热处理对选区激光熔化Ti6Al4V合金力学性能和耐磨性的影响

系统研究了热处理工艺对选区激光熔化Ti6Al4V合金组织、力学性能和耐磨性的影响。结果表明,沉积态样品组织以针状α''马氏体为主,经固溶处理后,针状α''马氏体分解,Ti6Al4V合金硬度下降。当固溶温度为800℃时,合金形成α''/α结构,其抗拉强度和延伸率分别增加12%和23%。当固溶温度达到900℃以上时,由于α''/α结构的消失、α相晶粒的粗化以及β相含量的增加,合金的力学性能急剧下降,抗拉强度从（935±10）MPa下降到（815±9）MPa,伸长率从（8.72±0.2）%下降到（3.09±0.1）%。随着固溶温度的升高,摩擦系数和磨损率线性增大,与硬度的变化趋势完全相反,且磨损机理由单一磨粒磨损转变为磨粒磨损和氧化磨损。     

激光选区熔化Ti6Al4V的工艺参数优化与显微组织

采用激光选区熔化技术制备Ti6Al4V钛合金试样,研究了激光加工工艺参数对Ti6Al4V试样致密化行为、显微组织特征及力学性能的影响。利用金相显微镜、万能试验机等测试手段对激光选区熔化成形试样进行显微组织及综合力学性能分析。结果表明,随着激光功率由360 W提高到400 W,不同激光扫描速度下的试样平均致密度由85.3%提高到94.5%,致密度显著提高。随激光能量密度提高,孔隙率明显降低且针状马氏体α′相分布均匀,塑性和强度更好。选用最优工艺参数(功率400 W,扫描速度2 100 mm/s),试样抗拉强度为1 159 MPa,屈服强度为1 008 MPa,均高于锻件标准。经800 ℃保温2 h退火处理后,断后伸长率和断面收缩率分别提高2.26倍和2.68倍,增长幅度较大。α′相和β相均分解为α+β相,晶粒粗化使晶粒内部滑移变形受晶界抑制作用减弱,最终导致材料强度下降而塑性明显提高。     

工艺参数对电子束选区熔化成形Ti6Al4V合金显微组织的影响

针对电子束选区熔化的特点,采用不同工艺参数成形了Ti6Al4V实体试样,并利用光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电镜和X射线衍射仪研究了气雾化Ti6Al4V粉末在电子束选区熔化成形中的微观组织特征以及不同体能量密度(P/v)对微观组织的影响。结果表明:电子束选区熔化Ti6Al4V合金内部组织为细针状马氏体、魏氏组织和网篮组织,细针马氏体区位于试样成形顶部;随着体能量密度的增加马氏体区高度由7~8个铺粉层厚增加到22~25个铺粉层厚,内部组织由细长片状魏氏组织变为魏氏组织和网篮组织组成的双态组织,片状α相的厚度也由1~2μm增加到2~4μm。     

激光选区熔化成型多孔Ti6Al4V合金及其热处理研究

Ti6Al4V合金是骨科中应用最为广泛的钛合金,激光选区熔化成型多孔Ti6Al4V合金能够降低其弹性模量,减少应力遮挡现象,促进骨组织的长入,但成型件的塑性通常较低。为此设计了单元尺寸在1~2 mm、孔径约在500~1200 μm、孔隙率约在60%~90%之间的菱形十二面体多孔结构并采用激光选区熔化技术成型了压缩试件,通过压缩仿真和实验对其力学性能进行研究,并研究了退火热处理对其力学性能、显微组织的影响。仿真结果表明,对模型的支杆直径进行误差补偿可获得更为准确的结果。实验结果表明当单元尺寸为1.5 mm时,试件的抗压强度在78.16~242.94 MPa之间,弹性模量在1.74~4.17 GPa之间,与人体皮质骨的力学性能相近。经820 ℃退火2 h后试件的抗压强度、弹性模量与成型态基本保持相当,而塑性有所提升,因此更适用于骨科植入体。     

缺陷对选区激光熔化Ti6Al4V合金高周疲劳性能的影响

明确缺陷对选区激光熔化Ti6A14V合金的疲劳性能影响规律是突破该材料工程应用瓶颈的关键问题.在缺陷无法避免的工艺背景下,借助于金相显微镜、电子背散射衍射技术、X射线三维成像系统、疲劳试验机、扫描电子显微镜及激光共聚焦显微镜,对该材料的组织和缺陷表征,研究了高周疲劳性能及失效机制.结果 表明,该合金的微观组织表现出增材...     

选区激光熔化成形Ti6Al4V合金摩擦磨损性能的各向异性

基于选区激光熔化技术制备了 Ti6Al4V钛合金,研究了不同成形表面(XOY、XOZ)和不同载荷(20、40、60、80N)对Ti6Al4V合金摩擦磨损性能的影响.通过摩擦系数(COF)结合磨损体积损失对不同成形面的摩擦磨损性能进行评估,采用光学显微镜(OM)、三维轮廓测量仪等设备对磨损轨道的形态和磨损机理进行表征.结...     

激光选区熔化制备Ti−6Al−4V合金的显微组织及在人工模拟唾液中的电化学腐蚀行为

为了进一步提高植入体的耐腐蚀性,通过激光选区熔化制备Ti?6Al?4V合金.借助扫描电镜、电子背散射、透射电镜、电化学腐蚀试验和接触角试验对其显微组织和在人工模拟唾液中的电化学腐蚀行为进行研究.结果表明:激光选区熔化制备Ti?6Al?4V合金在堆积方向呈现典型的β柱状晶,在扫描方向呈近圆形棋盘状组织,而锻造和锻造+热处...     

β退火参数对Ti6Al4V合金组织和性能的影响

钛合金β退火产生的片层组织可以显著提高材料的损伤容限性能.通过不同的β退火温度和冷却速率试验研究了β退火参数对Ti-6Al-4V合金组织和性能的影响.结果表明:β退火温度在Tβ+10℃～Tβ+50℃范围内,随着退火温度的提高,β晶粒尺寸不断长大,温度提高到Tβ+50℃,合金强度、塑性降低明显;β退火保温时间基本与退火温...     

微弧氧化对选区激光熔化多孔Ti6Al4V力学性能的影响

目的 探究多孔Ti6Al4V经过微弧氧化(MAO)表面改性后力学性能的变化规律。方法 采用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备了相对密度分别为0.30、0.38、0.47的多孔Ti6Al4V点阵材料,利用表面化学抛光预处理和MAO工艺在其表面制备MAO膜层,再通过显微观察和单轴压缩试验分析其微观形貌和力学性能。结果 经过表面化学抛光预处理和MAO之后的多级多孔Ti6Al4V表面MAO膜层的孔径大小与脉冲电压及氧化时间呈正相关,膜层厚度和膜层中的钙磷原子比与氧化时间均呈现正相关关系,且在350 V脉冲电压和10 min氧化时间条件下制备的膜层最为均匀。MAO前后多孔Ti6Al4V的压缩应力-应变曲线基本一致,两者的弹性模量和屈服强度均随相对密度的增加而提高。与G-A方程计算的理论值相比,实测的弹性模量略有下降,但不显著,这可能是因为多孔Ti6Al4V在SLM成形过程中由于快速加热和冷却导致残余应力的产生,从而导致其弹性模量减小。同时由于SLM成形的多孔Ti6Al4V点阵材料中的孔隙壁可能低于理论预测中所假设的值,这会使得孔隙壁在加载过程中发生变形或破坏,这也会导致材料整体弹性模量的降低。而实测的屈服强度高于G-A方程计算的理论值,这可能是由于SLM成形多孔Ti6Al4V点阵材料的孔隙结构相较于G-A方程的理论模型更加规则。此外,在对数坐标中,MAO前后的屈服强度与弹性模量呈强正比关系,斜率分别为1.10和1.18,十分趋近于G-A方程的理论值。这亦表明MAO对多孔Ti6Al4V的整体力学性能影响有限。结论 脉冲电压为350 V、氧化时间为10 min条件下MAO工艺所制备的膜层最为均匀,同时MAO对SLM成形多孔Ti6Al4V点阵材料的总体力学性能影响有限。     

退火温度对激光选区熔化成形TC4钛合金组织及力学性能的影响

采用激光选区熔化技术(SLM)制备TC4钛合金,借助光学显微镜、扫描电镜和万能材料试验机等测试手段,研究了退火温度对TC4钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明:SLM成形TC4样品横截面组织主要由六边形网格分布的等轴晶组成,纵截面主要由外延生长的柱状晶组成,晶粒内部包含大量针状马氏体α'相;随着退火温度的升高,组织内针状马氏体α'相发生分解,α相、β相开始聚集长大,退火温度800℃以上时,组织由魏氏体组织向网篮组织转变;随着退火温度的升高,合金的力学性能宏观呈现强度下降,伸长率上升的规律。综合比较几种退火制度发现,800℃×2 h/FC处理后的TC4合金获得相对最佳的综合力学性能。     

Microstructure and mechanical properties of Ti6Al4V alloy prepared by selective laser melting combined with precision forging

To improve the mechanical properties of Ti6Al4V alloy prepared by selective laser melting (SLM) process, the precision forging was conducted at 950 °C and different strains and strain rates. The microstructure evolution of as-built samples and forged samples in both horizontal and vertical sections was visualized and analyzed by optical microscope and X-ray diffraction. The microstructure was improved by the precision forging and subsequent water quenching. The porosity in each section was accounted. It can be seen that high strain rate and large deformation result in low porosity, consequently contributing to a better fatigue performance. The micro-hardness was lowered after precision forging and water quenching, while the difference of microhardness between the horizontal and vertical sections became smaller, which illustrated that this process can improve the anisotropy of structural components fabricated by SLM.     

Effect of annealing processing on microstructure and properties of Ti-6Al-4V alloy by powder injection molding

Ti6Al4V alloy parts were prepared by metal injection molding. Brown parts were densified at 1 200-1 260℃ for 2-4 h in vacuum atmosphere. The as-sintered specimens were treated through Hot-Isostatic Pressure（HIP） at 960 ℃ and 140 MPa. Ti6Al4V alloy compacts were annealed at 720-760 ℃ for 1 h. The results show that binder in the parts can be removed by solvent debinding and thermal debinding process. Ti6Al4V alloy has an uniform duplex microstructure with many equiaxed a grains and a little fl grains. When the annealing temperature is higher than 800 ℃, Ti6Al4V alloy has lower mechanical properties.After solution treatment and aging, a typical martensite microstructure can be achieved.     

Ti6Al4V合金显微组织对超声声速的影响

通过对Ti6Al4V合金棒材在β相区、α+β两相区热处理后的显微组织观察和纵向超声声速值测量、分析,研究了合金显微组织对超声声速的影响。结果表明,Ti6Al4V合金在相变点以上加热,随着冷速的降低,次生α析出长大为粗大片层状,声速值也随之提高;在相变点以下加热,组织中的初生α相含量对超声声速值的影响不明显,次生相的形貌对超声波声速起决定作用,其中规则片层次生α 相的析出有利于超声声速值的提高。     

退火工艺对Ti80合金组织与性能的影响

通过不同的热处理制度研究了退火工艺对Ti80合金板材组织和性能的影响。结果表明,退火工艺对Ti80合金的力学性能的影响较大,在退火温度为900℃时,随着保温时间的延长,室温抗拉强度先升后降;在退火时间均为2 h的情况下,随着退火温度从850℃提高到950℃,初生α相的含量逐渐减少,β相的含量逐渐增多,初生α相的晶粒尺寸没有明显的变化。     

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。     

Ti6Al4V薄板脉冲激光拼焊焊缝成形及力学性能

为了改善钛合金薄板激光焊接过程中因工装误差或存在毛刺造成的焊穿、焊漏等缺陷,采用光纤激光器对1.2 mm厚的Ti6Al4V薄板进行脉冲激光焊接试验。分析脉冲频率、对接间隙及激光峰值功率3个工艺条件对焊缝成形的影响,针对外观成形较好的焊缝进行显微组织与力学性能测试,确定了适合Ti6Al4V薄板拼焊的最佳焊接工艺参数。结果表明,采用脉冲频率40 Hz,占空比60%,激光峰值功率2.0 kW,光斑直径0.7 mm,焊接速度1.8 m/min的脉冲激光焊接工艺可以获得质量优异的焊缝;焊缝由粗大的柱状β晶粒和针状α′相组成,热影响区形成了短针状α′相;随着峰值功率的增大,焊缝的显微硬度明显增大,抗拉强度逐渐减小。最优焊接工艺参数下的焊缝强度可以达到母材的98%,拉伸断口表面平整、规则,断面与拉伸轴线方向呈45°,断口含有大量韧窝。 创新点： (1)采用特定的脉冲波形配合大的光斑直径对Ti6Al4V薄板进行脉冲激光焊接试验,改善了焊缝成形质量。 (2)考虑了薄板对接时工装间隙的影响,并在试验前预留了间隙,探索出了Ti6Al4V薄板脉冲激光拼焊的最佳焊接工艺参数。     

7 mm厚TC4钛合金电子束焊接头组织和性能

基于钨极氩弧焊的电弧增材制造(GT-WAAM)工艺,以6 mm厚Ti6Al4V合金为基板,直径1.2 mm的Ti6Al4V焊丝为材料,利用CO₂进行层间冷却,得到成形均匀的沉积结构。通过对焊接过程热循环特点、沉积形貌、硬度分布及力学性能分析,获得沉积结构质量评价。结果表明,提高冷却速率可以细化沉积结构晶粒,得到针状的α′相,从而改善材料的硬度和抗拉强度;在沉积结构中,堆积高度增加产生的热积累效应,使冷却气体中的C和O元素存在与堆积金属发生潜在的化学反应的可能。采用层间冷却控制层间温度能有效改善沉积结构质量,可使制造效率提高80%以上。