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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

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金属热处理 2022年第9期47卷 12-17页

作者：高星张宁丁燕蒋波北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 中航久远科技(北京)有限公司北京100095

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... 详细信息

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16μm;片状α相也发生粗化,晶粒长度由5~15μm增长至20~30μm,连续的晶界α相(α_(GB))变得不连续,晶粒宽度由2.7μm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40~60μm减少为30~40μm,晶界处连续的α_(GB)相晶粒宽度由2.7μm增长为4.5μm;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。

关键词：激光选区成形 TC4钛合金固溶时效显微组织力学性能

激光和电弧增材制造TC4钛合金组织和性能研究

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稀有金属 2018年第9期42卷 903-908页

作者：杨光王斌钦兰云李长富王超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

以tcA粉末和焊丝为原料，利用激光和电弧增材制造方法分别制备块状试样，对比分析了热处理对试样显做组织和力学性能的影响。结果表明：增材试样的宏观组织均为粗大B柱状晶，试样微观组织均为细小的网篮组织。经退火处理后，激光增材试... 详细信息

以tcA粉末和焊丝为原料，利用激光和电弧增材制造方法分别制备块状试样，对比分析了热处理对试样显做组织和力学性能的影响。结果表明：增材试样的宏观组织均为粗大B柱状晶，试样微观组织均为细小的网篮组织。经退火处理后，激光增材试样显微组织中α相随着不断生长互相截断，α相呈短棒状；电弧增材试样显微组织变为粗大的网篮组织，两种试样的α相长宽比均减小。退火处理使试样强度略降低而塑性得到明显提高，两种增材制造沉积态和退火态试样强度相差不大，但由于电弧增材沉积态和退火态试样显微组织中“相长宽比较大以及气孔率相对略高，造成其塑性较低，较激光增材试样分别下降38％和31％，二者拉伸断裂方式相同均为韧性断裂。

关键词：激光沉积增材制造电弧增材制造 TC4钛合金显微组织力学性能

表面粗糙度对TC4钛合金柱壳剪切带形成的影响

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力学学报 2021年第3期53卷 813-822页

作者：杨涛刘龙飞杨智程胡力卢立伟石献坤湖南科技大学材料科学与工程学院湖南湘潭411201

剪切带是材料在高应变率加载条件下特有的变形和损伤形式之一,关于影响金属材料中剪切带形成的敏感性因素及其机理的研究,一直是科学研究和工程设计中关注的重点问题.在柱壳高速坍塌过程中,剪切带优先在内表面形核,其形核及扩展行为受... 详细信息

剪切带是材料在高应变率加载条件下特有的变形和损伤形式之一,关于影响金属材料中剪切带形成的敏感性因素及其机理的研究,一直是科学研究和工程设计中关注的重点问题.在柱壳高速坍塌过程中,剪切带优先在内表面形核,其形核及扩展行为受内表面介观状态的影响显著.本文采用爆轰加载厚壁圆筒坍塌实验技术,结合材料表面处理技术、微结构表征技术和剪切带理论模型分析,研究了内表面粗糙度变化对TC4钛合金柱壳剪切带形成影响的细观动力学规律.结果表明,在爆炸加载形成的高应变率条件下,表面粗糙度对TC4钛合金柱壳中剪切带形成具有明显影响.在相同的变形条件下,随着试样内表面粗糙度的增大,剪切带数量、长度和形核速率均增大;表面粗糙度越大,部分剪切带扩展速率越快,剪切带长度差异越大,剪切带的屏蔽效应增强.分析表明,实验获得的剪切带间距与W-O模型和M模型预测结果基本吻合,具体数值受试样内表面粗糙度影响,随着表面粗糙度的增大,实验结果逐渐小于预测数值.

关键词：厚壁圆筒 TC4钛合金表面粗糙度剪切带

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中厚板TC4钛合金真空环境激光焊接特性

焊接学报 2021年第8期42卷 40-47,74,I0003页

作者：孟圣昊司昌健任逸群宫建锋李俐群陶汪哈尔滨工业大学先进焊接与连接国家重点试验室哈尔滨150001

在大气和真空环境下使用光纤激光器对TC4钛合金进行焊接,分别对不同激光功率焊接焊缝形貌和组织进行观察,并对性能进行测试分析.结果表明,真空环境激光焊接焊缝成形更加良好,可明显提高焊缝熔深,增大焊缝深宽比,抑制焊接过程中的飞溅,... 详细信息

在大气和真空环境下使用光纤激光器对TC4钛合金进行焊接,分别对不同激光功率焊接焊缝形貌和组织进行观察,并对性能进行测试分析.结果表明,真空环境激光焊接焊缝成形更加良好,可明显提高焊缝熔深,增大焊缝深宽比,抑制焊接过程中的飞溅,极大减少焊缝中的气孔缺陷.大气环境与真空环境焊缝组织特征差别不大,真空环境热影响区宽度明显减小.两种环境下焊缝显微硬度均呈马鞍形分布,焊缝熔化区硬度最高的特点,大气环境焊缝平均硬度约为390 HV,高于真空环境焊缝平均显微硬度8.3%.对焊缝进行拉伸强度测试,拉伸试件全部断裂于母材部位,试件的抗拉强度为960~980 MPa.创新点:(1)对比探索了钛合金在真空环境与大气环境下焊接特性差异的原因.(2)分析了钛合金厚板真空激光焊接组织特征及其与性能的相关性.

关键词：真空环境激光焊接 TC4钛合金组织力学性能

高周疲劳条件下激光温喷丸TC4钛合金的残余应力释放规律及疲劳特性

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稀有金属材料与工程 2015年第5期44卷 1185-1190页

作者：孟宪凯周建忠黄舒盛杰韩煜航朱炜立陈寒松苏纯江苏大学江苏镇江212013 常州工学院江苏常州213002

使用Nd:YAG纳秒激光器分别在试样表面温度为20、100、200、300以及400℃下对TC4钛合金狗骨状拉伸试样进行激光喷丸表面强化,然后使用疲劳试验机在高周疲劳条件下对试样进行残余应力释放测试与疲劳寿命测试,并使用热场发射扫描电镜研究... 详细信息

使用Nd:YAG纳秒激光器分别在试样表面温度为20、100、200、300以及400℃下对TC4钛合金狗骨状拉伸试样进行激光喷丸表面强化,然后使用疲劳试验机在高周疲劳条件下对试样进行残余应力释放测试与疲劳寿命测试,并使用热场发射扫描电镜研究激光温喷丸后试样的断口特点。结果表明,经过10 000次循环载荷后,试样表面温度为20、100、200、300及400℃时激光喷丸TC4钛合金试样的残余压应力幅值分别下降至–100、–75、–132、–196与–146 MPa;由于较高的残余压应力幅值及较低的残余应力释放速度,300℃时激光温喷丸试样的疲劳条带间距约为0.42μm,比20℃激光喷丸降低了约64%;300℃时激光温喷丸试样的疲劳寿命高达147 846次,约为20℃激光喷丸试样的1.7倍。

关键词：激光光学残余应力释放高周疲劳激光温喷丸 TC4钛合金

TC4钛合金表面激光熔覆含La_2O_3的F101镍基涂层

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稀有金属材料与工程 2017年第4期46卷 1074-1079页

作者：何星华许晓静戈晓岚陶俊仲奕颖刘庆辉吴桂兰江苏大学先进制造与现代装备技术工程研究院江苏镇江212013

以F101镍基自熔性合金粉末和含氧化镧(2%,质量分数)的F101镍基自熔性合金粉末为原料,在合适的激光熔覆参数下,在TC4钛合金表面制备了F101镍基合金涂层及F101+2%La_2O_3镍基合金涂层,对比分析了2种涂层的宏观形貌、相组成、微观组织、显... 详细信息

以F101镍基自熔性合金粉末和含氧化镧(2%,质量分数)的F101镍基自熔性合金粉末为原料,在合适的激光熔覆参数下,在TC4钛合金表面制备了F101镍基合金涂层及F101+2%La_2O_3镍基合金涂层,对比分析了2种涂层的宏观形貌、相组成、微观组织、显微硬度及与YG6在干摩擦磨损条件下摩擦磨损性能。结果表明:稀土La2O3的添加有效提高了F101镍基合金粉末对激光辐照能量的吸收率;涂层形成更多富Ti物相,组织更加均匀致密;虽然基材元素扩散到涂层中一定程度上降低了涂层的硬度和耐磨性,但与TC4钛合金相比,涂层仍具有较低的摩擦系数(0.41 vs 0.45)和较高的耐磨性(tc4的2.89倍)。

关键词： TC4钛合金激光熔覆镍基合金 La2O3 摩擦磨损性能

脉冲磁场对TC4钛合金微观结构的影响及其机理探究

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金属学报 2019年第4期55卷 489-495页

作者：许擎栋李克俭蔡志鹏吴瑶清华大学机械工程系北京100084 清华大学摩擦学国家重点实验室北京100084 清华大学先进核能技术协同创新中心北京100084 清华大学天津高端装备研究院天津300304

研究了脉冲磁场对TC4钛合金微观结构的影响规律,发现经磁感应强度为2 T、脉冲频率为5 Hz、脉冲次数为100次的脉冲磁场处理后,TC4钛合金的位错密度及晶界角度会发生显著变化。XRD测试结果显示,经脉冲磁场处理后TC4钛合金的位错密度提高约... 详细信息

研究了脉冲磁场对TC4钛合金微观结构的影响规律,发现经磁感应强度为2 T、脉冲频率为5 Hz、脉冲次数为100次的脉冲磁场处理后,TC4钛合金的位错密度及晶界角度会发生显著变化。XRD测试结果显示,经脉冲磁场处理后TC4钛合金的位错密度提高约10.9%。采用EBSD测试得到TC4钛合金微区的KAM分布,发现经脉冲磁场作用后,TC4钛合金的位错密度发生显著变化,具体表现为:晶内位错分布更加均匀,局部高位错密度区消失;晶界附近的位错分布发生变化,同时晶界角度发生改变,小角度晶界减少而重位点阵(CSL)晶界(Σ11)增多。讨论了脉冲磁场对TC4钛合金微观组织影响的可能原因:脉冲磁场引起位错钉扎处的电子能态发生转变,使钉扎处空位或杂质原子易于移动。位错在材料内应力场提供的弹性能作用下更易脱钉扎,从而使得位错分布发生变化,材料微观组织发生改变。

关键词： TC4钛合金脉冲磁场位错密度晶界角度磁致塑性

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TC4钛合金低温拉伸行为与本构建模

塑性工程学报 2024年第1期31卷 204-215页

作者：詹奇云靳刚韩进李文硕林怀鑫天津职业技术师范大学天津市高速切削与精密加工重点试验室天津300222

在20、10、0、-10、-20、-30和-40℃温度下开展了TC4钛合金拉伸行为的试验研究,分析了温度变化对材料力学性能的影响规律,构建了Johnson-Cook和Modified Zerilli-Armstrong本构模型,预测了TC4钛合金的动态本构关系,并将TC4钛合金塑性阶... 详细信息

在20、10、0、-10、-20、-30和-40℃温度下开展了TC4钛合金拉伸行为的试验研究,分析了温度变化对材料力学性能的影响规律,构建了Johnson-Cook和Modified Zerilli-Armstrong本构模型,预测了TC4钛合金的动态本构关系,并将TC4钛合金塑性阶段的本构模型代入ABAQUS软件进行拉伸有限元模拟仿真分析。结果表明:TC4钛合金在试验温度区间内具有一定敏感性。随着温度的下降,TC4钛合金的弹性变形能力变化不大,塑性变形能力、抗拉强度和屈服强度逐渐提高,而最大伸长率先增大后减小,0℃时最大,-40℃时最小;塑性阶段-40℃时材料的应力值最大,20℃最小;0℃时材料的断裂应变最大,-40℃最小。还发现Johnson-Cook本构的预测结果与试验值吻合更好;仿真与试验在塑性阶段和断裂阶段具有较好的吻合性,屈服强度、抗拉强度和伸长率的误差在5%以内。

关键词： TC4钛合金低温拉伸本构模型力学性能有限元仿真

形变影响TC4钛合金组织和性能演变的温度依赖性

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稀有金属材料与工程 2019年第10期48卷 3379-3386页

作者：李旭敏方峰蒋建清周雪峰候宇鑫东南大学江苏省先进金属材料高技术研究重点实验室江苏南京211189 江苏天工科技股份有限公司江苏句容212400

通过等应变速率高温拉伸试验,研究了TC4钛合金在不同形变温度下微观组织和性能的演变行为,着重探讨了形变对钛合金组织演化、相变的影响作用及其随温度的变化规律。结果表明,在α+β两相区变形,随形变温度升高,峰值应力及所需应变降低... 详细信息

通过等应变速率高温拉伸试验,研究了TC4钛合金在不同形变温度下微观组织和性能的演变行为,着重探讨了形变对钛合金组织演化、相变的影响作用及其随温度的变化规律。结果表明,在α+β两相区变形,随形变温度升高,峰值应力及所需应变降低。形变对微观组织演化的影响作用随形变温度变化而改变:两相区中低温段(900℃以下),形变促进初生α相再结晶,细化初生α相尺寸;两相区高温段(900℃以上),形变促进次生α相球化,其作用随温度升高先增强后减弱。形变影响β→α相变进程,提高次生α相形核率,尤以两相区中低温段变形更为显著,从而使得片层状次生α相数量增加、间距明显细化。随形变温度升高,组织中α相总量先下降后上升,导致硬度先降低后升高,耐蚀性先升高后下降。其中900℃变形时,TC4钛合金α相总量最少(约57%),硬度略有降低而耐蚀性达到最优。

关键词： TC4钛合金变形温度组织演变相变性能