TC11钛合金双重热处理工艺设计

TC11是α+β型热强钛合金,使用温度达500℃,但在现有的热处理工艺条件下综合力学性能差。鉴于此,本文设计了双重热处理工艺,采用Image-Pro Plus软件对热处理后的组织进行定量表征,揭示了不同参数对组织的影响规律,并结合力学性能测试结果进行了工艺优化。     

TC11钛合金的真空渗碳工艺

研究了TC11钛合金经过不同温度、压力和时间真空渗碳后的渗层深度、表面硬度和显微组织。结果表明,提高温度、压力和延长时间可增加TC11钛合金渗碳层深度及表面硬度。TC11钛合金在1100 ℃×1.6 kPa×60 min条件下渗碳后,渗层深度约为0.25 mm,表面硬度约为470 HV0.2。     

激光表面微织构工艺试验及应用研究

在声光调Q二级管泵浦固体光源Nd:YAG激光器基础上,采用"单脉冲同点间隔多次"激光微加工工艺,对45#钢试样表面进行激光微织构加工。分析了离焦量、泵浦电流、重复频率及重复次数对微织构形貌的影响规律。工艺试验表明,微凹腔的直径和深度随着泵浦电流的增大而增大,随着重复频率的增加呈减小的趋势,微凹腔深度随脉冲次数的增加呈近似线性增加,而微凹腔直径呈缓慢减小趋势。通过对某型号四缸汽油机的台架性能试验研究,表明与传统平顶机械珩磨相比,采用激光珩磨技术的汽油机机油耗要比原机降低56%,燃油耗降低1.94%~4.5%。     

碳纤维复合材料/钛合金激光连接界面微织构调控工艺研究

碳纤维增强热塑性复合材料（CFRTP）与钛合金复合结构的高质量连接是实现飞机轻量化以及高强度制造的关键。采用激光高速旋转焊接技术进行CFRTP/钛合金复合结构的连接,通过在钛合金表面制备不同尺寸网格型微织构研究了界面状态对CFRTP/钛合金接头强度的影响规律。结果表明,钛合金表面微织构的制备可以显著提升接头强度,且不同线间距下的微织构对接头的强度有直接影响,线间距越小,接头强度越高;在CFRTP与钛合金微织构中间添加PA树脂层,有利于提高接头强度。     

TC11钛合金空气导管凸台激光熔覆修复工艺

采用激光熔覆工艺对航空发动机TC11钛合金空气导管磨损件进行修复工艺实验。通过分析熔覆层表面成形、显微硬度及微观组织形貌,选出合适的工艺参数,制定合理的工艺流程,完成了空气导管的修复。结果表明:修复区组织细密,机械加工后的外形尺寸满足图纸要求。因此,采用激光熔覆技术对TC11钛合金空气导管磨损件进行修复是可行的。     

Ni60/WC涂层表面圆凹坑皮秒激光加工关键参数研究

目的 优化激光路径填充方式以减少皮秒加工圆凹坑底部的堆积现象,并探究基于该激光路径填充方式的皮秒激光关键参数对Ni60/WC涂层表面圆形凹坑形貌参数的影响规律。方法 采用搭建的紫外皮秒激光微加工平台在Ni60/WC涂层表面加工预先规划的直径为230μm的圆凹坑,通过白光干涉仪测试加工所得圆凹坑的整体三维形貌对圆凹坑底部形貌进行表征。采用同心圆网格复合激光路径填充方式对圆凹坑底部堆积现象进行优化,并通过单因素法分析该路径下皮秒激光关键参数,即加工功率、扫描次数、扫描速度对圆形凹坑深度、直径和圆度系数的影响规律。结果 通过优化的同心圆网格复合激光路径填充方式加工所得圆凹坑材料去除体积为7.59×10⁶μm³,轮廓算术平均高度为21.37μm,对比原始的网格激光路径填充方式,加工的圆凹坑底部无明显堆积;基于此激光路径填充方式,在测试工艺参数范围内,圆凹坑深度、直径和圆度系数随激光功率的增大呈二次函数增大;随着扫描速度的增大,圆凹坑深度、直径呈线性减小,圆度系数呈线性增大;圆凹坑深度、直径和圆度系数随扫描次数的增加均呈线性增大。结论 同心圆网...     

激光表面织构形状参数对钛合金摩擦学性能的影响

针对钛合金耐磨性差的问题,利用激光技术在TC4钛合金样品表面刻蚀出具有不同形状、间距和宽度(直径)的织构,基于CSM球盘式摩擦磨损试验机研究织构形状参数对钛合金在油润滑条件下摩擦学性能的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)观察钛合金表面织构的微观形貌及磨痕形貌,利用白光干涉仪测试表面织构和磨痕的三维轮廓并通过计算得到磨损率。结果表明,网格型织构的摩擦因数比沟槽型和点阵型织构更小并且更稳定。织构的间距和宽度(直径)等形状参数显著影响钛合金的磨损性能。原始表面抛光钛合金样品磨损率高于表面织构处理后样品,原始钛合金样品的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损,而由于表面织构能起到收集磨屑,储存润滑油的作用,从而显著提升了钛合金的耐磨性。     

热处理对激光立体成形TC11钛合金组织的影响

通过对TC11钛合金激光立体成形件沉积态和热处理态组织进行对比研究,探索改善TC11钛合金激光立体成形组织,提高材料高温综合性能的途径.结果表明,TC11钛合金的沉积态组织由贯穿多个熔覆层粗大柱状晶和粗大等轴晶组成,原始柱状β-Ti晶内的微观组织是由条状α和残留β组成.沉积态试样在950 ℃热处理后组织为等轴α、条状α和β转变基体组成的近似三态组织,晶界α大部分破碎球化消失,部分未破碎的晶界上镶嵌有α集束.粗大β晶内等轴α的产生与亚晶有关.在970 ℃热处理后为网篮组织,等轴α较少,α板条有粗化趋势;在1030 ℃再结晶后再经950 ℃热处理的组织是由粗大α板条组成的魏氏组织,在α边界和α内部残留有大量细小β,晶界α基本没有破碎消失.     

激光沉积及热处理工艺对TC11钛合金组织和性能的影响

采用激光沉积工艺制备了TC11钛合金,研究了激光功率及固溶温度对其组织和力学性能的影响.结果 表明:随着激光功率的提高,合金的强度增加,塑性降低;随着固溶温度的升高,从950℃提高到970℃,固溶时效后合金横纵向的组织和性能逐渐趋于均匀一致,固溶温度提高至990℃时,合金的各向异性加大;采用970℃保温1h空冷+530...     

激光加工工艺参数对Invar 36合金表面微织构质量的影响

目的 提高微织构的加工效率和加工质量,为改善Invar 36合金的表面性能及微织构加工工艺参数提供理论依据。方法 为了保证该研究的合理性和可行性,采用光纤激光加工技术并结合正交试验法研究了激光功率,激光频率,激光扫描速度和扫描次数4种不同加工参数对微织构凹槽表面形貌结构尺寸及加工质量的影响,并通过摩擦学试验方法测试了其对应的摩擦学性能。最后,通过三维形貌测试仪和扫描电子显微镜对微织构加工结果进行测量表征。结果 微织构凹槽的加工质量与激光扫描次数和扫描速度的关系更大,随着激光扫描次数的增加,微织构的深度明显增加,但是其宽度逐渐减少。当扫描次数在5~15次时,随着扫描次数的增加,微织构表面及边缘熔融物不规则凸起逐渐平整。激光扫描速度与微织构凹槽的宽度成正比,但是与微织构凹槽的深度及边缘不规则凸起的高度成反比关系。此外,当激光扫描次数为15次,激光扫描速率为400~500 μm/s时,加工的微织构表面粗糙度更低,且根据摩擦试验结果,发现该条件下加工的微织构摩擦副的减摩耐磨效果更佳。结论 激光扫描次数和激光扫描速度是影响凹槽型微织构加工质量和表面性能的关键因素,试验结果表明在适当的激光加工工艺参数下(P=0.04 W,f=20 kHz,v=500 μm/s,n=15)微织构凹槽具有较高的加工质量,从而有效改善Invar 36合金的摩擦学性能,对未来进一步提高Invar 36合金的表面性能及加工质量具有一定的指导意义。     

TC11钛合金中板的研制

把用黄金分割点（0．618）作为工艺参数选择的切入点，进行了TC11钛合金中板的研制工作。结果表明：工艺参数的确定是可行的，大大简化了研制过程，在较短时间内完成板材的研制任务，中板的性能满足GB2218-94要求。     

Research on Laser Peening of TC21 Titanium Alloy with High Energy Laser

激光喷丸,又称为激光冲击强化(LSP),是一种新型表面处理技术,通过在材料表面诱导强烈塑性变形、产生高密度位错,产生较深的残余压应力,来提高材料的表面性能。采用LSP技术应用高能激光处理TC21钛合金。对材料的显微硬度、表面轮廓、冲击区表面粗糙度、残余应力进行了试验研究。结果表明:处理后,材料的显微硬度得到较大提高,冲击表面轮廓与冲击光斑大小直接相关,冲击区表面粗糙度(R a)不超过0.8μm,处理后,材料表面残余压应力水平得到了大幅度提高。经过LSP处理后,改善了材料的综合性能。     

激光选区熔化成形TC4钛合金表面粘粉及残余应力研究

采用激光选区熔化成形技术制备了TC4钛合金试样,检测分析了试样的表面粘粉现象及表面残余应力分布状态。在保证熔池充分熔化的前提下,减少熔池热输入可有效缓解成形件表面的粘粉现象。成形件沿生长方向存在较大的拉伸残余应力,易导致层间剥离,应通过后续热处理减小残余应力累积。     

等离子渗Mo的TC11钛合金摩擦磨损性能

在TC11钛合金表面等离子渗Mo以提高其耐磨性。利用SEM、EDS、XRD分析了渗Mo层的微观组织、化学成分及相组成,测定了渗层的硬度分布。采用划痕试验测定了渗层与基体的结合力。通过球盘磨损试验测定了等离子渗Mo层的摩擦磨损性能。结果表明,渗层厚度为30μm;0～10μm表层Mo含量为65%,由表及里呈梯度降低;渗层由单质Mo以及Al8Mo3和Al3Ti等化合物组成,表面硬度达1034 HV0.1;渗层与基体的结合力为70 N;渗层的比磨损率是基体的1/55.4。     

空冷态TC11钛合金的高温流变行为及加工图

对空冷态TC11钛合金在温度750~1100℃、应变速率0.001~10.0 s-1范围内进行等温压缩实验,利用流动应力-应变曲线和加工图研究了该合金在α+β两相区和β单相区的高温流变行为、流变失稳现象及变形机制。结果表明,在α+β两相区,流动应力超过峰值后在低温区随应变的增大持续下降,在中、高温区先下降最后趋于接近稳定的应力值;在β单相区,流动应力随应变的增大略有下降然后逐渐趋于稳定。在加工图上,α+β两相区η值较高的范围大致为750~900℃、0.001~0.006 s-1和900~1000℃、0.001~0.02 s-1,分别是α片层的球化起作用和α片层的球化及α+β-β相变同时起作用的区域;β单相区η值较高的区域大致为1000~1100℃、0.003~0.3 s-1,是动态再结晶起作用的区域。这些区域均是良好的加工区域。流变失稳区为750~875℃、0.006~10.0 s-1,875~975℃、0.03~10.0 s-1和975~1100℃、1.0~10.0 s-1,失稳现象表现为宏观剪切、绝热剪切带和β晶粒的不均匀变形。     

激光冲击强化对片层TC11钛合金组织和性能的影响

目的 提高TC11钛合金的使役性能,对LSP技术在钛合金航空构件上的推广应用提供试验依据和技术支撑。方法 利用激光冲击强化(LSP)技术对片层组织的TC11钛合金进行表面纳米化处理,激光能量为6 J,脉宽为20 ns,光斑直径为3 mm,搭接率为50%。借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线应力分析仪、显微硬度计及拉伸试验机对TC11钛合金LSP前后的微观组织及力学性能进行表征。结果 经LSP处理后,在TC11钛合金表层形成了梯度纳米结构,其中外表层晶粒尺寸约为10 nm,形变层厚度约为200 μm;在次表层组织中形成了大量位错缠结、形变孪晶及层错等晶体亚结构缺陷。LSP后钛合金表层存在着最大残余压应力(–267 MPa)和显微硬度值(425HV),且随着距表层距离的增大,相应的数值均呈现出逐渐减小的趋势。此外,LSP后TC11钛合金的抗拉强度和屈服强度分别提高了19.4%、18.3%,但伸长率略有下降,断口形貌从典型的韧性断裂向准解理和韧性混合型断裂转变。结论 在LSP作用下获得的梯度纳米结构和残余压应力的共同作用下,TC11钛合金获得了良好的强度–塑性匹配。     

锻造温度对TC11钛合金组织和性能的影响

通过OM和SEM研究了锻造温度对TC11钛合金的组织和性能的影响规律.结果表明,随着锻造温度的增加,TC11钛合金中α形态从等轴状过渡到短条状,其抗拉强度和屈服强度随锻造温度的增加而上升,断面收缩率和伸长率逐渐下降;而断裂韧性随锻造温度的增加而提高.     

激光快速成形TC21钛合金沉积态组织研究

分别采用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射和显微硬度等测试手段，研究了激光快速成形高强高韧损伤容限型TC21钛合金的沉积态组织。结果表明：TC21沉积态有着粗大的沿沉积高度方向外延生长的原始声柱状晶，仅最后一层熔覆层顶部为较细小的声等轴晶。宏观上存在明暗两个组织区域，明区为针状马氏体区，位于最后十几层熔覆层，暗区为网篮组织区。结合成形过程传热和组织转变理论分析认为，网篮组织是由明区的初始快冷凝固的马氏体在成形过程中，经受再热循环的固溶时效作用转变而来。随着激光功率的增大，原始声柱状晶将粗化，暗区网篮组织中片状口亦将长大；明区硬度基本不变，暗区硬度略有下降。