热处理对激光成形TC4合金组织及性能的影响

通过对TC4钛合金激光快速成形件沉积态、去应力退火和固溶时效3种状态下的组织进行对比研究，探索改善TC4钛合金激光快速成形组织，提高材料综合力学性能的途径。结果表明，成形件的组织由贯穿多个熔覆层呈外延生长的粗大柱状晶组成，柱状晶主轴垂直于激光束扫描方向或略向光束扫描方向倾斜。原始的柱状伊Ti晶粒的微观组织是由极少量针状α，大量的魏氏α板条和一定体积分数的板条间声相组成。沉积态试样经退火处理后α板条有粗化趋势，性能改善不明显，塑性有所提高；经固溶时效热处理后可得到等轴α，网篮α和转变β相的三重混合组织，晶界α相被不同程度地破碎，甚至消失，塑性有明显提高，且强度降低不大，具有良好的综合力学性能。     

TC4钛合金的激光快速成形特性及熔凝组织

在惰性保护气氛中对TC4钛合金的激光快速成形特性进行了试验研究。结果表明,虽然影响TC4钛合金激光快速成形的工艺参数较多,但其作用是通过对激光沉积特性的影响来体现的。显著影响成形过程沉积特性工艺参数主要包括单层熔覆厚度、单道熔覆宽度、Z轴的单层行程ΔZ和多道间搭接率,必须对其进行严格控制。成形件的熔凝组织由细小的针状马氏体α′和原始β晶界组成,各层之间为致密的冶金结合。和锻造TC4钛合金相比,激光快速成形过程的快热快冷使α—Ti固溶体的固溶度增大。     

激光快速成形Ti-6Al-4V合金力学性能

采用实验研究的方法，对激光快速成形Ti-6Al-4V合金的力学性能进行了探讨。结果发现：和锻造件相比，激光快速成形沉积态Ti-6Al-4V合金的拉伸性能具有高强低塑特点和更显著的各向异性；成形试样的组织、氧含量和冶金缺陷都将影响到拉伸性能，其中组织的影响最显著，其次为氧含量和熔合不良缺陷：对于氧含量符合GJBGJB2921-1997标准的激光快速成形Ti-6Al-4V合金，经固溶时效热处理后所获得的网篮组织综合性能最好，不论是强度指标还是塑性指标都高于锻件标准。     

激光快速成形316L不锈钢的组织及性能

基于一般快速成型原理，采用激光熔化同轴输送的316L不锈钢粉末，在沉积基板上逐层堆积出薄壁金属零件，所制零件组织致密，成分均匀，具有快速凝固组织特征，力学性能与铸态及铸造退火态相当，可满足直接使用要求。     

工艺参数对激光快速成形TC4钛合金组织及成形质量的影响

通过改变激光快速成形过程中激光功率、扫描速度、搭接率、Z轴增量AZ等工艺参数，研究了各工艺参数对Ti-6Al-4V合金组织及成形质量的影响规律。结果表明：随着激光功率尸的提高，柱状晶的长度逐渐变短并转变为类似等轴晶的不规则晶粒；在相同的激光功率下，柱状晶的尺度随着激光扫描速度矿的增加变得细且长；当P／V值大于933W·s／mm时，晶粒呈现等轴晶形态。存在一个临界搭接率，当搭接率为30％时，成形件内部组织基本质量良好，只是在靠近基材区域有少量的熔合不良；如搭接率小于30％，两相邻熔覆道之间的搭接区将出现形状不规则的熔合不良现象。另外，△Z过小会造成重熔深度变大，层与层的结合处组织粗大；△Z过大时会造成层间熔合不良。     

成形气氛中氧含量对TC4钛合金激光快速成形工艺的影响

在惰性保护气氛中对TC4钛合金的激光快速成形进行了实验研究。研究结果表明,成形气氛中的氧含量,对成形工艺包括激光沉积工艺、成形表面质量、粉末利用率、熔覆层是否开裂等具有显著影响。氧含量严格控制在0.02%以下时,获得表面平整光洁、无裂纹等缺陷的TC4薄壁试样,粉末利用率达53%。     

Fe含量对激光立体成形TC4合金组织性能的影响

研究了Fe含量(0.026%,0.18%,质量分数)对激光立体成形TC4合金组织及拉伸性能的影响。对沉积态及固溶时效处理后的组织进行了分析:2种Fe含量下,沿沉积方向组织均为由贯穿多个熔覆层的β柱状晶组成,内部为魏氏组织且晶界处有较小的α集束;固溶时效处理后,随着Fe含量增加,沿沉积方向组织由粗大的柱状晶转变为细小柱状晶,发生了明显再结晶。热处理后试样室温拉伸性能均高于锻件标准要求,沿沉积方向拉伸性能随Fe含量升高而升高,而Fe含量对垂直于沉积方向上拉伸强度影响不大。     

扫描方式和退火热处理对激光快速成形TA15钛合金组织与性能的影响

分别采用单向扫描和编织扫描方式,激光快速成形了两个TA15钛合金厚壁零件,研究了扫描方式、退火热处理对TA15钛合金组织和拉伸力学性能的影响。结果表明,激光快速成形TA15钛合金具有良好的金相组织热稳定性。编织扫描方式可显著细化TA15钛合金的金相组织,与单向扫描方式制备的TA15钛合金相比,编织扫描方式制备的TA15钛合金具有更高的力学性能。两种扫描方式制备的TA15钛合金,其沉积态和热处理态的拉伸性能具有各向异性,经940℃/1 h/AC热处理后,两种扫描方式制备的TA15钛合金沿水平方向和垂直方向的拉伸力学性能均超过TA15钛合金退火锻件的力学性能标准。     

IN718镍基高温合金激光快速成形件组织和力学性能研究

利用IN718镍基高温合金粉末进行激光快速成形,得到激光快速成形件,然后进行热处理,讨论了经过激光快速成形所得到的沉积态和热处理后的组织特征。结果表明,沉积态的室温拉伸屈服强度和抗拉强度明显比热处理后的低,但塑性比热处理后的高。     

热处理时间对激光选区成形TC4钛合金组织及力学性能的影响

采用光学显微镜、扫描电镜和电子万能试验机研究固溶时效工艺中时间参数对激光选区成形(SLM)TC4(Ti6Al4V)钛合金显微组织和力学性能的影响。结果表明,退火态的SLM成形TC4钛合金的显微组织主要由连续的晶界α相(α_GB)、网篮状α相和β转变组织组成。经固溶时效处理后,试样的显微组织均呈现为网篮组织。在固溶温度为920 ℃,时效工艺为550 ℃×3 h,空冷的条件下,随着固溶时间从2 h增加为6 h,初生α相粗化明显,部分α_P相的晶粒长度可达16 μm;片状α相也发生粗化,晶粒长度由5~15 μm增长至20~30 μm,连续的晶界α相(α_GB)变得不连续,晶粒宽度由2.7 μm增长为4.4μm;同时,组织中出现了尺寸较大的α集束。试样的强度由1045.2 MPa增加为1156.9 MPa,断后伸长率由13.6%降低为6.7%。在时效温度为550 ℃,固溶工艺为920 ℃×2 h,水淬的条件下,随着时效时间从3 h增加为8 h,β转变组织的占比增加,初生α相的长度由40~60 μm减少为30~40 μm,晶界处连续的α_GB相晶粒宽度由2.7 μm增长为4.5 μm;片状α相稍有粗化,而试样的力学性能变化不大。因此,对于SLM成形TC4钛合金而言,在920 ℃固溶温度及550 ℃时效温度下,改变固溶和时效时间参数难以获得双态组织,且对综合力学性能的提高无显著影响。     

稀土对曲轴金相组织和力学性能的影响

在用球铁生产曲轴的过程中，采用冲天炉保温炉双联熔炼，严格控制原铁液含硫量≤0.020％t同时在铁液中加入不同量的Cu—Mg型球化剂，进行球化孕育处理后，从本体取样研究残留稀土对曲轴金相组织和力学性能的影响。结果表明：随着残留稀土的增加，曲轴的球化级别逐渐变差、抗拉强度和延伸率也逐渐降低。     

激光立体成形Ti60合金组织性能

研究激光立体成形(Laser Solid Formed,LSF)Ti60合金热处理(双重退火980℃,2hAC+650℃,3hAC)前后的组织形成规律,分析其在室温和高温(600℃)下的拉伸性能。研究发现:Ti60合金在激光立体成形过程中由于熔池顶部形成的等轴晶层占有一定的比例,在熔覆新层时未被完全覆盖,在整个熔覆层中呈现出等轴晶的宏观形貌,并出现了层带组织。Ti60合金激光沉积态显微组织为魏氏组织,由大量沿原始等轴β晶界向晶内生长的α板条束和少量板条间β相组成,成形件室温和高温强度分别高于锻造件,室温塑性比锻造件低,而高温塑性超过锻态;经过双重退火后,成形件中的层带组织消失,晶界α相被打断,不连续分布在原始的β晶界处,晶内α板条粗化,并部分球化,这使得室温和高温强度略有下降,但塑性增高,综合力学性能提高。     

稀土Y对AZ31镁合金板材组织和性能的影响

研究不同含量Y及不同轧制温度对AZ31镁合金板材再结晶行为、显微组织以及力学性能的影响;探讨如何优化Y元素含量及轧制工艺来提高变形镁合金板材的组织和性能,从而获得高强韧、高成形性镁合金板材。结果表明:Y元素含量约为1%,轧制温度约为300℃时,变形镁合金的强韧性配合最好,板材具有较好的综合力学性能。研究结果有望为改善镁合金室温塑性与提高可成形性能提供了理论依据和新思路。     

TC4钛合金活性激光焊焊缝成形及组织性能

选取CaF₂、NaF和Na₂SiF₆作为活性剂对TC4钛合金进行活性激光焊接,在焊接过程中利用高速摄像机采集焊件上方的光致等离子体图像,焊后借助光学显微镜测量焊缝熔深和熔宽,利用EBSD观察分析焊缝显微组织,采用能谱仪测试焊缝元素组成,测试接头硬度和抗拉强度。结果表明,由于活性剂改变了焊件表面状态和压缩光致等离子体面积从而提高了激光吸收率,这使得焊缝熔化区面积增加;活性剂均可以使未熔透焊缝的熔深增加,正面熔宽减小,熔透焊缝正面熔宽减小,中部和背面熔宽均增加,3种活性剂中Na₂SiF₆对TC4钛合金激光焊焊缝成形的影响最明显;活性剂对焊缝下部显微组织影响不大,涂敷CaF₂和NaF后,焊缝上部β柱状晶的生长方向与未涂敷焊缝β柱状晶生长方向都指向焊缝表面,涂敷Na₂SiF₆焊缝上部β柱状晶的生长方向指向焊缝中心。涂覆CaF₂焊缝针状马氏体α′形态变化不明显,涂敷NaF的针状马氏体α′变得稍细,而涂敷Na₂SiF₆的针状马氏体α′变得短且细,较涂敷CaF₂和NaF的焊缝变化最明显。涂敷Na₂SiF₆的接头抗拉强度提高约12.5%,从改善焊缝成形和提高接头力学性能考虑,Na₂SiF₆可作为TC4钛合金激光焊的首选活性剂。     

混合元素法激光立体成形Ti-6Al-4V的组织及性能研究

以Ti、Al、V混合元素粉末为原料激光沉积Ti-6Al-4V,并对沉积态试样的组织演化及力学性能进行研究.结果表明,与采用预合金Ti-6Al-4V粉末为原料所获得的沉积试样的凝固组织特征有所不同,采用混合元素粉末为原料获得的沉积试样的凝固组织随激光功率的提高逐渐由等轴晶转化为柱状晶,熔池内合金化过程所产生的混合热的扰动作用是导致低功率条件下等轴晶形成的原因.原始β晶粒内的微观组织由大量的魏氏α板条和一定体积分数的板条间β相组成.这与采用预合金粉末基本相同.混合元素法激光立体成形Ti-6Al-4V的氧含量仅约0.1wt.%,沉积态Ti-6Al-4V的室温拉伸性能超过锻件标准要求.     

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 在石油套管用钢25CrMoVB中加入镧+铈混合稀土,研究发现在锻造组织中,随着稀土含量增加,组织有细化均匀的趋势;在热处理后的试验钢组织中,稀土的加入使组织中出现了韧性好的下贝氏体。稀土的加入明显提高了25CrMoVB钢的常温力学性能和高温屈服强度,使冲击性有所改善,特别是在常温和-80 ℃时,效果明显。但稀土含量过高会导致力学性能略有下降。     

环境氧含量对激光定向能量沉积TC4合金组织及性能的影响

研究了环境气氛氧含量对激光定向能量沉积TC4钛合金组织及力学性能的影响,通过OM、SEM和TEM及硬度试验、拉伸试验对成形试样的显微组织、力学性能和断口进行分析。结果表明：当成形气氛氧含量从50、500、 2000到5000μg/g逐渐提高,试样表面氧化程度增加,TC4钛合金试样表面颜色由银白色逐渐过渡到黄色、蓝色和深灰色;XRD图谱结果表明试块表面氧化物种类增多,氧化层的厚度也逐渐增加;试样显微组织逐渐由网篮状组织转变为针状马氏体α′组织,板条粗化,长宽比减小;TC4钛合金试样的硬度和室温抗拉强度随成形气氛氧含量的增加逐渐提高,受金属晶格畸变及冷却速度的影响,沉积态成形试样的抗拉强度由920 MPa增加到982 MPa,延伸率由12.4%减小到10.9%。     

热处理对激光选区熔化TC4钛合金显微组织和力学性能的影响

研究了激光选区熔化(SLM) TC4钛合金沉积态和退火态显微组织的特征及其对力学性能的影响规律。结果表明:合金组织沿激光选区熔化成形高度方向呈现外延生长,形成柱状晶,晶内存在大量的针状马氏体α''相。退火后,晶内的针状α''相转变为α+β板条组织。随着退火温度的升高,组织中α相含量逐渐降低,α片层逐渐粗化,β相含量逐渐升高;室温拉伸强度逐渐降低,塑性逐渐升高,显微硬度逐渐降低。经过800℃×2 h/FC退火热处理后,激光选区熔化成形TC4钛合金具有最佳的强度与塑性匹配。