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退火处理对激光沉积制造TC4钛合金组织及力学性能影响

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材料工程 2020年第2期48卷 148-155页

作者：钦兰云何晓娣李明东杨光高博文沈阳航空航天大学航空制造工艺数字化国防重点学科实验室沈阳110136 沈阳工业大学化工装备学院辽宁辽阳111003

以tc4球形粉末为原料,采用激光沉积制造技术制备TC4钛合金厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法研究了退火处理对激光沉积制造tc4显微组织及力学性能的影响。结果表明:试样经α+β两相区退火处理后,... 详细信息

以tc4球形粉末为原料,采用激光沉积制造技术制备TC4钛合金厚壁件。通过光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等方法研究了退火处理对激光沉积制造tc4显微组织及力学性能的影响。结果表明:试样经α+β两相区退火处理后,显微组织为网篮组织,经β单相区退火后,组织转变为魏氏组织;退火试样力学性能仍存在各向异性:Z向试样强度较低,塑性较好,而XY向试样强度高,塑性较差,退火温度对试样的各向异性具有明显影响;XY向试样拉伸性能存在较明显的分散性;α+β两相区退火处理后两个方向上均为韧性断裂,β单相区退火处理后试样强度与塑性大幅下降,且XY向试样为脆性断裂。

关键词：激光沉积制造 TC4钛合金退火温度显微组织力学性能

高频电源与活性屏离子渗氮对表面纳米化TC4钛合金渗氮层结合力的影响

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表面技术 2024年

作者：高鸿文凯张乘玮高岩华南理工大学材料科学与工程学院

目的评估高频电源对喷丸纳米化TC4钛合金离子渗氮层结合力的影响，进一步探究在高频电源+活性屏工艺组合上，渗氮参数优化对渗氮层结合力的影响。方法选取直流电源-500℃-20h-300Pa离子渗氮试样与高频电源-500℃-20h-200Pa离子渗氮试样... 详细信息

目的评估高频电源对喷丸纳米化TC4钛合金离子渗氮层结合力的影响，进一步探究在高频电源+活性屏工艺组合上，渗氮参数优化对渗氮层结合力的影响。方法选取直流电源-500℃-20h-300Pa离子渗氮试样与高频电源-500℃-20h-200Pa离子渗氮试样分别进行了XRD、扫描电镜和划痕实验对结构、形貌与结合力分析。在高频电源基础上，进一步选取活性屏优化后参数与活性屏优化前参数的渗氮试样进行结构、形貌和结合力对比。结果划痕测试发现，高频电源渗氮层的声信号平稳，划痕无剥落，渗氮层摩擦力信号突增的载荷值有一定提升。在高频电源+活性屏工艺组合下，优化后渗氮试样的TiN和Ti2N层厚度比优化前渗氮试样的厚度增加明显。声信号上表现为更平稳及无明显突变，且优化后试样的渗氮层摩擦力信号突增的载荷值较优化前均增加。结论高频电源抑制了传统直流电源渗氮过程中的打弧现象，缓解渗氮层内部的热应力聚集，提高了渗氮层的表面性能，对渗氮层载荷承受力和结合力有一定提升作用。在高频电源与活性屏组合工艺下，优化后渗氮试样的渗氮动力学条件更好，Ti2N层厚度增加显著，提高了基体中氮扩散层的性能，同时Ti2N厚度的增加可以减缓TiN层与基体的成分与性能的突变，从而提升渗氮层与基体的结合力。

关键词： TC4钛合金活性屏离子渗氮高频电源表面纳米化结合力

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TC4钛合金激光冲击强化数值模拟

航空动力学报 2021年第5期36卷 959-968页

作者：王博涵程礼丁均梁崔文斌王长凯李冬春空军工程大学航空工程学院西安710038 先进航空发动机协同创新中心北京100191

采用连续显式动态冲击策略对航空用TC4钛合金进行激光冲击强化数值模拟研究。根据冲击波能量变化曲线确定单次冲击求解时间为3 000 ns,并分析了应力波传播过程。在此基础上开展多点冲击模拟,分析了功率密度、冲击次数和光斑搭接率对残... 详细信息

采用连续显式动态冲击策略对航空用TC4钛合金进行激光冲击强化数值模拟研究。根据冲击波能量变化曲线确定单次冲击求解时间为3 000 ns,并分析了应力波传播过程。在此基础上开展多点冲击模拟,分析了功率密度、冲击次数和光斑搭接率对残余应力、应变场的影响。得出增加功率密度对增大表面残余压应力的效果更好;增加冲击次数对增大残余压应力影响深度的效果更好;50%光斑搭接率有效地避免了冲击不均匀和搭接空隙现象。实验和仿真所得的试件表面残余压应力变化趋势相同,数值大小基本吻合。冲击1、3次时,两者的误差分别为4.1%、2.6%,说明仿真结果具有一定的参考意义。

关键词：激光冲击强化 TC4钛合金应力波残余应力塑性应变

深冷处理对TC4钛合金滚磨光整加工性能的影响

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稀有金属 2021年第11期45卷 1289-1298页

作者：王瑶李永刚李文辉李秀红杨胜强雷达太原理工大学机械与运载工程学院精密加工山西省重点实验室山西太原030024 太原重型机械集团有限公司山西太原030024

采用液氮深冷(CT)处理TC4钛合金,用BJG-LL05型全自动自由磨具光整设备对深冷前后的TC4钛合金进行滚磨光整加工,并结合EDEM离散元仿真分析,探究深冷处理对TC4钛合金滚磨光整加工过程中表面性能的影响及机制。研究结果表明:深冷处理会使tc... 详细信息

采用液氮深冷(CT)处理TC4钛合金,用BJG-LL05型全自动自由磨具光整设备对深冷前后的TC4钛合金进行滚磨光整加工,并结合EDEM离散元仿真分析,探究深冷处理对TC4钛合金滚磨光整加工过程中表面性能的影响及机制。研究结果表明:深冷处理会使TC4钛合金组织更加均匀和致密,表面硬度有一定提高。在滚磨光整加工过程中,深冷处理11 h后的TC4钛合金的表面粗糙度降低值(ΔR_(a),ΔR_(z))是未深冷的162.1%,ΔR_(z)是未深冷的208.6%,材料去除率也比未深冷的高,但差别较小,在0.01 mm^(3)·min^(-1)以内。根据EDEM离散元仿真分析可知,深冷处理后的工件表面平均磨损深度从0.0089提高到0.0138 mm。可以看出,深冷处理能提升TC4钛合金的滚磨光整加工性能,深冷后的TC4钛合金工件在滚磨光整加工过程中表面加工纹理、表面光整度和表面完整性的提高更明显,其中深冷处理11 h后的TC4钛合金的性能提升最为显著。TC4钛合金在离心式滚磨光整加工过程中是一个从摩擦区到挤压区的周期性运动,加工效果主要靠法向力带来的碰撞和挤压得以实现。

关键词：深冷处理滚磨光整加工 TC4钛合金表面性能离散元仿真

TC4钛合金低压电子束熔丝沉积层组织与性能

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焊接学报 2020年第10期41卷 54-59,I0004,I0005页

作者：王廷王一帆魏连峰李齐贤蒋思远哈尔滨工业大学(威海) 先进焊接与连接国家重点实验室威海264209 哈尔滨工业大学(威海) 山东省特种焊接重点实验室威海264209 中国核动力研究设计院反应堆燃料与材料科技重点实验室成都610041

对TC4钛合金进行了低压电子束熔丝沉积试验,探究了该方法的可行性,并分析了沉积层数对微观组织和性能的影响.结果表明,在加速电压为10 kV的低压时也可完成TC4钛合金的多层熔丝沉积.多层沉积之后得到的沉积件的平均显微硬度在260 HV左右... 详细信息

对TC4钛合金进行了低压电子束熔丝沉积试验,探究了该方法的可行性,并分析了沉积层数对微观组织和性能的影响.结果表明,在加速电压为10 kV的低压时也可完成TC4钛合金的多层熔丝沉积.多层沉积之后得到的沉积件的平均显微硬度在260 HV左右,只有沉积件底部条带状纹理聚集处的显微硬度接近退火态tc4基材的288 HV.条带状纹理产生于多层沉积的过程之中,β相晶粒受热循环影响而发生了β→α+α′+β的转变,其中硬度较高的网篮状α′相与片状的α相组成了条带状纹理,该显微组织的特点是随着与基板距离的增加,网篮状组织逐渐融入片状组织.沉积件的拉伸断裂形式为韧性断裂,最高抗拉强度为862 MPa,略低于国家标准,这是因为在多层沉积的沉积件中β柱状晶会变得巨大,同时还会出现等轴晶,晶粒的巨大化使得沉积件的抗拉性能出现了下降.

关键词： TC4钛合金电子束熔丝沉积微观组织力学性能

多次压缩对TC4钛合金高温变形行为影响的研究

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热加工工艺 2023年第13期52卷 57-61,66页

作者：史先利徐国峰赵志国航鑫材料科技有限公司山东烟台265700 山东南山铝业股份有限公司国家铝合金压力加工工程技术研究中心山东烟台265700

采用Gleeble-3500热模拟试验机分别以单次及多次压缩在变形温度900~1050℃,以不同的应变速率对TC4钛合金进行了变形试验。结果表明:单次压缩变形时,流动应力随着应变速率的增大而增大,随温度的升高而降低,在变形温度900、950℃观察到了... 详细信息

采用Gleeble-3500热模拟试验机分别以单次及多次压缩在变形温度900~1050℃,以不同的应变速率对TC4钛合金进行了变形试验。结果表明:单次压缩变形时,流动应力随着应变速率的增大而增大,随温度的升高而降低,在变形温度900、950℃观察到了明显的应力改变,这与900、950℃变形时发生魏氏组织转变相关。同时,当温度在900、950℃时,原始组织呈压扁与破碎状;当温度高于950℃时,大的变形量下易生成魏氏组织。多次压缩变形时,当变形温度为900℃时得到了片层组织形貌特征,而当变形温度高于950℃时生成了魏氏组织,这种微观形貌特征会影响材料的力学性能。因此,为了改善合金的塑性变形能力,将变形温度尽量控制在900℃,以避免魏氏组织的形成。

关键词： TC4钛合金热变形行为片层组织魏氏组织

激光辅助CBN砂带磨削TC4钛合金材料去除行为及表面完整性研究

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机械工程学报 2023年

作者：肖贵坚刘振扬贺毅刘岗邓忠才重庆大学机械与运载工程学院

激光辅助CBN砂带磨削工艺结合了激光对材料的软化改性以及砂带磨削的高效材料去除和高表面完整性，可以实现对高强韧TC4钛合金的低损伤高性能加工。通过激光辅助CBN砂带磨削TC4钛合金实验，研究了激光功率对磨削力、材料去除行为和表面... 详细信息

激光辅助CBN砂带磨削工艺结合了激光对材料的软化改性以及砂带磨削的高效材料去除和高表面完整性，可以实现对高强韧TC4钛合金的低损伤高性能加工。通过激光辅助CBN砂带磨削TC4钛合金实验，研究了激光功率对磨削力、材料去除行为和表面完整性的影响规律。结果表明：增大激光功率可以提高材料软化改性程度，降低磨削力及其波动振幅，激光功率最大时法向磨削力降低57.2%，切向磨削力降低68.7%；随着材料软化程度的提高，材料去除行为发生了从韧性去除向塑性去除的转变，表面的韧性撕裂和磨削损伤减弱，表面质量、表面一致性和表面残余压应力提高，激光功率最大时表面粗糙度达Ra1.23μm，表面残余压应力达94.6 MPa；激光辅助CBN砂带磨削表面渗入了大量的N和O元素，表面的Ti元素以TiN和TiO2和金属Ti三种状态存在，引入的N和O元素将提高表面的耐磨和耐腐蚀性能。希望本研究能为激光辅助加工钛合金等难加工材料的去除行为及表面完整性研究提供借鉴。

关键词：激光辅助砂带磨削 CBN砂带磨削 TC4钛合金材料去除行为表面完整性

焊接顺序对TC4钛合金TIG焊T型接头残余应力和变形的影响

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机械工程材料 2023年第12期47卷 75-81页

作者：陈凤林侯春明中国船舶科学研究中心无锡214082 深海技术科学太湖实验室无锡214082

建立了TC4钛合金钨极惰性气体保护焊(TIG焊)T型接头的有限元模型并进行热源验证,研究了双侧同时同向(方案1)、单侧顺序同向(方案2)和单侧顺序反向(方案3)这3种焊接顺序对T型接头残余应力和变形的影响。结果表明:模拟得到焊接热循环曲线... 详细信息

建立了TC4钛合金钨极惰性气体保护焊(TIG焊)T型接头的有限元模型并进行热源验证,研究了双侧同时同向(方案1)、单侧顺序同向(方案2)和单侧顺序反向(方案3)这3种焊接顺序对T型接头残余应力和变形的影响。结果表明:模拟得到焊接热循环曲线与试验曲线基本吻合,峰值温度相对误差小于5%,证明模型准确;3种焊接顺序所得T型接头的纵向残余应力在靠近焊缝处均表现为拉应力,远离焊缝处均表现为压应力,方案1接头位置残余应力变化梯度最小;方案1所得接头的变形最小,焊后翼板垂直度最优,因此双侧同时同向焊接更适用于需要严格控制构件焊接整体变形的场合。

关键词：焊接顺序 TC4钛合金 T型接头残余应力变形

基于响应面法的TC4钛合金激光熔覆工艺参数优化

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应用激光 2023年第12期43卷 1-8页

作者：刘剑张津超朱清清田前朱楷戚文惠江苏省如皋第一中等专业学校建筑机电部江苏南通226532 南通大学机械工程学院江苏南通226019

以TC4钛合金粉末为试验材料,以熔覆层宽高比作为响应指标,研究激光功率、扫描速度和送粉速率对熔覆层宽高比的影响,通过响应面法建立工艺参数与熔覆层宽高比之间的数学模型,获得优化的工艺参数。试验结果表明,激光功率和送粉速率对熔覆... 详细信息

以TC4钛合金粉末为试验材料,以熔覆层宽高比作为响应指标,研究激光功率、扫描速度和送粉速率对熔覆层宽高比的影响,通过响应面法建立工艺参数与熔覆层宽高比之间的数学模型,获得优化的工艺参数。试验结果表明,激光功率和送粉速率对熔覆层宽高比的影响较大,熔覆层宽高比与激光功率呈正比,与送粉速率呈反比。优化的工艺参数为:激光功率2 500 W,扫描速度14.42 mm/s,送粉速率0.6 r/min。经试验验证,熔覆层宏观形貌质量良好,响应面预测值与实际值误差为3.7%。

关键词：激光技术激光熔覆 TC4钛合金响应面法宽高比