及基体材料组织、性能的差异将对最终零件的性能,尤其是疲劳性能产生重要影响。为改善基体、热影响区(HAZ)的组织、性能差异,针对TC4合金,提出在激光沉积前对基材表面进行多次激光重熔扫描预处理,从而优化基材热影响区组织性能。基于此,通过研究不同工艺条件下,多次激光重熔处理对热影响区组织性能的影响。结果表明:首先,多次激光重熔将引起的基材热影响区总体冷却速率下降,从而有效的消除热影响区的急冷组织;其次,重熔处理产生的多次热循环对基材热影响区的时效处理对于热影响区的组织、性能(硬度)也有一定的影响。通过在多层沉积前对基材进行适当的激光多次重熔扫描处理有效改善了沉积区、热影响区以及基材性能的大幅波动,实现了均匀渐变。     

激光立体成形Ti-Al-V系的合金力学性能

研究了以元素粉末为送进原料时,激光立体成形(LSF)Ti-Al-V系合金的力学性能。结合激光立体成形Ti-xAl-yV(x≤10,y≤25)合金的硬度测试分析和人工神经网络模型优化,获得激光立体成形Ti-xAl-yV合金成分-硬度的关系。选择典型成分合金进行室温拉伸性能测试,在此基础上获得激光立体成形钛合金抗拉强度与显微硬度的比例因子K值为2.86～3.00,可实现对激光立体成形Ti-xAl-yV(x≤10,y≤25)合金的抗拉强度预测。另外,室温拉伸性能测试结果表明,激光立体成形Ti-4Al-3V、Ti-5Al-3V、Ti-4Al-4V、Ti-5Al-4V以及Ti-3Al-6V沉积态的综合室温拉伸性能均达到Ti-6Al-4V合金的锻件标准。     

激光冲击强化对TC17钛合金高周疲劳性能的影响

为了研究激光冲击强化对TC17钛合金高周疲劳性能的影响,对TC17钛合金进行激光冲击强化处理,并对处理前后的试样进行了高频疲劳试验,对疲劳断口和形貌用扫描电镜和透射电镜进行了观察。7J能量激光冲击2次后,材料在300MPa下的疲劳寿命相比未处理的材料提高了近2倍;相比于母材试样,强化试样的裂纹源位于次表层深处,扩展区的疲劳条带排列更加紧密。结果表明,激光冲击强化后,试样表面强化区域产生高密度位错和位错缠结。这些缺陷能有效地阻止疲劳裂纹的萌生和扩展,进而改善TC17钛合金的高周疲劳性能。     

强脉冲激光照射TC11合金组织和抗氧化性能分析

为了改善TC11钛合金表面性能,采用强激光照射方法对其进行表面辐照处理,并研究脉冲能量密度对激光照射TC11钛合金表面形貌及性能的影响。结果表明,经过1J/cm2的强脉冲激光照射后,合金表面出现熔融,随着脉冲能量密度增大,合金表层的熔坑外径变大;激光照射后合金表层形成了约1.5μm外径的微孔,其构成元素主要为Mg,O,S,C;经脉冲照射处理后TC11合金显微硬度明显增大;当脉冲能量密度增加后,合金显微硬度也随之上升,合金试样的抗高温氧化性能得到明显的提升;合金表层形成的氧化物包含颗粒状和层状两种形貌类型,氧化物主要由Al₂O₃与Cr₂O₃构成。该研究对提高TC11钛合金表面抗氧化性能是有帮助的。     

激光快速成形TA15钛合金热处理组织及其力学性能

采用激光快速成形方法制备了TA15(Ti-6Al-2Zr-1Mo-1V)钛合金厚壁件,研究了不同退火温度对激光快速成形TA15钛合金组织和室温拉伸力学性能的影响。结果表明,随着退火温度的升高,粗大β晶内的初生α相板条体积分数减少,而β转变组织体积分数增加,且β转变组织形貌由板条状(β)→层片状(α+β)→细层片状(α+β)转变。力学测试结果表明,经940 ℃/1 h,空冷热处理后,激光快速成形TA15钛合金室温拉伸力学性能达到最优;而当退火温度大于等于970 ℃时,其室温拉伸力学性能大幅度降低,拉伸断口扫描电镜(SEM)照片表明,室温拉伸断裂为脆性断裂。     

点式锻造激光沉积TC17钛合金热处理组织与力学性能

采用点式锻造激光沉积技术在TA0基板上成形三维TC17厚壁件.利用光学显微镜、扫描电子显微镜、单向拉伸试验和显微测试硬度来分析其沉积态和退火态组织与力学性能.结果 表明,原始宏观晶粒呈等轴状形貌,晶粒内部以大量初生细小α板条、少量的等轴α相和β转变组织形成.分别对沿沉积高度方向和垂直沉积高度方向做室温单向拉伸试验,两个...     

激光立体成形工艺在高性能金属材料加工中的应用研究

研究基于经验工艺参数得到的激光立体成形TC21钛合金沉积态试样中原始β晶粒形貌及其织构特征,分析了激光立体成形工艺在高性能金属材料加工中的应用.结果表明:激光立体成形TC21钛合金宏观组织属于典型外延生长柱状β晶粒,纤维织构特征比较明显;在沿沉积高度方向上,α相尺寸、形貌、体积分数等有显著不均匀性存在,表明TC21钛合...     

往复热循环及退火对激光成形修复TC17-TC11双合金组织的影响

采用激光成形修复技术, 以 TC17锻件坯料为基体材料, 以 TC11粉末为熔覆材料, 制备了 TC17-TC11双合金试样, 将其基材过热区宽度设计为 5 mm以研究修复过程中往复热循环和修复后退火热处理对试样组织的影响。结果表明, TC17基体因往复热循环作用, 从底部到双合金界面处, 温度逐渐升高到琢/茁相变点直至过热, 随着初生琢相的溶解和次生琢相的析出, 对应组织由双态组织向魏氏组织过渡, 并且硬度逐渐上升。修复试样经 500益, 1 h/FC退火热处理后, 次生琢相更加细密均匀, 试样过热区硬度较之沉积态提高了 45%。     

激光重熔对TC4钛合金表面激光原位熔覆层微观组织与性能的影响

为了进一步提高激光原位熔覆层的质量,利用激光重熔方法对TC4钛合金表面激光原位熔覆层进行了处理。采用扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和显微硬度计分别对比研究了熔层的显微组织、相分布和显微硬度。结果表明,适当工艺参数的激光重熔处理可以消除位于原位熔覆层底部的大气孔,可以使熔层中的陶瓷相分布更均匀,从而提高熔层的组织致密性;激光重熔处理后熔层硬度值的梯度变化减弱,熔层的平均显微硬度与质量的稳定性均得到提高。