激光立体成形工艺对TC11钛合金组织和力学性能的影响

采用金相观察、X射线衍射及布氏硬度、室温冲击等分析测试方法,研究了激光立体成形工艺对飞行器结构材料TC11钛合金组织和力学性能的影响。结果发现,采用不同激光功率制备试样微观组织均为网篮组织,小功率试样微观组织编织更细密,α板条宽度更小。小功率试样比大功率试样高约15 HB,二者均高于锻件标准(GJB2744A-2007)硬度范围。小功率试样冲击韧性基本达到锻件标准,而大功率试样冲击韧性低于该锻件标准,在冲击载荷下前者的失效方式为穿晶韧性断裂,而后者的失效方式则由穿晶韧性断裂逐渐向α板条解理断裂过渡。     

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。     

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。     

激光对焊TC4接头微观组织及显微硬度研究

激光焊接作为一种飞机上钛合金部件的新型焊接方式而受到国内外广泛关注。本文采用不同功率激光对焊TC4接头,应用体式显微镜、扫描电镜,X射线衍射仪和硬度仪研究了不同工艺参数下各部位的微宏观形貌和显微硬度。结果表明,随激光功率增大,试件逐渐焊透,熔池内物相由等轴树枝晶转变为大β晶粒内的片状α/α′相;等轴树枝晶尺寸增加,α/α′/片层厚度减小;焊接接头的硬度沿测试线的波动随功率增大而增加,激光功率为550W时硬度分布最为均匀。     

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。     

TC4钛合金表面激光熔覆原位制备TiB陶瓷涂层的微观组织特征与硬度特性

为提高钛合金表面力学性能,利用钛合金基体与TiB2粉末之间的原位反应,在TC4钛合金表面激光熔覆原位制备了TiB陶瓷涂层。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)分析了熔覆层的形貌、显微组织与陶瓷相分布,并用硬度计测试了显微硬度。结果表明,在实验优化的工艺参数下,可制备出无气孔、无裂纹与表面质量较好的熔覆层。熔覆层的显微组织由表及里从块状颗粒转变为细针状组织;TiB2陶瓷相由表及里逐渐减少,而TiB陶瓷相由表及里逐渐增多;熔层表面显微硬度高,并由表及里呈现出梯度变化。     

送粉式激光增材制造TC4钛合金熔覆层组织及电化学腐蚀行为的研究

采用激光增材制造(LDM)技术在TC4钛合金基体表面制备了TC4钛合金熔覆层,研究了不同扫描速率下制备的熔覆层的组织、显微硬度以及其在H_2SO_4溶液中的抗电化学腐蚀性能。结果表明:熔覆层的主要物相为α-Ti,且在β晶界附近生成了细针状α′马氏体,组织呈正交状网篮结构;随着扫描速率增大,熔覆层的平均显微硬度先增大后减小,腐蚀电流密度先降低后升高,电荷转移电阻先增大后减小,即其耐蚀性先增强后减弱;当扫描速率为10 mm/s时,熔覆层具有最大的平均显微硬度(390 HV)、最小的腐蚀电流密度(1.2337μA·cm^-2)、最大的电荷转移电阻(11500Ω·cm^-2),此时的熔覆层具有较好的抗电化学腐蚀性能。     

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。     

增材制造TC4钛合金在激光抛光前后的电化学腐蚀性能

对表面已进行喷砂处理的增材制造TC4钛合金在氩气环境下进行激光抛光实验,通过极化曲线测试研究了抛光前、后钛合金的耐蚀性,并结合表面粗糙度、晶粒尺寸、表面残余应力以及显微组织分析了激光抛光对TC4钛合金耐蚀性的影响。研究结果表明:抛光钛合金的自腐蚀电位与自腐蚀电流密度均大于未抛光钛合金,说明抛光钛合金相比于原始钛合金的被腐蚀倾向更小,但其一旦受到腐蚀,腐蚀速率会略大于原始钛合金。自腐蚀电位的升高源于钛合金表面粗糙度的降低,自腐蚀电流密度的增大则是因为表面晶粒的细化以及残余拉应力的存在。     

TC1合金激光焊接工艺探索

对TC1钛合金激光焊接工艺及接头性能进行研究。通过设计拖罩及专用夹具 ,较好解决了焊接熔池的保护 ,获得了无气孔、裂纹 ,表面无氧化的银白色焊接接头。熔透 1 .5mm的板材 ,焊接速度可达 3m/min .。接头横截面形貌为“沙漏”状。通过组织和力学性能分析发现 ,尽管组织较粗大 ,焊缝仍具有较好的综合性能     

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。     

激光冲击次数对TC4氩弧焊焊缝微结构及性能的影响

采用脉宽30 ns,能量40 J的调Q掺钕玻璃激光对TC4钛合金钨极惰性气体(TIG)焊焊缝进行了1~3次的激光冲击强化(LSP)处理,并与未经LSP处理的焊缝的表面显微硬度、焊缝微观组织、接头的拉伸力学性能和拉伸断口的扫描电镜(SEM)照片进行比较,研究LSP处理次数对TC4钛合金TIG焊焊缝组织性能的影响。结果表明,LSP能够使焊缝横截面靠近材料表面的区域针状α′相数量减少,热影响区靠近材料表面的区域细小等轴晶数量增加;随着LSP处理次数的增加,TC4钛合金TIG焊接头表面的显微硬度增加;焊接接头的抗拉强度和屈服强度变化不明显,而断后延伸率出现降低趋势。     

激光温喷丸TC4钛合金的阻尼特性研究

在不同表面温度下对TC4钛合金试样进行激光温喷丸实验, 使用频率响应法测试TC4钛合金试样的一阶弯曲振动共振频率和阻尼比, 测定了喷丸区域半高宽值(FWHM), 研究在不同试样表面温度下激光喷丸对TC4钛合金阻尼特性的影响, 分析激光温喷丸中试样表面温度与最终一阶弯曲振动阻尼比的关系, 讨论了不同试样表面温度对试样阻尼性能的影响机制。结果表明: 在进行激光温喷丸时, 试样在动态应变时效温度下形成的高密度位错对阻尼特性有重要影响, 随着试样表面温度的上升, 试样处理后的一阶弯曲振动阻尼比不断升高, 在表面温度达到350 ℃时试样最终处理后阻尼比达到最大值; 与激光喷丸技术相比, TC4试件的阻尼比从2.1%提升到了3.2%, 表明了激光温喷丸可以有效减小振动工况下的振动应力。