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ΔZ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P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V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,ΔZ过小会造成重熔深度变大,层与层的结合处组织粗大;ΔZ过大时会造成层间熔合不良。

热处理对激光立体成形TC4残余应力的影响

采用小孔释放法对激光立体成形TC4钛合金沉积态和热处理后的残余应力进行了测试。结果表明,激光立体成形TC4合金的残余应力属于低应力水平,沿激光扫描方向的残余应力σY和垂直于激光扫描方向的残余应力σZ具有类似地分布规律。激光扫描起始位置的残余应力值较小,到中间位置达到最大的压应力,而到熔覆结束位置转变为最大的拉应力;靠近基材处熔覆层的残余应力为较大的压应力,随着熔覆高度的增加,到顶部转变为较小的拉应力。相比沉积态试样,去应力退火后σY和σZ分别平均降低59.8%和72.3%,固溶时效处理后分别平均降低64.7%和67.8%。热处理后残余应力分布趋于平缓,可有效地消除和调整激光成形过程产生的残余应力。

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β-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β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。

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。

飞机用钛合金零件的激光快速修复

针对TC4钛合金锻件误加工造成的铣槽和面尺寸超差进行了激光快速修复研究。修复区与锻件基体之间形成致密冶金结合,修复区组织为柱状原始β晶界内编织细密的α+β网篮组织,晶内α板条的宽度<1μm。修复过程中发现粉末状况、激光加工参数影响到修复区中气孔、层间或道间熔合不良等缺陷的形成,通过采用粉末真空干燥处理、优化工艺参数等方法获得了修复区内无气孔、熔合不良等缺陷的修复试样。修复试样的室温静载拉伸性能测试结果表明,其抗拉强度达到1000MPa,屈服强度达到925MPa,延伸率为8.0%,接近锻件本体性能。

激光成形修复Ti-6Al-4V钛合金零件的组织与性能

分析了激光成形修复Ti–6Al–4V合金的组织特点,并考察了退火处理对修复区组织及修复件性能的影响。激光修复件的微观组织由修复基体所具有的等轴α+层状α+β双态组织经热影响区连续转变为晶内分布魏氏α+β的外延生长的粗大柱状晶组织。激光修复件的静载拉伸性能达到锻件标准。经退火处理后,修复区中α板条有粗化趋势,修复件的综合力学性能得到一定改善,塑性有所提高。经采用退火+喷丸处理,修复件的低周疲劳性能达到与锻件相当。

激光烧结/等温锻造TC17粉末钛合金的组织与性能

采用激光烧结(LS)+等温锻造复合工艺制备出优质粉末TC17钛合金材料,并研究了工艺过程对合金组织性能的影响。结果表明:激光烧结后的TC17合金微观组织主要由粗大β柱状晶粒组成;经相变点上、下等温锻造及热处理后,激光烧结的魏氏组织能够被有效地破碎,显微组织主要由条状和细小等轴α相组成;仅经相变点以下等温锻造及热处理后,合金组织主要由细小等轴α相组成,但由于变形不均,仍存在有少量的原始β晶粒边界。经过等温锻造、热处理后,激光烧结合金的室温强度变化不大,但塑性大大提高,强度和塑性得到了良好地匹配。

SEM原位加载研究激光增材制造TC4合金变形破坏机制

利用扫描电镜的原位拉伸台研究了激光增材制造TC4钛合金沿晶粒生长方向(L)和垂直于晶粒生长方向(T)拉伸过程中的变形机理。结果表明沉积态拉伸过程中显微组织主要沿与拉伸方向呈约45°的α,β两相界面开裂;随着流动应力的增加,微裂纹数量增多,试样表面在载荷作用下出现起伏错动,直至破坏。L方向原始β晶界上没有明显的变化,T方向观察到沿晶界开裂的微裂纹,这与T方向的塑性比L方向差的结果相一致。热处理后由于α板条变宽,α相内出现滑移带,锻造态则是在等轴α相上出现了大量的滑移带。

扫描电镜在航空类专业实验教学中的探索与实践

文章阐述了扫描电镜在航空类专业实验教学中的必要性,并针对目前实验教学现状和存在的问题,结合学科专业方向,对“飞行器结构设计与强度综合实验”课程中涉及的扫描电镜实验内容进行了探索和实践。通过优化教学内容,调整教学方案,初步总结出扫描电镜实验教学过程中的侧重点以及增加教学有效性和实用性的方法,获得了比较理想的教学效果。

航空结构冲击动力学实验教学探索

文章以航空航天大类培养需求为导向,紧密结合科研前沿,讨论了航空结构冲击动力学研究方向在实验教学中的必要性,并从实验教学方案设计、教学内容、教学方式及教学效果等方面对“飞行器结构设计与强度综合实验”课程中涉及的冲击动力学实验教学进行了阐述,初步总结出适合航空结构冲击动力学专业方向的实验教学方法,取得了比较理想的教学效果。

增材制造Ti-6Al-4V合金断裂行为与应力三轴度关系研究

研究应力三轴度与增材制造钛合金材料断裂行为的相关性,对分析增材制造钛合金的断裂失效过程有着重要的作用和意义。对光滑圆棒和缺口圆棒试件在准静态下进行单轴拉伸试验,结合数值仿真分析得到试件的应力三轴度分布和断裂应变,研究了增材制造钛合金在不同应力三轴度下的韧性断裂行为。通过扫描电子显微镜观察试件断口表面的形貌,分析不同应力三轴度下增材制造钛合金的断裂机理。研究发现,在中高应力三轴度范围内,增材制造钛合金的断裂应变随应力三轴度的升高而降低;缺口圆棒试件的起裂位置随缺口半径的减小从最小截面中心处逐渐转移至边缘处。

Effect of solution temperature and cooling rate on microstructure and mechanical properties of laser solid forming Ti-6Al-4V alloy

The effect of solution temperature and cooling rate on microstructure and mechanical properties of laser solid forming （LSF） Ti-6A1-4V alloy is investigated. The samples are solutions treated at 900, 950, and 1000 ℃, followed by water quenching, air cooling, and furnace cooling, respectively. It is found that the cooling rate of solution treatment hasα more important effect on the microstructure in comparison with the solution temperature. The martensite α formed during water quenching results in the higher hardness and tensile strength but lower ductility of samples. With decreasing the cooling rate and increasing the solution temperature, the width of primary α laths increases, and the aspect ratio and volume fraction decrease, which make the hardness and tensile strength decrease and the ductility increase.